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1、超高层屋顶钢结构天线滑移提升施工工法1. 前言超高层建筑楼顶高耸尖塔一般为钢结构，由圆型主桅杆及其支持框架构成。由于尖塔桅杆的高度超过了塔吊施工的起升能力，无法利用塔吊在高空直接拼装。为解决这一难题，南通二建集团有限公司自行设计研制了钻石顶钢结构天线滑移提升施工技术，在此技术基础上总结提高形成本工法。工程通过采用钢结构天线滑移提升施工技术，在屋顶狭窄的空间完成了钢结构的吊运和提升等一系列高难度工作，避免了屋顶天线高空施工的安全风险，对今后类似工程具有一定的借鉴作用，同时也取得了良好社会效益。本工法的技术论文已在建筑施工杂志发表,并曾经获南通市土木协会优秀论文一等奖,江苏省土木学会施工专业委员会
2、优秀论文一等奖，上海市钢结构金奖。2. 工法特点2.1 由于钢结构天线在楼面上分段倒装拼装焊接，便于使用机械化焊接作业，从而使焊接质量和装配精度及焊缝探伤检测精度上更容易得到保证，而分段吊装由于高空作业，无论构件拼装精度，还是焊接质量及测控精度上都难以得到有效保障。2.2 钢柱结构主要的拼装、焊接及油漆等工作相当于在地面进行，施工效率高，安全防护工作易于组织，施工质量得到保证；2.3 采用“超大型构件液压同步提升施工技术”安装钢柱，技术成熟，安全性有充分的保障；2.4 采用液压提升吊装，将高空作业量降至最少，加之液压整体提升作业绝对时间较短，能够有效保证钢柱的安装工期；2.5 液压同步提升设备
3、设施体积较小，机动能力强，倒运和安装方便。而且天线爬梯可以设置在内部比设施在外面美观且安全。2.6 采用自锁式液压千斤顶提升。安全可靠，施工中途停升调整或现场突然停电，提升的钢结构在任意高度位置可自锁，不会发生钢结构下滑的安全事故，消除工人高度紧张的精神压力，减轻劳动强度提高工作效率。2.7 液压提升操作和监控只需几个人，减少了劳动力投入降低施工成本。2.8 液压提升器两端的楔型锚具具有单向自锁作用。当锚具工作（紧）时，会自动锁紧钢绞线；锚具不工作（松）时，放开钢绞线，钢绞线可上下活动。2.9 采用采用液压提升吊装，将高空作业量降至最少，加之液压整体提升作业绝对时间较短，能够有效保证钢柱的安装
4、工期。2.10 液压提升设备体积小、自重轻、承载能力大，特别适宜于在狭小空间或室内进行大吨位构件牵引提升安装3. 适用范围适用于没有塔吊等起吊安装条件且设有钢桅杆的尖塔类高耸构筑物的安装工程。4. 工艺原理 本工法工艺原理是利用自升式塔吊的标准节加节原理进行设计施工的，在屋顶狭小的空间上预埋铁件，安装一个提升井架作为提升支架。并安装提升葫芦和卷扬机作为液压传动进行钢结构天线的提升倒装。在钢结构最上一节（二节）和钢结构顶后，利用液压提升器作为提升机具，柔性钢绞线作为承重索具。液压提升器为穿芯式结构，以钢绞线作为提升索具和提升装置逐段进行倒装。提升过程中，通过液压控制系统进、回油使自锁式液压千斤顶
5、往复运动。钢绞线在千斤顶进油时完成上升移动，在千斤顶回油时自锁不下滑。通过液压千斤进、回油的不断循环，使钢绞线不断提升，从而带着钢结构同步上升，直到每节钢结构的高度即可进行组焊。对接组焊后，松开液压千斤顶自锁装置，就可以将提升杆落下，再进行下一结构的提升倒装。5. 工艺流程及操作要点5.1 工艺流程下锚紧拔上锚主油缸缩全行程（空载）上锚紧拔下锚主油缸伸全行程（带载下降）下锚紧拔上锚缩主油缸使上锚全拔（空载）主油缸伸“全行程-”(空载)上锚紧拔下锚伸主油缸使下锚全拔（带载上升）主油缸缩“全行程-”（带载下降）如此反复，象提井水那样将重物一步步提起。提升过程：下降过程：如此反复，将重物下降。过程中
6、的为下降时所必需的脱锚行程，约25mm。图5.1.1-1工艺流程5.1.1 在芯筒小屋面楼层结构施工时按照技术方案在楼层上的相应位置布置提升井架的预埋件。 5.1.2 提升支架主肢与埋件焊接固定，以承受提升钢结构天线时支架传递的垂直和水平荷载。由于提升支架承受水平风载，由此可能引起埋件的垂直拉力，所以埋件设计时必须考虑一定的抗拔力和抗水平力。5.1.3 提升支架为格构式结构形式，中心距为4.7m*4.3m，主肢截面为钢管351*12，横杆、斜杆为159*10。支架顶安装下托梁、上托梁、提升梁，和格构柱形成稳定的受力体系，如下图5.1.3 5.1.4 安装提升支架，与楼面预埋件焊接固定。支架柱顶
7、设置上、下托梁和提升梁，上面放置提升器。图5.1.3提升支架平面示意图5.1.5 连接提升器泵站等设备，调试，检查，确保一切正常后，准备提升。分级加载提升器，使天线上部第一节变截面段离开楼面。检查液压提升设备，确保正常后，准备正式提升作业。5.1.6 利用提升支架安装钢结构天线的变截面段，天线变截面段安装好后，在底部的相应位置焊接提升牛腿，钢绞线穿入牛腿，地锚和提升器通过钢绞线连接。5.1.7 正式同步提升钢结构天线，使其顶高2.1m左右（提升高度略大于第一分段的高度即可），停止提升。第二分段钢柱滑移进入提升支架内，至第一分段的正下方。提升器下降作业，微调，使钢柱分段坐落于下部的第二分段上，并
8、焊接固定。5.1.8 检查提升设备，确保正常后继续提升，方法如前，提升高度约2.1m左右，停止提升。第三分段钢柱滑移进入提升支架内，至第二分段的正下方。提升器下降作业，微调，使第一、二分段钢柱坐落于下部的第三分段上，并焊接固定。图5.1.6-1提升立面示意图图5.1.6-2提升立面照片5.1.9 如前步骤，提升倒装前三个分段钢柱，并把第四分段滑移至倒装位置，下降提升器，使前三个分段坐落于第四分段上。在第四分段上焊接提升牛腿，提升器下降，然后提升牛腿连接。5.1.10 重复如上述步骤，倒装最后的钢柱分段，下降提升器，使整个天线钢柱坐落就位于安装楼层上。拆卸提升设备、提升临时设施等。天线钢柱倒装液
9、压同步提升安装完毕。 5.2 操作要点为了完成如此超高钢结构天线的整体提升以及构件的滑移，需充分考虑提升和滑移过程中的各个环节，方案的优劣将直接影响到整体提升过程中的结构稳定和施工安全性，因此，对整体提升应慎重考虑，提升方案应保证足够的安全、可靠性，根据以往重大工程类似的施工经验，我们将主要从以下几个方面来加强现场管理。5.2.1 整体施工工况的分析施工前充分验算天线钢柱在提升过程中的钢结构应力和变形是否满足施工工况要求、风载下钢柱的受力情况、抗风桁架（楼顶自身的桁架）是否满足极端风荷载情况下的提升工况、考虑极限工况即提升不同步的情况下的结构分析等。根据详细的计算分析，配置相应的提升设备，编制
10、具体的提升实施方案。5.2.2 提升支架的设计及设置提升支架的设计关系到整个提升过程的安全稳定性，如何设置支架的跨度、位置、高度及临时稳定杆是本工程的重点。如下图图5.2.2 提升支架平面示意图5.2.3 提升吊点的设置合理确定提升点的位置，是整体提升施工中相当重要的工序，它直接关系到提升阶段结构的稳定、提升支架的高度、临时构件的材料用量以及施工安全性。5.2.4 提升过程的控制及监测提升过程的控制及监测有利于观测提升过程中的结构变形及结构受力情况，通过监测手段以确定提升过程中的各项指标，并确保提升过程中的整体同步性。5.2.5 提升支架提升支架的设计主要考虑支架在提升过程中的承重能力、支架的
11、整体刚性及稳定性。支架的高度越高，一次提升的高度越高，所需置换牛腿的数量越少，但是支架的稳定性越差。所以必须综合考虑，选择合适的高度，在保证工程实施的安全前提下，达到材料用量最少。5.2.6 提升支架基础提升支架设置在楼层上，所以需要在楼层上预先设置埋件，支架立柱与埋件焊接，与楼层牢固连接，以承受提升过程中的垂直荷载和水平荷载。5.2.7 抗风杆钢柱提升过程中，为了抵抗风载施加于钢柱上的水平荷载，必须设计抗风杆。在提升支架的顶部和底部位置设置两层抗风杆。由于在提升过程中，锥形段钢结构天线与抗风杆的接触点是变化的，变化距离为550mm，所以抗风杆必须设计成可调节的形式。具体形式如下图5.2.7-
12、15.2.7-2。 图5.2.7-1抗风杆平面图 图5.2.7-2 抗风杆可调节端头5.2.8 提升上吊点提升上吊点设置在提升支架上的提升梁上，地锚放置在梁上，通过钢绞线与提升下吊点连接。本工程中，采用TJJ-600型提升器，地锚的外形尺寸为200*170。5.2.9 提升下吊点提升下吊点的数量及设计位置主要从两方面进行考虑，其一，主要考虑提升设备的提升能力要求；其二，需考虑提升过程中柱体的变形控制。本方案中通过多方案的比选及计算结构表明，采用4吊点的方案，圆周均匀布置，角度为90。图5.2.9 提升悬挑牛腿平面布置图5.2.10 提升过程的控制和监测提升过程的控制及监测有利于观测提升过程中的
13、结构变形及结构受力情况，通过监测手段以确定提升过程中的各项指标，并确保提升过程中的整体同步性。5.2.11 提升过程的同步性对于天线钢柱在提升倒装过程中的同步性，依靠液压提升系统本身的计算机同步系统来控制（详见液压同步控制系统说明），并架设经纬仪随时跟踪监测提升过程中的钢柱中心偏移量。加载过程中各项监测数据均应做好完整记录。a.液压同步提升施工技术采用行程及位移传感监测和计算机控制，通过数据反馈和控制指令传递，可全自动实现同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能。b.操作人员可在中央控制室通过液压同步计算机控制系统人机界面进行液压提升过程及相关数据的观察和
14、（或）控制指令的发布。液压同步提升控制系统人机界面6. 材料与设备6.1 穿芯式液压提升器。采用TJJ-600型提升器，地锚的外形尺寸为200*170。采用4吊点的方案，圆周均匀布置，角度为90，每个吊点处各设置一套光电编码器，用以测量提升过程中各吊点位移同步性，并由一台液压泵提供动力。6.2 提升支架。提升支架主肢与埋件焊接固定，以承受提升钢结构天线时支架传递的垂直和水平荷载提升支架为格构式结构形式，支架顶安装下托梁、上托梁、提升梁，和格构柱形成稳定的受力体系。上、下托梁和提升梁，上面放置提升器。6.3 钢绞线。钢绞线作为提升索具穿入牛腿，地锚和提升器通过钢绞线连接，液压提升器两端的楔型锚具
15、具有单向自锁作用。当锚具工作（紧）时，会自动锁紧钢绞线；锚具不工作（松）时，放开钢绞线，钢绞线可上下活动。6.4 计算机同步系统。共设置4个同步提升吊点。每个吊点处各设置一套光电编码器，用以测量提升过程中各吊点位移同步性。计算机控制系统根据这4套光电编码器器的位移检测信号及其差值，构成“传感器计算机泵源比例阀液压提升器钢柱结构”闭环系统，控制整个提升过程的同步性。7. 质量控制7.1 质量标准桅杆安装垂直偏差控制数据：每段为2mm，每节10mm，整根桅杆安装垂直度控制偏差值在设计位置基础上25mm。7.2 质量控制措施7.2.1 标高控制标高主要以引测至楼层的高程控制点为基准点，通过水准仪对天线结构标高进行测控，施工过程中发现安装标高与设计相差，采取技术措施进行调整。每段钢桅杆安装时，必须按照定位标识，对桅杆作初次位移校正。然后按照设计标高，调正桅杆上、下段的间隙，间隙控制在6mm左右。利用对接环，辅助板来完成桅杆位移终调。桅杆位移终调时，要求上、下4根定位线中至少有2根重叠，位移控制偏差为02mm。7.2.2 垂准控制在每段桅杆完成标高和位移校正过程中，主要利用成90o的两个弯管经纬仪作为外部校正，对桅杆垂直度的微调校正，可采用螺旋千斤顶
