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【内容提要】通过福州城市发展展示馆钢桁架結构整体提升技术总结，介绍了提升点布置、机具选择、提升过程控制等关键点。
【关键词】空间桁架整体提升
中图分类号：TU323.4文献标识码： A 文章编号：
工程概况
福州城市发展展示馆是福建省重点建设项目，工程位于福州市南台岛海峡会展中心东侧，南依浦下河，北望闽江水。该项目总建筑面积约5.35万平方米，地上4层地下1层。该馆是集规划展示、学术交流、科普教育为一体的综合性展览馆，整体造型为南宽北窄的钻石型，如图1。主体结构为四层混凝土框架结构，外围为斜交双向钢网格结构。该项目由同济大学建筑设计院设计，恒久集团有限公司承担钢结构分项工程施工。
图1 福州展示馆效果图
该项目的中庭为展示大厅，屋盖结构为井式布置的空间钢桁架结构，平面布置于12-24轴D-M轴间，平面尺寸为50.4m×33.6m，支承于框架结构第三层的混凝土牛腿上，桁架底口标高为12.11m，桁架高度4100。桁架弦杆构件截面为H600x450x24x30焊接H型钢，单榀桁架最大约46吨，整体提升总重量约410吨。整体提升部分结构平面布置如图2所示。
图2 钢桁架结构平面布置与整体提升位置示意图
提升方案思路与分析
钢屋盖结构由井式布置的钢桁架结构组成，单榀桁架自重较大，且杆件众多，采用分件高空散装，则不但高空组装、焊接工作量巨大，而且存在较大安全风险，质量难以控制。而该部分结构位于整体结构的中央部分，吊车无法就位，也无法采用单榀吊装方案，因而本工程确定采用地面整体拼装、整体提升方案。由于提升结构安装位置处，均有混凝土牛腿。故钢桁架从地面整体提升至安装标高处，需考虑将桁架整体向B轴线方向偏离设计位置，避免与混凝土牛腿干涉，按偏移600进行空间模拟分析，可以避开混凝土牛腿支座。
纵横向主桁架与其他次梁在地面上拼装成整体，利用液压同步提升技术提升至设计标高；再利用千斤顶向M轴线方向顶推平移600mm至设计安装位置，卸载就位。
提升点布置
提升点的布置直接影响了整个结构施工中的受力状态和工程成本。提升点的选取要保证钢桁架整体结构受力合理，确保钢桁架在提升过程中的稳定性。
根据结构布置特点和总重量、质量分布，考虑提升过程中结构受力体系尽量接近于设计状态，提升吊点设置在主桁架端部混凝土框架柱侧面，经计算拟布置7个提升吊点。通过设计计算，每点最大提升力为724KN。提升点布置与提升力详图2、图3.
图3 提升点布置与提升点支反力
提升结构加固
本工程中提升下吊点大多对应原结构存在竖腹杆的位置进行布置，下吊点处无竖腹杆的需增加临时杆件进行加固以保证提升过程中的稳定性。
设备与工器具选择
桁架整体提升采用穿芯式结构液压提升器作为提升机具，以柔性钢绞线作为提升承重索具。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，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。
根据提升点最大支反力，选择TJJ-1400型液压提升器，TJJ-1400型单台额定提升能力1400kN。
钢绞线作为柔性承重索具，采用高强度低松弛预应力钢绞线。根据结构重量及液压提升器配置，选取直径为15.24mm，破断力为26吨/根的钢绞线，每台TJJ-1400型液压提升器内根据提升力的大小穿6或9根钢绞线，每根钢绞线长约25m。
提升系统设计
整体提升技术的关键在于各提升点的同步，液压同步提升施工技术采用拉绳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，可实现一定的同步动作、负载均衡、姿态矫正、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能。同步控制系统由动力控制系统、功率驱动系统、计算机控制系统等组成。
施工计算
提升过程施工计算分析采用SAP2000V14.1计算。主要考虑结构同步提升工况下杆件强度与稳定验算、提升过程结构变形图计算，并进行提升支架验算。通过计算桁架杆件弯曲稳定应力比最大值为0.678，最大竖向位移为10.59mm。因而整体提升对桁架受力影响较小。
提升支架
在混凝土柱侧面及牛腿面预埋铁件，锚筋与锚板按施工计算得出的反力设计确定，提升支架与预埋铁件焊接，提升支架及平台梁设计采用焊接H型钢。参图6.
提升过程与控制
钢桁架在加工厂内分段加工，并进行预拼装。现场根据平面布置确定拼装点位置，进行测量放线。为保证桁架提升就位与牛腿对接准确，拼装时采用全站仪坐标控制，在牛腿处使用激光铅垂仪将钢柱牛腿点投在拼装胎架端部，控制接口位置。桁架拼装时按设计要求预起拱0.2%，拼装过程及时观测构件变形，施焊应均衡对称。
桁架提升过程中保证七个提升点的提升速度和提升距离一致，以保证提升结构受力均匀，不会产生较大变形。提升距离主控计算机通过设定一个主令点，其他六个为跟随点。预先设定跟随点与主令点的最大高差为10mm，当高差大于10mm时，控制系统会自动调节各点提升速度，减小各点高差，保证提升距离一致。
桁架整体拼装完毕，检查验收合格后安装提升设备。每台提升器内钢绞线孔应与提升梁的钢绞线孔中心对齐。在提升器提升或下降过程中，提升器顶部肯定余留钢绞线，如果余留的钢绞线过多，对于提升或下降过程中钢绞线的运行及提升器天锚、上锚的锁定及打开有较大影响，所以每台提升器配置好导向架，方便提升器顶部余留过多钢绞线的导出顺畅。导向架安装于提升器上方，导向架的导出方向以方便安装油管、传感器和不影响钢绞线自由下坠为原则。导向架高约3.2～3.6m，偏离提升器边缘650左右。
钢绞线采取由上至下穿法，即从提升器顶部穿入至底部穿出，穿出部分再穿入提升器正下方对应的提升地锚内，锁定（尽量使穿出的钢绞线底部持平）。每台提升器顶部余留的钢绞线应沿导向架导出。
结构提升之前，应对提升系统及提升（下降）辅助设备进行全面检查及调试工作。提升器在下锚紧的情况下，松开上锚，启动泵站，调节一定的压力(3Mpa左右)，伸缩提升器主油缸，检查A腔、B腔的油管连接是否正确，检查截止阀能否截止对应的油缸；检查比例阀在电流变化时能否加快或减慢对应提升器的伸缩缸速度。
检查导向架与提升器的安装牢固，导出钢绞线顺畅。
钢绞线作为承重系统，在提升前应派专人进行认真检查，钢绞线不得有松股、弯折、错位、外表不能有电焊疤。
对管线、阀块、传感器等一一进行检查。对上吊点及下吊点等的安装、牢固情况；提升构件加固情况进行全面检查。
对提升系统进行预加载，调节一定的压力（3MPa），使每台提升器内每根钢绞线基本处于相同的张紧状态。
具备提升条件后，以主体结构理论载荷为依据，各提升吊点处的提升设备进行分级加载，依次为20％、40％、60％、80％，每次分级加载必需保证提升上吊点位移始终在设计控制范围之内。确认各部分无异常的情况下，可继续加载到90％、100％，直至桁架结构整体脱离拼装胎架。
每次分级加载后均应检查相关受力点的结构状态，并通过经纬仪跟踪监测桁架顶中心的偏移。加载过程中各项监测数据均应做好完整记录。
当分级加载至桁架结构即将离开拼装胎架时，存在各点不同时离地的情况，此时降低提升速度，并密切观查各点离地情况。确保桁架结构离地平稳，各点同步。
待钢桁架结构整体提升脱离胎架约200mm后，提升设备锁定、暂停。
提升过程如图4.
图4提升过程
空中停留12小时后全面检查各设备运行情况，停留期间组织专业人员对钢桁架结构、提升吊具、连接部件、及各提升设备进行专项检。
在确保提升系统以及桁架结构本体等均安全情况下或在可控范围之内后，继续整体提升；在整个同步提升过程中随时进行检查、观测。
系统的速度取决于泵源系统的流量、锚具切换和其他辅助工作所占用的时间。在本工程中，每台液压泵源的主泵流量为2×36L/min。本工程中，考虑最大工况，一台泵源系统驱动3台TJJ-1400型液压提升器，正式提升速度约为6m/h。
桁架结构底口超过牛腿面时，将整体结构向M轴平移顶推，平移时要做到同步，用口哨统一指挥，每移动20mm检查各点平移距离，过程修正平移不均匀点；滑移底座采用船形底座，减少摩擦力，有利于滑动，滑动过程中适当在接触面加黄油；向M轴平移约600mm到达设计位置。
各提升吊点通过计算机系统的“微调、点动”功能，使钢桁架结构精确达到设计标高后，提升设备暂停、锁定，保持结构的空中姿态稳定不变。最后集中对口焊接。
相同于提升工况，卸载时也为同步分级卸载，依次为20%，40％，60％，80％，在确认各部分无异常的情况下，可继续卸载至100％，即提升器钢绞线不再受力，结构载荷完全转移至牛腿，结构受力形式转化为设计工况。。
拆除液压提升设备，钢桁架结构液压整体提升安装完成。
总结
该项目于2012年9月2日，完成提升系統设备安装，并试提升，脱离拼装胎架。2012年9月3日8时开始提升，12时顺利提升至牛腿标高，顶推就位后于当日完成整体提升。
采用整体提升技术进行桁架结构施工安装，具有很多优点。由于桁架结构在较低标高处整体拼装，便于焊接作业，从而使焊接质量、装配精度及检测精度上更容易得到保证，减小了高空作业风险，安全防护易于保障。
液压同步整体提升施工技术，通过事先计算分析、模拟，提升过程的安全性有充分的保障；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，能够有效保证结构的安装工期；液压同步提升设备设施体积、重量较小，机动能力强，倒运和安装方便。
【关键词】空间桁架整体提升
中图分类号：TU323.4文献标识码： A 文章编号：
工程概况
福州城市发展展示馆是福建省重点建设项目，工程位于福州市南台岛海峡会展中心东侧，南依浦下河，北望闽江水。该项目总建筑面积约5.35万平方米，地上4层地下1层。该馆是集规划展示、学术交流、科普教育为一体的综合性展览馆，整体造型为南宽北窄的钻石型，如图1。主体结构为四层混凝土框架结构，外围为斜交双向钢网格结构。该项目由同济大学建筑设计院设计，恒久集团有限公司承担钢结构分项工程施工。
图1 福州展示馆效果图
该项目的中庭为展示大厅，屋盖结构为井式布置的空间钢桁架结构，平面布置于12-24轴D-M轴间，平面尺寸为50.4m×33.6m，支承于框架结构第三层的混凝土牛腿上，桁架底口标高为12.11m，桁架高度4100。桁架弦杆构件截面为H600x450x24x30焊接H型钢，单榀桁架最大约46吨，整体提升总重量约410吨。整体提升部分结构平面布置如图2所示。
图2 钢桁架结构平面布置与整体提升位置示意图
提升方案思路与分析
钢屋盖结构由井式布置的钢桁架结构组成，单榀桁架自重较大，且杆件众多，采用分件高空散装，则不但高空组装、焊接工作量巨大，而且存在较大安全风险，质量难以控制。而该部分结构位于整体结构的中央部分，吊车无法就位，也无法采用单榀吊装方案，因而本工程确定采用地面整体拼装、整体提升方案。由于提升结构安装位置处，均有混凝土牛腿。故钢桁架从地面整体提升至安装标高处，需考虑将桁架整体向B轴线方向偏离设计位置，避免与混凝土牛腿干涉，按偏移600进行空间模拟分析，可以避开混凝土牛腿支座。
纵横向主桁架与其他次梁在地面上拼装成整体，利用液压同步提升技术提升至设计标高；再利用千斤顶向M轴线方向顶推平移600mm至设计安装位置，卸载就位。
提升点布置
提升点的布置直接影响了整个结构施工中的受力状态和工程成本。提升点的选取要保证钢桁架整体结构受力合理，确保钢桁架在提升过程中的稳定性。
根据结构布置特点和总重量、质量分布，考虑提升过程中结构受力体系尽量接近于设计状态，提升吊点设置在主桁架端部混凝土框架柱侧面，经计算拟布置7个提升吊点。通过设计计算，每点最大提升力为724KN。提升点布置与提升力详图2、图3.
图3 提升点布置与提升点支反力
提升结构加固
本工程中提升下吊点大多对应原结构存在竖腹杆的位置进行布置，下吊点处无竖腹杆的需增加临时杆件进行加固以保证提升过程中的稳定性。
设备与工器具选择
桁架整体提升采用穿芯式结构液压提升器作为提升机具，以柔性钢绞线作为提升承重索具。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，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。
根据提升点最大支反力，选择TJJ-1400型液压提升器，TJJ-1400型单台额定提升能力1400kN。
钢绞线作为柔性承重索具，采用高强度低松弛预应力钢绞线。根据结构重量及液压提升器配置，选取直径为15.24mm，破断力为26吨/根的钢绞线，每台TJJ-1400型液压提升器内根据提升力的大小穿6或9根钢绞线，每根钢绞线长约25m。
提升系统设计
整体提升技术的关键在于各提升点的同步，液压同步提升施工技术采用拉绳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，可实现一定的同步动作、负载均衡、姿态矫正、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能。同步控制系统由动力控制系统、功率驱动系统、计算机控制系统等组成。
施工计算
提升过程施工计算分析采用SAP2000V14.1计算。主要考虑结构同步提升工况下杆件强度与稳定验算、提升过程结构变形图计算，并进行提升支架验算。通过计算桁架杆件弯曲稳定应力比最大值为0.678，最大竖向位移为10.59mm。因而整体提升对桁架受力影响较小。
提升支架
在混凝土柱侧面及牛腿面预埋铁件，锚筋与锚板按施工计算得出的反力设计确定，提升支架与预埋铁件焊接，提升支架及平台梁设计采用焊接H型钢。参图6.
提升过程与控制
钢桁架在加工厂内分段加工，并进行预拼装。现场根据平面布置确定拼装点位置，进行测量放线。为保证桁架提升就位与牛腿对接准确，拼装时采用全站仪坐标控制，在牛腿处使用激光铅垂仪将钢柱牛腿点投在拼装胎架端部，控制接口位置。桁架拼装时按设计要求预起拱0.2%，拼装过程及时观测构件变形，施焊应均衡对称。
桁架提升过程中保证七个提升点的提升速度和提升距离一致，以保证提升结构受力均匀，不会产生较大变形。提升距离主控计算机通过设定一个主令点，其他六个为跟随点。预先设定跟随点与主令点的最大高差为10mm，当高差大于10mm时，控制系统会自动调节各点提升速度，减小各点高差，保证提升距离一致。
桁架整体拼装完毕，检查验收合格后安装提升设备。每台提升器内钢绞线孔应与提升梁的钢绞线孔中心对齐。在提升器提升或下降过程中，提升器顶部肯定余留钢绞线，如果余留的钢绞线过多，对于提升或下降过程中钢绞线的运行及提升器天锚、上锚的锁定及打开有较大影响，所以每台提升器配置好导向架，方便提升器顶部余留过多钢绞线的导出顺畅。导向架安装于提升器上方，导向架的导出方向以方便安装油管、传感器和不影响钢绞线自由下坠为原则。导向架高约3.2～3.6m，偏离提升器边缘650左右。
钢绞线采取由上至下穿法，即从提升器顶部穿入至底部穿出，穿出部分再穿入提升器正下方对应的提升地锚内，锁定（尽量使穿出的钢绞线底部持平）。每台提升器顶部余留的钢绞线应沿导向架导出。
结构提升之前，应对提升系统及提升（下降）辅助设备进行全面检查及调试工作。提升器在下锚紧的情况下，松开上锚，启动泵站，调节一定的压力(3Mpa左右)，伸缩提升器主油缸，检查A腔、B腔的油管连接是否正确，检查截止阀能否截止对应的油缸；检查比例阀在电流变化时能否加快或减慢对应提升器的伸缩缸速度。
检查导向架与提升器的安装牢固，导出钢绞线顺畅。
钢绞线作为承重系统，在提升前应派专人进行认真检查，钢绞线不得有松股、弯折、错位、外表不能有电焊疤。
对管线、阀块、传感器等一一进行检查。对上吊点及下吊点等的安装、牢固情况；提升构件加固情况进行全面检查。
对提升系统进行预加载，调节一定的压力（3MPa），使每台提升器内每根钢绞线基本处于相同的张紧状态。
具备提升条件后，以主体结构理论载荷为依据，各提升吊点处的提升设备进行分级加载，依次为20％、40％、60％、80％，每次分级加载必需保证提升上吊点位移始终在设计控制范围之内。确认各部分无异常的情况下，可继续加载到90％、100％，直至桁架结构整体脱离拼装胎架。
每次分级加载后均应检查相关受力点的结构状态，并通过经纬仪跟踪监测桁架顶中心的偏移。加载过程中各项监测数据均应做好完整记录。
当分级加载至桁架结构即将离开拼装胎架时，存在各点不同时离地的情况，此时降低提升速度，并密切观查各点离地情况。确保桁架结构离地平稳，各点同步。
待钢桁架结构整体提升脱离胎架约200mm后，提升设备锁定、暂停。
提升过程如图4.
图4提升过程
空中停留12小时后全面检查各设备运行情况，停留期间组织专业人员对钢桁架结构、提升吊具、连接部件、及各提升设备进行专项检。
在确保提升系统以及桁架结构本体等均安全情况下或在可控范围之内后，继续整体提升；在整个同步提升过程中随时进行检查、观测。
系统的速度取决于泵源系统的流量、锚具切换和其他辅助工作所占用的时间。在本工程中，每台液压泵源的主泵流量为2×36L/min。本工程中，考虑最大工况，一台泵源系统驱动3台TJJ-1400型液压提升器，正式提升速度约为6m/h。
桁架结构底口超过牛腿面时，将整体结构向M轴平移顶推，平移时要做到同步，用口哨统一指挥，每移动20mm检查各点平移距离，过程修正平移不均匀点；滑移底座采用船形底座，减少摩擦力，有利于滑动，滑动过程中适当在接触面加黄油；向M轴平移约600mm到达设计位置。
各提升吊点通过计算机系统的“微调、点动”功能，使钢桁架结构精确达到设计标高后，提升设备暂停、锁定，保持结构的空中姿态稳定不变。最后集中对口焊接。
相同于提升工况，卸载时也为同步分级卸载，依次为20%，40％，60％，80％，在确认各部分无异常的情况下，可继续卸载至100％，即提升器钢绞线不再受力，结构载荷完全转移至牛腿，结构受力形式转化为设计工况。。
拆除液压提升设备，钢桁架结构液压整体提升安装完成。
总结
该项目于2012年9月2日，完成提升系統设备安装，并试提升，脱离拼装胎架。2012年9月3日8时开始提升，12时顺利提升至牛腿标高，顶推就位后于当日完成整体提升。
采用整体提升技术进行桁架结构施工安装，具有很多优点。由于桁架结构在较低标高处整体拼装，便于焊接作业，从而使焊接质量、装配精度及检测精度上更容易得到保证，减小了高空作业风险，安全防护易于保障。
液压同步整体提升施工技术，通过事先计算分析、模拟，提升过程的安全性有充分的保障；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，能够有效保证结构的安装工期；液压同步提升设备设施体积、重量较小，机动能力强，倒运和安装方便。