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1、整体提升法的介绍与应用随着我国经济建设的快速发展，各类工程建设项目规模日益扩大，重大工程项目包括高耸结构、大跨结构、超高层结构以与一些复杂异形结构等日益增多。 这些工程的共同特点是施工规模大、范围广、周期长、过程复杂。如此复杂的结构势必给工程施工带来更大的挑战，在土木工程建设规模迅速发展的同时，建筑施工中事故不断增多，严重影响人民的生命财产安全与工程建设速度。工程事故产生的原因是多方面的.其中很多事故是源于设计者与施工企业对施工方法或施 工过程对结构的影响估计不足。事实表明大型复杂建筑物从幵始施工建设到投入 使用，再到若干年后进入老化维修阶段的整个生命周期过程中，施工阶段因结构的不完整性、材料
2、性质的时变性、所受荷载的复杂性以与结构抗力的不成熟性， 结构的平均风险率最高， 失效概率最大。特别对大型复杂钢结构工程而言， 由于 其结构复杂，施工方法繁琐与钢构件本身易失稳的特性决定了其在施工阶段的风 险率要比普通混凝土结构更高。常用的施工方法 高空散装法高空散装或满堂脚手原位拼装法高空散装法是指结构小拼单元或散件直 接在设计位置进行拼装的方法， 施工时有满堂脚手架和悬挑法两种， 前者广泛用 于网架和网壳的施工， 尤其适宜螺栓球节点网架的施工； 后者国外施工多用， 并 曾用于混凝土薄壳的施工。 高空散装法属于满堂脚手架原位拼装方法， 单件重量 轻，垂直运输无需大型起重设备，工序简单；但是需要
3、架设脚手架，周期长、费 用高，高空作业量大，精度难以控制，辅助材料多，费用高。地面吊装法吊装法分为分段吊装法和整体吊装法。 分段吊装法是指将结构根据自身形 式分成块状单元， 分别由起重机械吊装至高空设计位置就位 然后再拼装成整体 的安装方法。 此方法的特点是大部分焊接、 拼装工作在地面进行， 有利于控制施 工质量并可省去大量拼装作支架， 但结构分段后需要考虑临时加固措施， 后拼杆 件、单元接头处仍然需要搭设拼装胎架。 国家大剧院采用的安装方法是工厂分段 制作，场外立体预拼， 单件综合安装。 整体吊装法则是把整个结构在地面拼装完 毕，采用一台或多台吊机整体吊装至设计位置的安装方法， 东海大桥桥头
4、堡、 哈 尔滨国际会展中心张弦桁架的安装施工即采用的整体吊装方法。高空滑移法高空滑移法是指将整个结构分为几个条状的结构单元在事先设置的轨道 上滑移到设计位置拼接成整体的安装方法， 此条状单元可以是在地面拼装后吊装 至拼装胎架上， 也可以分段 ,小拼单元甚至散件在高空拼装胎架上拼成滑移单元。根据滑移过程方式的不同， 可以分为单片滑移法和累积滑移法。 国家体育馆钢结构屋盖采用了地面分段组装、分段吊装、高空整榀拼装、纵向桁架横向带索累积滑移的施工方法。高空滑移施工祛的重点在于高空拼装平台的选择，滑移轨道的设置，牵引力的计算与同步控制的精度等问题。整体提升法（后面详细介绍）悬臂分段施工法悬臂安装法是利
5、用已安装好的结构作为后续结构安装的工作面，顺序逐步安装的方法，如漳州后石电厂圆形煤场网壳即采用的悬臂分段安装法。悬臂拼装法一般用在钢斜拉桥的施工中， 通常主梁节段在工厂预制， 然后在现场逐节对称 拼装，拼装时需要注意已成粱段和安装粱段相对高差的控制，确保主梁线形与设计一致。上海卢浦大桥水上部分拱肋即采用斜拉扣索法悬臂拼装进行施工。以上是常用的几种施工方法的简单介绍，下面就整体提升法作一个较为详 细的介绍。整体提升法概念：钢结构整体提升安装技术是指钢结构在地面或适当的部位组装成整体或整个单元，采用多台提升机械提升安装至设计位置的特种安装工艺。 应用该项技术, 可以显著减少结构安装时的高空作业，
6、有利于提高质量控制，作业安全和施工效 率。提升机械可以是卷扬机组，也可以是液压提升（顶升）设备。2 入卜nn1JLnnn整体提升法发展：早在二十世纪五十年代国外便采用整体吊装法对大跨度空间钢结构进行了施工并取得成功，积累了一些经验，但由于技术保密等原因， 一直没有公幵的 技术资料。国内学者对于整体吊装施工方法与施工控制的研究早期主要集中在桥 梁工程的相关领域。而对大跨度空间钢结构的相应研究则较少。由于大跨度空间钢结构在整体吊装施工过程中表现出的力学问题和桥梁工程有较大的差异，使得对于桥梁工程领域的研究不能被借用，从而导致我国对于大跨度空间钢结构整体 吊装施工方法的研究相对滞后。建筑钢结构采用整
7、体提升安装技术在国内始于20世纪70年代，比较典型的工程实例如上海文化广场钢网架屋盖，上海万人体育馆钢网架屋盖的整体提升安装；原上海青海路电视塔的整体起扳安装等。这些工程均采用卷扬机群提供整体安装的动力。随着技术的发展，到了 20世纪90年代，我国才幵始对大型钢结构整体吊装施工技术进行研究，并先后应用于上海东方明珠广播电视塔钢天线桅杆超高空 整体提升、北京西客站主站房1 8 0 0 t钢门楼整体提升，MFGA会展中心钢结构屋盖整体吊装等一系列重大建设工程。虽然施工最终获得了成功， 但其中存在的技术性、经济性等问题并未得到很好解决。 因此，迫切需要针对结构在实际施工过程遇到的具体问题提出系统性的
8、解决方案。 计算机控制， 钢绞线承重， 集 群液压千斤顶提供动力的整体提升技术取代卷扬机， 开始在机场航站楼， 大型机 库，体育会展场馆，超高层建筑等钢结构施工中得到广泛的运用。 2001 年完成 的河南南阳鸭河口电厂干煤棚网架采用了国内首创的折叠展开提升安装工艺， 丰 富了整体提升技术； 2002 年完成的深圳使命市民中心焊接球网架钢屋盖采用了 低位拼装，两次整体提升的施工工艺，提升重量为 2650T ，提升高度为 46M ； 2003 年完成的广州新白云机场五机位维修库是当时亚洲规模最大的机库，提升 重量为 4650T ，提升高度为 26M ； 2006 年完成的国家图书馆二期钢结构整体
9、提升工程提升重量达到了 10388T ; 2007年完成了重达1万T,面积达4万仃 的世界上面积最大， 跨度最大， 重量最大的首都机场 A380 飞机维修库钢屋盖整 体提升工程。在上海世博会场馆建筑中,这一新技术也得到了应用。 整体提升法技术简介：目前大多数采用由计算机控制的液压千斤顶集群作业的成套设备。 该设备 一般由承重, 执行和控制等部分组成, 以立柱和钢绞线等为承重部件, 以液压千 斤顶为执行部件, 以电气和计算机系统为控制部件。 立柱作为承载千斤顶组的基 础,承担所有被提升结构和机具的重量； 钢绞线作为提升索具, 与千斤顶的夹片 锚具配合传递提升力, 实现提升过程中结构件的上升 （下
10、降）和锁定；液压千斤 顶由液压泵站提供动力, 通过油缸的升缩和上下锚具的交替置换, 实现提升动作； 电气和计算机系统根据各类位置和荷载传感器的信号, 结合同步 （异步）或荷载 控制的要求, 下达各类作业命令。 由计算机控制的液压千斤顶集群作业设备进行 钢结构整体提升作业, 具有组合灵活,控制精细, 自动化程度高等优点,并可实 现特大型结构和超重结构的整体提升。整体提升施工方法的基本步骤为：首先在地面拼装好钢屋盖的各级桁架与其内部必要的支撑体系，然后以安装在各钢柱顶部的提升支架作为支座，在其上布设穿心式千斤顶并通过钢绞线将钢屋盖整体提升，最后待钢屋盖整体提升到设 计位置时再超提升一定高度，然后逐
11、点落位并与支柱的钢牛腿连接整体提升操作的注意事项:整体提升前准备工作钢结构提升前应具备与提升有关的钢结构，提升平台，千斤顶，钢绞线，液压泵站与自动控制系统等各项目的质量保汪资料，对每一道施工工序，却有一套严格的质量验收制度，并有详细的施工原始记录，保证每一道工序质量均满足要求， 在提升前对并键的记录，保证每一道工序质量均满足要求， 在提升列关键的部位， 钢结构各重点的锚固情况，千斤顶部位与锚夹具，油泵，自动控制系统，进行全面检查，并填写书面记录，确认一切正常才能提升，对安装与配备的指挥系统的 通讯设备，必须经过试用，配备好全部工作人员与劳动力，对所有参加提升工作的人员必须进行认真培训， 为保证
12、提升一次成功，在一切就绪情况下，进行预 演习。整体提升应急措施(1) 设备、材料保证措施提升过程中配备足够的备用材料，设备与修理工具和维修人员。(2) 钢结构与周围结构相碰在提升钢结构顶部安装报警器， 若钢结构与周围结构相碰， 则自动报警， 并马上 停止提升，分别相碰的原因，若是伸出结构的钢筋接驳器或预埋件则用气之除， 是局部砼凸出侧凿除部分另凸砼等措施， 如当由于结构侧向位移过大而碰时， 则 应采用先安装钢结构支座钢立柱浇砼部分立柱砼，分节提升等非常措施。(3) 防风措施选择 l 周内风力小于 6 级的天气， 若遇地面 6 级以上的风力， 要停止提升， 并在 钢结构和周围结构之间的三个面加设
13、限位装置，防止钢结构与周围结构碰撞。 试提升 在确认一切正常后，试提升采用， 逐步加载进行，钢结构开始离地。 在每次加载 后，均观察周围结构受压后的侧向位移与局部承压， 后错的锚固情况， 钢结构的 变形，提升钢平台的变形，各吊点锚固情况，有无变形，千斤顶，钢绞线，与锚 夹具，油泵，自动控制系统的工作情况提升过程的监控措施(1) 在一切准备工作做完之后，且经过系统的、全面的检查无误后，现场安装总 指挥检查并发令后，才能进行正式提升。(2) 根据预先通过计算得到的提升工况提升点反力值，在计算机同步控制系统中，对每台液压提升器的最大提升力进行设定。当遇到提升力超出设定值时，提升器自动采取溢流卸载，以
14、防止出现提升点荷载分布严重不均，造成对结构件和提升设施的破坏。(3) 通过液压回路中设置的自锁装置以与机械自锁系统，在提升器停止工作或遇 到停电等情况时，提升器能够长时间自动锁紧钢绞线，确保提升构件的安全。(4) 在提升过程中，注意观测系统的荷载变化情况等，并认真做好记录工作。(5) 在提升过程中，地面测量人员要测量各吊点离地的高度。(6) 提升过程中应密切注意提升地锚、钢绞线、提升器、安全锚、液压泵站、 计算机控制系统、传感检测系统等的工作状态(7) 通讯工具专人保管，确保信号畅通提升到位后， 保持钢结构屋盖空中姿态， 液压提升系统点动微调， 配合结构对口 就位。安装预留的后装杆件 钢结构屋
15、盖整体卸载落位。拆除液压设备与控制设 备，整体液压同步提升作业结束。整体提升法施工过程中应注意的问题：目前，国内外的很多学者都曾指出不同形式的大跨度空间钢结构在整体吊装 施工过程中存在的一些问题与相应的注意事项。这里总结出以下 8 个大跨度空 间钢结构整体吊装时需要解决的关键性技术问题：(1) 结构拆撑过程的模拟分析；(2) 提升吊索的垂直度保证；(3) 施工中可能存在的突发问题对结构性能的影响；(4) 在施工过程中存在的刚体位移和弹性变形的耦合问题的影响；(5) 施工过程中提升速率变化引起的动力效应对结构的影响；(6) 吊点的数量和位置的确定；(7) 吊装过程中各吊点移动不同步与其对结构内力和位移的影响；(8) 施工中的变边界问题的模拟计算方法；根据对于各个问题解决程度的不同， 可以将上述问题分为两大类。 一类是可以通 过一定的施工手段、 先进的施工技术以与现有的计算程序加以解决的问题； 另一 类则是目前的处理方法尚不完善， 必须采用新的计算方法， 选择合理的控制参数 进行分析验算的问题。 8 个问题中的前 5 个问题属于第一类施工问题， 对于该类 问题目前已经形成了较为成熟的解决方案， 并已成功的应用于实际的施工过程中。 以下将对各个问题相应的解决方法加以论述。结构拆撑过程的模拟分析在大
