浅谈大跨度空间曲率屋盖提升装置的研制

浅谈大跨度空间曲率屋盖提升装置的研制

陈刚,彭勃,陈磊

中建新疆建工集团第一建筑工程有限公司 新疆 乌鲁木齐830000

摘要：随着现代科学技术的进步，更多大跨度公共建筑开始采用钢结构作为主体结构或者屋盖，乌鲁木齐T4航站楼主楼采用钢管混凝土柱支承的空间曲面网格屋盖结构体系，此类结构虽然受力性能优秀但是存在自重较大、拼装复杂等技术难点，为提高屋盖拼接精度及解决拼接过程技术难点特，本文就乌鲁木齐T4机场航站楼管桁架屋盖胎架控制技术进行分析、探索。

关键词：提升胎架，管桁架屋盖；特点；内容分析

引言

随着大跨度超长结构、大空间结构形式公共建筑的出现，在机场项目的应用尤为显著，乌鲁木齐国际机场改扩建项目为自治区重点项目，各方关注度较高，对于结构物施工质量要求较为严格，为保证项目保质保量完成，对于快速高质量完成屋盖提升的原因进行分析，从混凝土施工全周期逐一制定解决措施，通过此项目实施经验为后续相关工程提供参考借鉴实际意义。

1  工程背景

乌鲁木齐国际机场北区改扩建工程航站楼项目位于乌鲁木齐新市区地窝堡乡乌鲁木齐国际机场内部，航站楼总建筑面积约50万㎡，包含航站楼、交通中心、停车库、跑道、滑行道、货运等配套设施。可满足年旅客吞吐量6300万人次、货邮吞吐量100万吨、年飞机起降44.6万架，飞行等级4F，建成后为西北地区最大综合性机场，全国第7大机场。

航站楼项目全长418m，建筑高度19.5m，总建筑面积79775.82㎡，为满足结构使用功能，主体纵向最大跨度228m，横向最大跨度为125.5m，为超长结构；

2  环境分析

本工程屋盖结构整体重量较大，均布荷载达到2.2KN/㎡，需采用现场拼装焊接单元结构体系的方式进行分块分段作业，随后整体提升至设计标高，在此施工过程中，因为吊装作业重量较大，往往在网架施工过程中铉杆及腹杆拼接缝对接定位控制效果较为不理想，为实现整体拼装精度，经过小组成员调查发现，需采用电动数控设备进行控制作业，避免人工操作误差，不仅提高整体安装精度并且可以加快提升时间。

3  需求分析

由于本项目屋盖面积大所以需要分块分段施工，所以单块提升时的精度需在过程中进行完美控制，为整体拼装对接施工提供保障，其次，钢结构作为金属屋面的安装载体，要将工作面顺利交接至金属屋面单位，所以综上所述，精度控制是桁架施工的重中之重。

针对传统提升方法无法满足屋盖顶升的需求，我们项目成员在市场上进行走访调查，试图寻求一种能够提高屋盖提升高精度的装置，均没有符合我公司设备型号且能够实现精度控制的装置，因此小组成员自主创新一种提升装置是首要任务。

4  提升方法选择

经过项目议讨论寻找一种新的顶升方法，无需搭设空中操作平台及使用大型吊车控制升降，新方法不仅要满足桁架顶升精度及工期要求，而且还需加快施工速度以此保证工期节点顺利完成。

翻阅相关文献后，国内外未有适合高精度屋盖提升的装置，但是查询到屋盖提升可采用电动葫芦进行整体提升；在现场调研过程中，观察到现场正在进行预应力张拉工作，此过程为一端固定一段通过数控设备控制拉应力将钢绞线向外拉伸，突发灵感，发现完全可以利用数控设备精度控制及高效率+钢绞线稳定而又牢固的特质以此来进行屋盖提升；

我们通过借鉴“预应力张拉设备系统“、”电动葫芦提升方法“的工作原理及方法后，确定新型空间曲率桁架顶升设备的研制；

5  提升装置工艺

1）桁架提升装置，此装置分为支撑底座、立柱、天梁、加固横梁四个部分。

支撑底座：底座柱梁采用30#工字钢，中部为两道贯通主梁，主梁呈十字型布置，四周加同规格工字钢作为斜撑增加底座整体性，主梁与主梁、主梁与斜撑各个连接部位均为满焊连接，示意效果详见下图。

提升立柱：四根立柱整体呈平行四边形布置，根据提升高度计算得出，提升立柱使用4个标准节，一个调差节，为增强标准节之间连接节点受力强度，使用2块法兰盘+6个高强螺栓作为上下标准节连接补强方法，法兰与立柱满焊焊接，法兰上方设置加固措施板与柱身焊接，防止安装过程中柱身倾斜，柱底法兰与底座工字钢表面焊接，

加固横梁：在每道柱身连接处设置加固横梁，加固横梁中部为圆管，端头为封头板加双层耳板，两块耳板中间嵌入法兰，使用高强螺栓相固定，四根柱身均设置一道法兰，中间增加一道斜拉横梁，整体呈两个三角形，以保证稳定性最佳。

顶部天梁：顶部设置双道双向交叉钢梁，作为液压提升器支撑构件，双道梁顶部每个15cm设置一道加强铁片，以此增加钢梁整体性，梁与梁交界处满焊连接，柱身与梁端设置圆管斜向拉结，为保证整体稳定性，天梁下的柱身需做加强处理，使用圆管作为斜向拉杆满拉；天梁长度：短方向:2715mm、长方向:7851mm；天梁向外伸出的悬臂梁的长度：1260mm。

施工原理为：管桁架中布置四座提升装置，在四座提升装置天梁上方放置200KN液压千斤顶，利用钢绞线作为提升绳索，钢绞线上端固定在千斤顶内部，下方在桁架上焊接钢支座，钢绞线与支座相连，在千斤顶的作用下不断向上提升钢绞线，随之，通过数控设备向液压千斤顶施加命令，四座千斤顶同时向上提升钢绞线，整体桁架同步跟随提升；

2）提升系统组成

我司已有过将超大型液压同步提升施工技术应用于各种类型的结构、设备吊装工艺的成功经验。配合本工程施工工艺的创新性，提升系统主要使用设备如下：

(1)超大型构件液压同步提升施工技术；

(2)GYS-100C-250型液压提升器；

(3)GYS-200C-250型液压提升器；

(4)CDY-14/30型液压泵源系统；

(5)TS-1型计算机同步控制及传感检测系统。

3）液压提升原理

“液压同步提升技术”采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，有着安全、可靠、承重件自身重量轻、运输安装方便、中间不必镶接等一系列独特优点。

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。

液压提升流程为液压提升器一个行程。当液压提升器周期重复动作时，被提升重物则一步步向上移动。

4）液压提升工作流程

第1步：上锚紧，夹紧钢绞线；        第2步：提升器提升重物

第3步：下锚紧，夹紧钢绞线；        第4步：主油缸微缩，上锚片脱开；

第5步：上锚缸上升，上锚全松；      第6步：主油缸缩回原位。

结语

综上所述，随着现代建筑施工领域对建筑造型设计要求更高，为更能展现设计理念及凸显建筑造型的，更多大跨度公共建筑开始采用钢结构作为主体结构或者屋盖，此类结构虽然受力性能优秀但是存在自重较大、拼装复杂等技术难点，涉及到整体对接，屋盖施工对精度要求较高，此装置可提高屋盖拼接精度及解决拼接过程技术难点。