探讨屋面浅述整体提升在门架屋面钢结构施工中运用

论文导读：
摘要：在和平里车站住宅小区 7#楼及配套商业工程门架屋面钢结构工程中，整体提升技术的成功应用，避免了搭设 75m 高脚手架高空安装钢结构及装饰板的难题。通过钢结构地面拼装时钢梁起拱，拼装完成后先将结构卸载再安装装饰板的方法避免了提升后装饰板变形带来的平整度的问题。为类似结构施工技术的发展与进步起到了推动作用。
关键词：门架屋源于：论文的格式www.7ctime.com
面；整体提升；上、下锚点；装饰板；高空通道
1 工程概况
和平里车站住宅小区7#楼及配套商业工程位于北京市朝阳区柳芳北街，紧邻北三环。总建筑面积66 894m2,总高度75m，地上住宅部分22层，办公部分17层，地下3层。主体结构为钢筋混凝土剪力墙结构，北立面装饰门架屋面为钢结构，跨度横向约37m、纵向22m，钢结构工程量约170t，门架屋面东侧与劲性钢梁（GL1）连接，西侧坐落在混凝土屋面的滑移支座上，南侧次梁与混凝土剪力墙连接如图1所示。

钢梁为焊接H型钢，材质均为Q235B，其中劲性钢梁截面为H1 200×300×20×20，主钢梁截面为H1 200×320×30×35，次钢梁截面为H600×200×20×30和H400×200×16×20, 主钢梁之间联系次钢梁截面均为H400×200×8×12。
门架屋面两侧及底部装饰板为 3mm 厚白色铝单板，屋顶采用 0.8mm 厚 YX760 型（角弛Ⅲ）防水单层压型钢板屋面，两侧设有 3mm 厚镀锌钢板排水天沟。

2. 施工方案的确定

2.1 结构特点及场地条件

1）结构特点 门架屋面结构可以分为 2 个部分：① 1 轴～14 轴 /W 轴～V 轴包围区域的钢结构，这部分含 6 根主钢梁及联系他们之间的次钢梁；② V 轴以南部分的钢结构次梁，这部分次梁一侧与最南端的主钢梁连接，一侧与混凝土结构上的埋件连接，这部分次梁只能在主钢梁安装完成后才能安装。
2）场地条件 施工场地狭窄，钢结构施工与土建混凝土结构同步进行，现场 16 轴东侧2.12m，X轴北侧 2.33m处布置 1 台F0/23B塔机，臂长 50m。但塔机吊重小，吊次不能满足钢结构与土建同时使用。

2.2 方案选择

根据结构特点及周边场地条件，常规安装方法为搭设满堂红脚手架高空散拼，但本工程安装高度较高，约 75m 高，需搭设约70m 高的脚手架，工程量大、危险程度高，且搭设部位地下室还要支顶。对工程进度、工程质量控制都会带来不利影响，在工程安全生产管理方面难度也非常大。
为了最大限度地在施工过程中满足结构设计的边界条件，确保工程质量，加快工程施工进度，确保施工安全，经研究，钢结构施工时分为2 部分：① 1 轴～ 14 轴 /W 轴～ V 轴包围区域的钢结构分为 3 个单元进行施工（图 2），吊装单元1 和吊装单元 2 散件使用塔机进行安装，提升单元在地面原位拼装后采用整体提升的施工方法进行安装，提升单元长约 28.7m，宽 7.45m，重约100t；② V 轴以南部分的钢结构次梁采用现场塔机进行安装，对于塔机吊重不满足的构件，采用分段吊装、高空拼装的施工方法。另外，本工程钢结构安装高度较高，约75m，高空安装钢结构上装饰板比较困难，故钢结构装饰板采用在地面与结构同步安装，只将结构接头处甩开，待结构安装完成后，在高空安装甩项装饰板的施工方法。

3. 整体提升工况及体系布置

本工程整体提升部分主要包括：门架屋面钢梁、装饰板龙骨、装饰板、天沟等，总重量约100t。布设和选取提升点时，主要考虑提升的安全可靠度与经济性、结构特点及提升系统工作特性。通过模拟施工工况，经计算本工程整体提升共设置 8 个提升点（图 3），每个提升点布置 1 台40t 千斤顶，液压泵站 2 台。

4. 总体施工流程

1）利用钢板凳支撑，主梁在钢板凳上拼装，用千斤顶调节起拱，然后安装主梁间次梁和主梁上檩条和装饰板龙骨，形成整体结构。
2）所有结构安装完成后拆除结构中间支撑部位的钢板凳，只保留结构两侧的支点，结构变形结束后安装装饰板。地面拼装阶段，将屋面檩条系统、天沟、装饰板等能在地面安装的构件全部在地面安装就位。
3）利用塔机将千斤顶、钢绞线等提升设备安装就位。
4)论文导读：免了提升后装饰板变形带来的平整度的问题。3）整体提升技术在本工程中的成功应用，为类似小型、高难度、高风险工程施工提供了借鉴。参考资料：董石麟，罗尧治，赵阳等.新型空间结构分析、设计与施工.北京：人民交通出版社，2006.杜文风，张慧.空间结构.北京：中国电力出版社，2008.蓝天，张毅刚.大跨度屋盖上一
待提升设备及地面拼装全部安装、调试完毕后进行整体试提升，一般选择下午开始试提升，将提升段主梁提升2m后，悬停、观察一晚，检查各提升上锚点、下锚点的连接及焊缝情况；检查无误后再进行正式提升。
5）整体提升过程中，提升速度 2 ～ 3m/h，期间提升行程约 72m，耗时约 36h，一天不能提升到位，中途停止时用缆风绳将提升结构与混凝土结构临时固定。按各个揽风中的最大受力设计揽风。钢丝绳按 5 倍安全系数选择截面。提升到位后与已装结构合龙对接。
7）所有构件合龙焊接完毕，经质量检验验收合格、整体稳定后开始卸载，卸载后拆除提升工装、安装甩项装饰板。

5. 提升工装设计

1）左侧工装 左(1轴处)工装是通过在混凝土及钢结构上部构造出的一个钢框架作为提升的工装体系(图4)，工装钢框架采用HW400400×13×21、HW294×302×12×1

2、B320×320×20×20等组成，材质均为Q235B，采用塔机进行安装。

2）右侧工装 右 (14 轴处 ) 工装桁架采用HW 294×302×12×12、B320×320×20×20、HM 194×150×6×9、I100×68×4.5×7.6 等 组成，材质均为Q235B，采用塔机进行安装。3）上、下锚点 上锚点构造为在左、右工装的箱型梁上开 1 个直径 110mm 的圆孔，在圆孔部位设加劲肋加固。下锚点结构为在被提升的钢梁上用 30mm 厚钢板制作提升下锚盘锚固装置，采用全融透焊缝焊在被提升钢梁上，同时用加劲肋加固（图

5、图 6）。

6. 提升同步控制

1）在计算机控制系统设定时，各提升吊点间采取位置同步控制策略，保证结构的位置同步，相邻提升点同步误差控制在 10mm 之内。
2）提升过程中安装长距离传感器进行行程及同步性监控，其测量精度可达 0.25mm。

7. 整体提升施工模拟计算

在整体提升过程中主要考虑提升结构、提升工装系统的安全，在本工程中通过采用 ANSYS及 MIDAS 有限元结构分析软件对门架屋面提升结构及提升工装建模，对提升过程进行全过程模拟施工验算，从而确保整体施工过程的安全。计算工况如下：①理想状况，自重 ×1.4，各提升点均发挥作用，提升点之间无相对位移；②不利状况，自重 ×1.0，提升点同侧不同步误差为1cm，不同侧不同步误差为 50mm（根据结构的对称性仅计算结构的一半提升点变化）。
1）提升结构计算 采用 MIDAS 计算软件建模计算分析后，在理想状态下提升时结构最大应力为 99.3MPa，不利工况下提升时结构最大应力为 16

7.5MPa，均在构件允许范围之内。提升过程形和承载力是满足要求的，结构是安全的。

2）提升工装计算 提升工装包括左、右工装及提升上、下锚点，左、右工装以通用有限元分析软件 MIDAS 建模进行计算，上、下锚点细部节点以有限元分析软件 ANSYS 进行实体建模，采用 Solid45 单元进行线弹性计算。计算结果表明：左工装最大应力比 0.67，变形最大为10.3mm；右工装最大应力比 0.7，变形最大为9.5mm; 上错点最大合成应力 85MPa，合成变形达 0.19mm，未超过材料的弹性强度；下错点最大合成应力 174MPa，合成变形达 0.36mm，未超过材料的弹性强度，以上各项均满足安全要求。
8. 结束语
通过对提升工况的模拟计算和提升全过程实时监测表明：整体提升施工技术在本工程中的应用，提升点布置合理准确、方案安全经济，既缩短了工期、节省了施工费用，同时又保证了工程质量。在施工过程中有以下几点体会。
1）整体提升技术在本工程中的应用，解决了常规需搭设 70m 高脚手架，在高空安装钢结构及装饰板，不但费工、费时，还会导致施工成本及安全管理难度增大的问题。
2）通过钢结构地面拼装时钢梁起拱，拼装完成后先将结构卸载再安装装饰板的方法避免了提升后装饰板变形带来的平整度的问题。
3）整体提升技术在本工程中的成功应用，为类似小型、高难度、高风险工程施工提供了借鉴。
参考资料：
董石麟，罗尧治，赵阳等.新型空间结构分析、设计与施工[M].北京：人民交通出版社，2006.
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[4] 王云飞.大型结构整体提升计算机控制技术[J].施工技术 2002,12.
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