钢结构穹顶双索提升施工技术

●  工程概况

宁波罗蒙环球城是集休闲、旅游、购物于一体的文化都市综合体，钢结构主要包括竖向结构和屋面大跨度钢结构，其中，竖向结构包括圆管混凝土柱和十字形劲性混凝土组合柱，屋面结构包括35.4m跨、48.4m跨、70.4m跨屋面梁及支撑体系和南北半球体结构。35.4m、48.4m跨的坡屋面为金属屋面，70.4m跨的拱形屋面为采光幕墙，球体部分为双曲结构。

●  双索液压提升特点

双索液压提升有如下特点：

（1）液压整体提升技术采用液压同步提升系统，无需大型机械设备，节约了施工成本，而且设备准备容易，进出场方便，施工不受场地条件的制约；

（2）无需搭设脚手架，减少了安全风险，降低了材料消耗；

（3）通过施工的全程模拟分析，为大跨度弧形结构施工提供了科学支持。

●  工艺原理

大跨度实腹式弧形钢梁液压提升主要原理是：提升结构在安装位置下方进行整体拼装，设置水平张拉装置和竖向提升装置，提升时水平张拉装置随竖向提升装置加载而加载，当竖向提升装置加载到提升单元离地时水平张拉装置停止加载，提升单元在恒力状态下进行提升。为保证提升单元顺利就位，当温度升高时水平张拉装置加载，当温度降低时水平张拉装置卸载；当钢柱间距偏大时水平张拉装置加载，当钢柱间距偏小时水平张拉装置卸载。每个弧形梁下方的水平张拉装置都能独立操作。

●  大跨度实腹式弧形钢梁液压提升具体步骤

大跨度实腹式弧形钢梁液压提升具体步骤如下（图1）：

（1）在提升穹顶单元正下方将提升单元通过拼装胎架8将提升单元拼装完成；

（2）利用销轴7将水平吊具3和水平吊笼6安装到L形耳板1上；

（3）将水平拉索5穿过拼装胎架8，连接到水平吊具3和水平吊笼6上；

（4）利用销轴7将垂直吊具2安装到主结构上；

（5）将垂直拉索4安装到垂直吊具2上；

（6）试提升时采取逐级加载的方法进行提升，按照设计荷载水平拉索5先加载5%，垂直拉索4再加载5%，每次加载总是先增加水平拉索5再增加垂直拉索4，加载值按照设计荷载的5%、10%、20%、30%、40%、60%、80%、100%逐级增加，每级加载之间至少预留10min的观察及检查时间；

（7）当荷载增加到100%时，将整个提升单元脱离拼装胎架8，离拼装胎架8的高度为100~200mm；

（8）静置时间为8~12h，检查提升装置及提升单元确认不存在安全隐患的前提下将提升单元提升到离拼装胎架8约1m的位置静置，拆除拼装胎架8；

（9）将提升单元通过垂直拉索4进行提升，当提升单元的钢梁上翼缘与主结构下翼缘距离50~100mm时停止提升；

（10）利用钢卷尺及角尺测量主结构与提升单元的间距，若提升单元间隙小于设计值，通过液压控制系统收缩水平拉索5使间隙大于或等于设计值；

（11）当主结构钢梁上翼缘与提升单元提升到同一位置时，垂直拉索4停止提升；

（12）安装人员测量主结构与提升单元间的间隙，通过调节水平索5使高强螺栓能够自由地穿入螺栓孔；

（13）将高强螺栓全部安装完毕后，焊接钢梁的上下翼缘；

（14）卸载时先拆除垂直拉索，再拆除水平拉索；

（15）整个提升单元提升完成。  

图1  大跨度实腹式弧形钢梁液压提升示意图（单位：mm）

●  操作要点

大跨度钢结构穹顶安装难点在于确保提升过程安全以及钢梁不产生变形。为确保穹顶屋架提升单元及主楼结构提升过程的平稳、安全，根据穹顶屋架提升单元的特性，采用“双索应用，吊点油压均衡，结构姿态调整，位移同步控制，分级卸载就位”的同步提升和卸载落位控制策略。

◆  支撑胎架定位

依据穹顶钢梁分段位置以及圆管柱、箱形梁的牛腿投影点，进行穹顶弧形梁拼装和支撑胎架定位。从圆管柱牛腿及连接管柱箱形梁牛腿用线坠向下投点，确定牛腿的地面位置并做好标记。

◆  吊点设置

吊点设置如下：

（1）采用液压同步提升大跨度穹顶结构，需要合理设置提升吊点，确保原结构的变形及应力水平在规范允许的范围内，尽量减小提升过程中实际状态与设计状态的差异，因此在每榀拱形屋架的拱脚均设置一个提升点。提升下吊点平面布置见图2。

图2  提升单元吊点平面布置图（单位：mm）

（2）提升上吊点设置：利用已安装到位的钢柱及钢梁牛腿设置提升支架，提升支架顶放置液压提升器作为提升上吊点。提升支架采用型钢制作并与主结构焊接连接，焊接采用角焊缝，焊缝高度不小于12mm。液压提升器通过提升专用钢绞线与屋面钢结构整体提升单元上的对应下吊点相连接。提升上吊点和下吊点布置如图3所示。

图3  提升上吊点（左）和提升下吊点（右）（单位：mm）

◆  钢梁水平张拉措施

提升过程中，弧形钢梁两端处于自由状态，其自重产生的水平分力很大，为防止提升过程中钢梁向吊点外伸出并伸长变形，保证结构的稳定性，提升过程中需在吊点位置钢梁底部增设水平张拉措施，防止其变形，满足设计及提升工艺要求。钢梁底部水平拉索张拉采用液压提升器及钢绞线进行张拉，具体措施如图4所示。

图4  钢梁水平张拉措施

◆  提升节点设计

   考虑施工方便并且传力明确，下吊点及水平拉索节点采用双L形耳板统一设置，L形耳板上部连接提升下节点吊具，L形耳板水平端连接水平张拉索的吊笼（提升器）及吊具（地锚，见图5）。

图5  提升节点设计

◆  姿态检测调整

姿态检测调整有如下措施：

（1）用测量仪器检测各吊点的离地距离，计算出各吊点的相对高差，通过液压提升系统调整各吊点高度，使屋面网架提升单元达到水平姿态；

（2）以调整后的各吊点高度为新的起始位置，复位位移传感器，在屋面网架提升单元整体提升过程中保持该姿态直至提升到设计标高附近；

（3）屋面网架提升单元在提升及下降过程中，因为空中姿态调整和杆件对口等需要进行高度微调，在微调开始前，将计算机同步控制系统由自动模式切换成手动模式，根据需要对整个液压提升系统中各个吊点的液压提升器进行同步微动调整（上升或下降），或者对单台液压提升器进行微动调整。微动调整即点动调整精度可以达到毫米级，完全可以满足屋面网架提升单元安装的精度需要。

◆  提升就位

提升就位措施如下：

（1）屋面网架提升单元提升至设计位置后暂停，各吊点微调使主桁架各层弦杆精确提升到达设计位置，液压提升系统暂停工作，保持屋面网架提升单元的空中姿态，主桁架各层弦杆与端部分段之间对口焊接固定，安装斜腹杆后装分段使其与两端已装分段结构形成整体稳定受力体系；

（2）液压提升系统同步卸载至钢绞线完全松弛，进行屋面网架提升单元的后续高空安装，拆除液压提升系统及相关临时措施，完成屋面网架提升单元的整体提升、安装。

●  结　语

现全国各地大跨度空间结构建筑物及构筑物如雨后春笋般拔地而起、遍地开花，这些大跨度建筑物及构筑物大多采用造型复杂的网架结构、桁架结构及实腹式型钢结构，普通吊装机具无法满足施工要求，给施工带来诸多难题，双索提升技术能解决一般施工机具无法解决的吊装变形、温差变形、平面外失稳等难题且经济效果显著，值得推广和应用。

（刊登于《钢结构进展与市场》2022年第6期）