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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 础上总结提高形本钱工法。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，防止了屋顶天线高空施工的平安风险, 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
2、员会优秀论文一等奖，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，平安 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，平安性有充分 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
3、压同步提升设备设施体积较小，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平安。2.6 采用自锁式液压千斤顶提升。平安可靠，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平安事故，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本钱。2.8 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。./，,公液压同步提升控制系统人机界面6 .材料与设备6.1 1穿芯式液压提升器。采用
4、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
5、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“传感器一计算机一泵源比例阀一液压提升器一钢柱结构”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W2mm,每节W 10mm,整根桅杆安装垂直度控制偏差 值在设计位置基础上W25mli1。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，
6、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90。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，可采用螺旋千斤顶作微调，同时辅以小铁插片进行。桅杆 安装垂直偏差控制数据：每段为W2mln,每节WIOmm,整根桅杆安装垂直度控制偏差值在设 计位置基础上W 25nlm。7. 2. 3外壁定位线钢桅杆在制
7、作厂完成分段加工后，依据施工图中钢桅杆安装轴线，对桅杆作面向性定 位，定位线应与现场测量站的观测辅助轴线相吻合。具体方法是在每段桅杆上、下端作2 根通过圆心的垂直相交线，把垂直相交线两端的4个点定位在每段桅杆的外壁上，作好样 眼标记。再用角尺划出定位线，并做好醒目三角标识。8 .平安措施1. 1必须坚决落实“平安第一，预防为主”的方针，全面实行“预控管理”，从思想 上重视，行动上支持，控制和减少伤亡事故发生。8. 2所有施工人员要对施工方案及工艺进行了解、熟悉，在施工前必须逐级进行平安技 术交底，交底内容针对性强，并做好记录，明确平安责任，班后总结；9. 3在施工区域拉好红白带，专人看管，严禁
8、非施工人员进入。吊装时，施工人员不得在起重构件、起重臂下或受力索具附近停留;10. 4钢绞线在安装时，高空应铺设安装、操作临时平台，地面应划定平安区，应防止重 物坠落，造成人员伤亡；下降前，应进行全面清场，在下降过程中，应指定专人观察地锚、 上下吊耳、提升器、钢绞线等的工作情况，假设有异常现象，直接通知现场指挥。11. 5在钢柱整体液压同步提升过程中，注意观测设备系统的压力、荷载变化情况等，并 认真做好记录工作。12. 6在液压提升过程中，测量人员应通过测量仪器配合测量各监测点位移的准确数值。13. 7液压提升过程中应密切注意液压提升器、液压泵源系统、计算机同步控制系统、传 感检测系统等的工作
9、状态。14. 8高空作业人员经医生检查合格，才能进行高空作业。高空作业人员必须带好平安带, 平安带应高挂低用。15. 9大风、大雨雪天不得从事露天高空作业，施工人员应注意防滑、防雨、防水及用电 防护。不允许雨天进行焊接作业，如必须，需设置卡靠的挡雨、挡风蓬，防护后方可作业。 禁止在风速五级以上进行提升或下降工作；16. 10 吊运设备和结构要充分做好准备，有专人指挥操作，遵守吊运平安规定，通讯 工具专人保管，确保信号畅通。17. 1 提升过程的应急措施18. 11. 1突然停电故障各泵源控制阀自动关闭，提升器液压锁自动锁紧，各上下锚及平安锚处于自锁状态； 停电后恢复供电，系统将自动处于平安停止
10、状态。19. 11. 2液压油管突然爆裂故障提升器液压锁自动锁紧，提升器不致下沉，各上下锚及平安锚处于自锁状态；更换爆 裂油管。20. 11. 3液压泵源故障通常的漏油故障能够及时解决。只有在短时检修无效情况下，快速更换相应电磁阀。21. 11. 4传感器故障在短时检修无效情况下，更换传感器。22. H. 5控制系统故障应准确判断故障点，在短时检修无效情况下，更换系统零件、部件乃至整套系统。23. 11. 6其它故障在液压提升过程中，任何监测人员发现有异常情况都可随时叫停；但提升的重新启动那么必须由现场总指挥下达指令，其他任何人不得擅自重新启动提升作业。9 .环保措施9. 1.整个施工过程中遵
11、守工地制定的文明施工及环境保护的规章制度。实行环保目标责 任制；把环保指标以责任书的形式层层分解到有关单位和个人，列入承包合同和岗位责任 制，建立一支懂行善管的环保自我监控队伍。加强检查和监控工作；加强对施工现场粉尘、 噪声、废气的监控工作，及时采取措施消除粉尘、噪声、废气和污水的污染。保护和改善 施工现场的环境，进行综合治理；施工单位采取有效措施控制人为噪声、粉尘的污染和采 取技术措施控制烟尘、污水和噪声污染，并同当地环保部门加强联系。10. 2.全部工作完成后，收尾清理，检查整理所有工器具，调运机械设备等。11. 3.电缆及分配箱整理后全部清点入库。废弃材料不得乱丢，分类回收或运至垃圾集中
12、 场处理9. 4.高空焊接应配备足够的防火包，防止电焊火花四处飞溅伤到下面的工人和行人。10. 效益分析10.1. 解决了以往屋顶天线吊装和安装工艺的高风险和高投入，可以快速无风险地完 成钢管天线滑移提升，对工期、质量、平安文明施工提供了有力保障。10.2. 采用本工法，租借滑移提升液压设备费用包含在安装天线之内为2500元/吨， 钢管天线加工费为1980元/吨，钢管天线材料费为7200元/吨，合计本钱为12680元/吨（以 B楼天线滑移提升为例），计施工本钱12680X 110 = 139. 48万元。假设采用在内部设置成收音机天线形式的吊装，需要增加下面几节钢管天线的壁厚和直 径，约增加用
13、钢量30%约33吨，即增加本钱33X12680=41. 84万元+突发意外风险费41. 84 X30%=12. 55 万元。合计直接本钱节约41. 84+12. 55=54. 39万元。10.3. 采用本工法，从而将天线由原来类似收音机天线的倒装施工工艺改为滑移提升 施工。使整根天线截面变化均匀美观精致的目的，并且增加了天线内爬梯施工的平安性和 降低了施工难度。天线可以设置在内部比设施在外面美观且平安。10.4. 施工环保无污染、节约能源、资源，可以大规模推广。11. 应用实例苏州环球188工程由两幢带有钻石顶钢结构钢管天线的AB楼组成，钻石顶分为钢管 钻石型框架和钢管天线组成。A楼钻石型框架
14、由6377X14, 6273X12, 6219X12钢管 组成标高为 238. 5m,重约 274.45t；天线由 “2600X30, 4)2600X25, 62600700X25 组成标高为282nb重约：164.75。B楼钢管钻石型框架由“377X 14, 6426X14, 4)159 X8, d)203X 10, e273X 10,180X10, 159X8 等钢管组成标高为 211. 68m,重约 1503B楼天线由 1800X25, 1800720X25组成标高为240nb重约：110t。整个施工平安 无事故，质量优良，应用情况均良好。取得了良好的社会与经济效益。部 位层 数小屋面高
15、度(m)钻石型框架总 用钢量(T)天线底标高 (直径)天线顶标 高 (直径)天线总用 钢量节省费用 (万)A楼45层207. 9m274. 45200.8(2600)282(700)15074.17 d元B楼49层191. 38m197. 58200.8(2600)240(700)11054. 39 万 元本工法，虽然只在润华环球大厦AB塔楼屋顶应用两次，但是通过专家鉴定为到达国际 先进技术水平的成熟技术，因此通过两项应用案例，可以推广为工法到所有类似工程应用。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工期。2. 10液压提升
16、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.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。3 .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 千斤顶往复运动。钢绞线在
17、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。4 .工艺流程及操作要点5. 1工艺流程提升过程:提升过程:如此反复，象提井水那样将重 物一步步提起。下降过程:如此反复，将重物下降。过程中的为 下降时所必需的脱锚行程，约25n)ni。图5. 1. 1-1工艺流程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。5.1.1 提升支架主肢与埋件焊接固定，以承受提升钢结构天线
18、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。5.1.2 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，如下列图5. 1.3安装提升支架，与楼面预埋件焊接固定。支架柱顶设置上、下托梁和提升梁，上面放置提升器。4700图5. L 3提升支架平面示意图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
19、后， 准备正式提升作业。5.1.3 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。5.1.4 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，并焊接固定。5.1.5 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
20、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1.1.9 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。1.1.10 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平安性，因 此
21、，对整体提升应慎重考虑，提升方案应保证足够的平安、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。6. 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，编制具体的提升实施方案。7. 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平安稳定性，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。如下列图图5. 2. 2
22、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平安性。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。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，在保证工程实施的平安前提下，到达材料用量最少。
23、 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 下列图 5. 2. 7-15. 2. 7-2o图5. 2. 7-1抗风杆平面图图抗风杆可调节端头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
24、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 结构说明，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，通过数据反应和控制 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（或）控制指令的发布。