北京某大型图书馆钢结构提升施工方案（鲁班奖 地面拼装 整体提升）.doc

1、第 1 页 共 66 页一工程概况1建筑基本情况建设单位：工程名称：建设地点：建筑规模： 基地面积约 22000m2，总建筑面积约 81310 m2；其中地上建筑面积：37231 m2 ，地下建筑面积：44079 m2；建筑高度： 27 m；建筑层数：地上 5层，地下3层工程地质勘察单位：结构设计单位：监理单位：施工总承包单位：方案参加编制单位：2工程概况*二期暨*工程由地下 3层和地上 5层组成，该大楼东西方向长 120m，基座区宽 90m，屋顶宽 116m。大楼屋顶高 26.19m，基座顶高 8.75m。结构分成沉稳的基座部份和 4、5 层的钢结构部分，其特点是在建筑顶部两层采用大跨度巨型

2、钢桁架体系。其中一二层采用钢筋混凝土框架筒体结构体系，利用建筑垂直交通单元组成的六个钢筋混凝土筒体作为本建筑物主要抗侧力构件，三层以上采用巨型钢桁架这一新型结构体系，由 36根钢柱承受其重量，同时将 6个钢筋混凝土筒体升至屋面。南北向设有 6榀巨型钢桁架(1.2*10.04*116.45m)，南北向巨型钢桁架之间设置四道柱间支撑构成东西向 2榀钢桁架，结构的整体性好。主桁架的立柱、弦杆、腹杆均采用箱型截面。钢板厚度主要为 4080mm，材质主要为 Q345C，其中 4060mm Z向性能要求满足Z15，大于 60mm板材 Z向性能要求满足 Z25。由于本工程钢结构体型巨大，单个杆件重量大，空中

3、组拼难度较大。为保证钢结构整体安装质量和精度，本工程总体施工方案采用逆作法施工，四层至顶层钢结构地面拼装完成后，再进行土方开挖，施工地下三层结构。钢结构采用“地面拼装，整体提升”的施工方案，利用结构体系中的六个钢筋混凝土核芯筒做为主要提升平台。为第 2 页 共 66 页缓解施工进度压力，钢结构主要构件 HJ-1、HJ-2、HJ-3、HJ-4、HJ-5 以及主悬臂梁、主连系梁在图书馆基础结构施工前，在地面拼装完成以后进行整体提升，一些次要构件在整体提升完毕以后，砼结构施工期间在空中穿插散拼。最终确定整体提升重量约为 10400吨。主要施工流程见 3.1节钢结构施工工艺流程。二提升施工特点、难点分

4、析及应对措施.1 提升吊点的确定本工程整体提升重量大，需提升结构面积广，钢结构构造复杂，杆件刚度差异较大，如何合理布置提升吊点，确保提升施工安全和被提升构件应力和变形在规范允许范围内，是本提升施工的方案的重中之重。应对措施应用计算机有限元计算分析软件，顺序模拟提升施工各工况，结合工程设计状况通过计算分析确定最佳提升吊点位置和提升吊点所需提升力。2.2 提升重量重，提升结构面积大，安全性要求高本工程总的提升重量达到 10200吨，在国内以前的工程中还前所未有。以前国内提升重量最重的是上海大剧院钢结构屋架整体提升工程，提升重量为 6075吨；本工程提升钢结构的尺寸为 116m106m，面积约 12

5、300m，面积巨大。应对措施1多布置的吊点根据结构的特点，通过计算分析使用六个核芯筒和四副门式钢架布置提升吊点，共布置 28个提升吊点；控制系统具有极高的同步控制性能。2多使用的提升油缸在 28个提升吊点上，共布置 64台提升油缸，其中 44台 350吨提升油缸，20 台200吨提升油缸；所选用的控制系统具有较强的控制能力，足以控制 64台提升油缸和18台液压泵站的协调动作。3安全系数储备大第 3 页 共 66 页64台提升油缸总体提升能力达到 19400吨，提升油缸的整体安全储备系数为1.90，钢绞线的安全系数为 4.35。2.3 同一提升平台上各点的载荷在提升过程中波动较大在同一核芯筒上，

6、各吊点之间的距离近，结构刚度大，对位置同步控制极其敏感。只要位置误差稍有差别，各点的负载将重新分配而发生较大的波动，可能引起结构的不安全。应对措施1采用位置同步与载荷分配相结合的控制策略在计算机控制系统软件设计时，在每个核心筒各吊点之间采取负载分配同步控制策略，使提升结构在每个核心筒位置上各吊点的负载与理论计算基本一致。位置同步与载荷分配相结合的控制框图见附图 10。2选用高精度压力传感器在每个提升吊点，选用高精度的压力传感器；这种压力传感器的测量精度在千分之五内。3液压系统的保证在使用的液压系统中，使用进口比例阀进行提升速度的控制。使用这种电液比例阀，同步调节精度高。4、计算机控制系统的保证

7、本计算机控制系统控制精度高、控制能力强。2.4 同步控制要求高在提升过程中，各吊点之间的同步控制要求在 10mm内；同时，同一核心筒上各吊点的载荷要控制在与理论计算基本一致的范围内。应对措施1、采用位置同步控制策略第 4 页 共 66 页在计算机控制系统软件设计时，在六个核心筒上 28个提升吊点之间采取位置同步同步控制策略，使提升结构的位置保证同步，同步误差控制在5mm 之内，满足本结构的要求。位置同步控制框图见附图 9。2、传感器系统的保证在测量钢结构位置时，使用 20米长距离传感器。在 20米的测量范围内，测量精度可达 0.25mm。3、液压系统的保证在使用的液压系统中，使用进口比例阀进行

8、提升速度的控制。使用这种电液比例阀，同步调节精度高。4、计算机控制系统的保证本计算机控制系统控制精度高、控制能力强。2. 整体下放 600距离长，下放就位精度高根据施工工艺，在结构就位前，需要将结构整体下放 600mm。下放过程中，钢结构需要准确落位到钢骨柱上，就位精度要求高。整体提升是主动加载过程，整体下放是被动加载过程，一旦下放同步控制不好，将造成某点的负载超载而引起结构破坏；因此整体下放比整体提升难度更大，危险性更高。对于本工程而言，10200 吨结构、28 个吊点和 64台油缸整体下放，在国内外还从未有先例。就位前的整体下放，是本工程的关键所在，必须采取措施予以安全保证。应对措施1采取

9、位置同步与载荷分配相结合的控制策略在控制系统中，采取位置同步与负载分配相结合的控制策略，以确保整体下放过程中各点之间的位置同步和载荷合理分配。2高精度的传感器使用高精度的长行程传感器和压力传感器分别测量钢结构位置和各点的载荷。3提升油缸的保护第 5 页 共 66 页在提升油缸上，安装节流阀，控制提升油缸的缩缸速度，防止提升油缸失控，保证同步；安装溢流阀，控制提升油缸的负载，防止提升油缸超载。4液压系统的保护在使用的液压系统中，使用进口比例阀进行提升速度的控制。使用这种电液比例阀，同步调节精度高。5计算机控制系统的保证本计算机控制系统控制精度高、控制能力强。2.6 空中悬停时间长钢结构提升到位后

10、，需要在空中悬停 30天左右，进行其它工序施工；在其它工序施工完成后，再整体下放就位。应对措施1机械锁定将负载转换到下锚上，提升油缸进入安全行程，锁定上锚。另外在提升油缸下部增设安全锚具，确保安全。2防风措施在核心筒与桁架之间安装楔形块，防止晃动。3提升塔架的安全 提升塔架与核心筒采用桁架连接，以减小塔架长细比，提高塔架承载力； 控制整体提升速度，避免提升结构晃动防撞塔架。2.7 钢结构在提升过程中与核心筒间距近钢结构在提升过程中，其桁架与核心筒之间的最小间距仅 5cm；要求提升设备的安装必须保证较高的定位精度。应对措施采取先依据轴线安装提升平台提升油缸埋件，后根据埋件实际位置向下投点准确定位

11、提升吊耳位置，在进行焊接，确保提升地锚支架和提升油缸安装时的定位准确，二者的垂线误差小于 5mm。第 6 页 共 66 页三提升施工总体部署3.1人员组织机构1成立提升施工领导小组2提升施工专业分包施工人员组织机构项目下设结构计算组、提升监控组、技术顾问组、控制操作组、提升油缸组、液压泵站组、现场操作组、安全管理等部门。3.2钢结构施工工艺流程钢结构施工工艺流程：第 7 页 共 66 页土方平整钢结构地面拼装基础施工拼装支撑桩施工钢结构地面就位拼装主体结构土方施工核心筒施工及提升平台施工提升塔架安装提升设备安装调试提升塔架加工提升塔架基础施工试提升试下降，检查各提升设施状况提升吊耳焊接提升吊耳

12、加工提升设备出厂检验提升设备制备提升吊架加工提升厂家确认正式提升安装第三节钢骨柱安装 Y 形支撑第一次下放，焊接 Y 形支撑上口第二次下放，焊接 Y 形支撑下口拆除提升设备本工程钢结构提升施工以理论科学计算为依据，钢结构在提升工况下应力及变形、提升平台、提升塔架、提升吊耳等均以理论设计计算为依据。经多方反复讨论，确定钢结构提升以核心筒为主要提升结构，提升吊点确定在钢结构主桁架上弦杆件节点处。由于 TG-3、TG-4 轴桁架，重心超出核心筒范围，特在这两个桁架端部对称增设提升钢门式塔架辅助提升。所以钢结构提升吊点共计 28个，经拆除地面拼装支撑桩第 8 页 共 66 页初算各提升吊点反力和拟采用

13、提升油缸布置如下：核芯筒编号钢桁架编号提升点编号提升点反力（单位kN）提升油缸布置提升能力（单位：kN）油缸储备系数/利用系数钢绞线安全系数A 4,854 23501200 9000 1.85/0.54 4.34B 3,260 13501200 5500 1.69/0.59 3.99C 3,922 2350 7000 1.78/0.56 4.11核芯筒1HJ1HJ2D 6,689 4350 14000 2.09/0.48 4.35A 4,891 23501200 9000 1.84/0.54 4.31B 3,202 13501200 5500 1.72/0.58 4.06C 4,037 235

14、0 7000 1.73/0.58 3.99核芯筒3HJ1HJ2D 6,665 4350 14000 2.09/0.48 4.37A 4,880 23501200 9000 1.84/0.54 4.31B 3,210 13501200 5500 1.72/0.58 4.06C 4,028 2350 7000 1.73/0.58 3.99核芯筒4HJ1HJ2D 6,655 4350 14000 2.09/0.48 4.37A 4,861 23501200 9000 1.85/0.54 4.33B 3,249 13501200 5500 1.69/0.59 3.99C 3,912 2350 7000

15、 1.79/0.56 4.12核芯筒6HJ1 HJ2D 6,679 4350 14000 2.09/0.48 4.37E 2,573 13501200 5500 2.14/0.47 5.05F 1,813 1350 3500 1.93/0.52 4.45TG3轴上HJ3 G 2,215 2200 4000 1.81/0.55 4.46E 2,533 13501200 5500 2.17/0.46 5.13F 1,833 1350 3500 1.91/0.52 4.40核芯筒2TG4轴上HJ3G 2,262 2200 4000 1.77/0.56 4.37第 9 页 共 66 页E 2,534

16、13501200 5500 2.17/0.46 5.13F 1,853 1350 3500 1.89/0.53 4.34TG3轴上HJ3 G 2,250 2200 4000 1.78/0.56 4.39E 2,533 13501200 5500 2.17/0.46 5.13F 1,853 1350 3500 1.89/0.53 4.34核芯筒5TG4轴上HJ3G 2,207 2200 4000 1.81/0.55 4.48合 计 101,454 4435020200 194000 1.91/0.52 4.35吊点布置及提升构件平面布置见附图 1-11-4；提升油缸外形尺寸见附图 2。3.3 提

17、升设备布置根据核心筒和钢结构的特点，在核心筒 1、核心筒 3、核心筒 4、核心筒 6上各布置 A、B、C、D 四个吊点，在核心筒 2、核心筒 5上各布置 2排 E、F、G 六各吊点，共 28个提升吊点。共采用 64台提升油缸、18 台液压泵站。 具体布置参见附图3、4、5、6、7。3.4 提升施工主要施工机械设备表序号机械或设备名称型号规格 数量国别产地制造年份额定功率（KW）生产能力 用于施工部位 备注1 提升油缸 350吨 45 中国 0205 350吨 提升 备用2台2 提升油缸 200吨 22 中国 0205 200吨 提升 备用2台3 液压泵站 80L/min 18 中国 0304

18、50KW 80 L/min 提升4 计算机控 制柜 同步控 制型 3 中国 03 提升 备用1台5 20米长距离传感器 20米 30 中国 04 提升 备用2台第 10 页 共 66 页6 油压传感 器 30 德国 04 提升 备用2只7 油缸行程 传感器 68 中国 04 提升 备用4台8 锚具传感 器 135 中国 04 提升 备用7只9 地锚锚具 350吨 44 中国 0205 提升10 地锚锚具 200吨 20 中国 0205 提升11 安全锚具 350吨 44 中国 05 提升12 安全锚具 200吨 20 中国 05 提升13 监控仪器 1套 中国 提升 监控3.5 钢绞线钢绞线选用低松弛高强度预应力钢绞线，强度等级 1860Mpa，直径 15.24mm，符合国家标准。3.6 设备性能表千斤顶型号 350吨 200吨 配用泵站 80型额定提升吨位(KN) 3500 2000 额定油压(MPa) 25活塞行程(mm) 250 250 流量(L/分钟) 80活塞面积 m2 0.13 0.08 质量(kg) 2000额定油压(MPa) 25 25 外形尺寸(mm) 1200*1100*1700外形尺寸(mm) 635 H1770 510 H1700钢绞线根数 31 19穿心孔径(mm) 270 190提升速度(M/小时) 5 5质量(kg) 2000 1000