CN104989114A - 大跨度圆弧形屋盖滑移施工装置及工法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑施工技术领域，具体是一种大跨度圆弧形屋盖滑移施工装置及工法,其采用有限元结构分析软件，根据安装各个阶段的实际工况，分析各杆件的应力变化，与设计态的应力限值要求进行比较，确保施工阶段的结构安全，且不造成不利的附加应力，根据软件分析的各支座反力、支撑胎架处的反力，以及钢筋砼结构的柱梁受力限值，设计临时支撑胎架、滑靴、圆弧形滑移钢箱梁及液压顶推系统。通过PLC控制的顶推装置，工作稳定，各顶推点的角速度保持一致，屋盖按预想的移动轨迹滑移就位且滑移速度理想。各类型机械设备分工合作，基本保持在小范围内移动吊装，提高工作效率且不与其他专业交叉施工。

Description

大跨度圆弧形屋盖滑移施工装置及工法

[技术领域]

本发明涉及建筑施工技术领域，具体是一种大跨度圆弧形屋盖滑移施工装置及工法。

[背景技术]

现有技术中的大跨度屋盖施工主要采用地面分段拼装，地面机械吊装，高空分段拼接的施工方法。

这些传统的施工方法缺点在于：

1、高空拼接作业多，安全风险较大。

2、拼接临时支撑架需随安装进展，不断拆装，周转工作量大。

3、分段拼接均在高空完成，高空工作量大，效率低。

4、天气影响大，雨季停工时间长。

5、需要机械设备多，占用施工场地大。对大型机械设备运行的场地硬化的工作量大。

6、地面拼装场地随吊装进度，不断变换，既周转工作量大，也与其他专业施工的场地要求冲突。

[发明内容]

本发明的目的就是为了解决现有技术中的圆弧形大跨度屋盖施工方法不方便、安全系数低等不足和缺陷，提供一种方法成熟、安全可靠、技术难度较低、易操作的大跨度圆弧形屋盖滑移施工工法，其采用有限元结构分析软件，根据安装各个阶段的实际工况，分析各杆件的应力变化，与设计态的应力限值要求进行比较，确保施工阶段的结构安全，且不造成不利的附加应力，根据软件分析的各支座反力、支撑胎架处的反力，以及钢筋砼结构的柱梁受力限值，设计临时支撑胎架、滑靴、圆弧形滑移钢箱梁、圆弧形滑移轨道及液压顶推系统，顶推系统与液压动力站及PLC控制系统连接。其施工步骤包括如下步骤，第一步：安装圆弧形滑移钢箱梁及轨道，第二步：屋盖支座位置安装滑靴，第三步：在滑靴上组装屋盖，第四步：安装液压顶推装置将屋盖顶推至设计位置，第五步：安装千斤顶，第六步：拆除顶推设备及滑靴，第七步：拆除圆弧形滑移箱梁及轨道，第八步：安装正式滑动支座并设置垫板，第九步：松千斤顶，使屋盖下降并支撑在钢垫板上，第十步：千斤顶顶升，使屋盖脱离钢垫板，并减小垫板高度，第十一步：松千斤顶，使屋盖下降并支撑在钢垫板上，第十二步：重复第十和第十一步，直至屋盖在设计滑动支座上就位。

滑靴分为连接液压顶推装置的滑靴和不连接液压顶推装置的滑靴，其中连接液压顶推装置的滑靴的侧面设置连接耳板，连接耳板与顶推装置连接，滑靴前方设置与钢轨顶面紧密接触的米数轮，从而精密测量移动距离。由于钢屋盖跨度大，温度变化时，将有较大伸缩变形，故在屋盖一侧支座下的滑靴顶部均设置滚动装置，以抵销温度扁形。滑靴断面呈倒U形,便于43kg钢轨的设置。滑靴与钢箱梁的接触面之间设置聚四氟乙烯的减摩垫片，以减少滑动摩擦力。

圆弧形滑移钢箱梁充分利用钢筋砼结构的柱及剪力墙，圆弧形钢箱梁设置在砼柱顶上，按连续梁设计验算，圆弧形钢箱梁的两道腹板应位于滑靴的U形支腿下方，圆弧形钢箱梁上翼缘居中设置圆弧形的43Kg钢轨，用以固定液压顶推装置，并承担顶推反力，钢轨与钢箱梁间断焊接连接，为减少摩擦力，钢箱梁上翼缘上铺贴2mm厚不锈钢板并涂黄油，然后将滑靴搁置在不锈钢板接触面上。

支撑胎架根据支座反力设计，支撑胎架采用钢管格构式支撑柱，柱顶与屋面桁架下弦节点之间采用千斤顶支撑。由于千斤顶为长细形且重量大，为防止倾翻，在千斤顶外部设置防倾翻支架，千斤顶除支撑分段桁架自重外，还可调整桁架节点标高，与设计要求的预起拱值一致。

液压顶推系统由夹轨器和100吨液压油缸组成，顶推控制系统以PLC、位移传感器及变频器构成闭环控制系统，PLC以不同的频率值控制两台电动泵电机旋转，通过安装在油缸上的位移传感器反馈位移值，PLC对两轴线上的位移速度比值与目标值进行比对并不断修整变频器设定频率，使两边的速度差接近于理论值，同一轴线上的顶推装置以电磁阀通断控制相互之间的同步，以同一轴线上第一台安装的顶推装置位移传感器为基准，PLC对同一轴线上的位移值进行比对，并不断修正电磁阀的通断时间，使前后顶推装置保持同步，控制顶推速度在0.1m/分钟～0.7m/分钟，以确保安全，优选控制顶推速度在0.3m/分钟以内。

本发明利用Midas、SAP2000软件对施工阶段各工况进行了结构安全验算，对各支座反力进行了求解。根据软件验算结果，设计了滑靴、顶推装置、圆弧形滑移钢箱梁、临时支撑架以及千斤顶。根据精确计算结果配置施工措施，既保证了安全又经济合理。其次，支撑胎架结构简单、传力明确，顶部设置的防倾翻千斤顶工作可靠，调整屋面桁架节点标高时方便快捷。滑移钢箱梁、滑靴及顶推装置组成的滑移系统，在实施工程中，钢箱梁的变形在预期的范围之内。钢箱梁顶部的水平度控制在±3mm之内，因此各滑靴与不锈钢板间的摩擦力在预期之内，顶推顺利。通过PLC控制的顶推装置，工作稳定，各顶推点的角速度保持一致，屋盖按预想的移动轨迹滑移就位且滑移速度理想。另外，各类型机械设备分工合作，基本保持在小范围内移动吊装，既提高了工作效率，又不与其他专业交叉施工，取得了良好的效果。施工人员在高空操作平台上作业，安全便捷，提高了施工效率。

[附图说明]

图1是本发明实施例滑靴及钢箱梁结构示意图；

图2是本发明顶推装置的局部结构示意图；

图3是本发明顶推装置的主要结构示意图；

图4是本发明顶推装置用于施工时的工作状态示意图；

图5是本发明施工时的落架示意图；

图6是本发明实施例中大跨度屋盖结构示意图；

如图所示，图中：1.滚动钢棒  2.连接块  3.连接耳  4.加强筋  5.支座6.滑靴装置本体  7.固定螺母  8.防砸格栅  9.起吊防垂耳板  10.防滚法兰11.原钢筋混凝土增加抗剪钢筋或增加钢筋砼牛腿  12.销轴  13.滑靴  14. 圆弧形滑移钢箱梁及轨道梁  15.桁架下弦  16.层叠钢垫板  17.设计支座  18.千斤顶  19.顶推装置；

指定图1为本发明的摘要附图。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明采用有限元结构分析软件，根据安装各个阶段的实际工况，分析各杆件的应力变化，与设计态的应力限值要求进行比较，确保施工阶段的结构安全，且不造成不利的附加应力。根据软件分析的各支座反力、支撑胎架处的反力，以及钢筋砼结构的柱梁受力限值，设计临时支撑胎架、滑靴、圆弧形滑移箱梁、圆弧形滑移轨道及液压顶推系统。圆弧形屋盖的结构如图6所示，在施工时可按A、B、C、D、E、F、G区共七个屋盖进行分段施工。

滑靴根据屋盖滑移时的最大支座反力，设计钢结构滑靴。滑靴分为连接液压顶推装置的滑靴和不连接的滑靴。其中滑靴侧面设置连接耳板，与顶推装置连接，滑靴前方设置与钢轨顶面紧密接触的米数轮。可精密测量移动距离。因钢屋盖跨度大，温度变化时，将有较大伸缩变形，故屋盖一侧支座下的滑靴顶部均设置滚动装置，以抵消温度变形。滑靴断面呈倒U形，便于43Kg钢轨的设置。滑靴与钢箱梁的接触面之间设置聚四氟乙烯的减摩垫片，以减少滑动摩擦力。

圆弧形滑移钢箱梁充分利用钢筋砼结构的柱及剪力墙，圆弧形钢箱梁设置在砼柱顶上，按连续梁设计验算。钢箱梁的2道腹板应位于滑靴的U形支腿下方。圆弧形钢箱梁上翼缘居中设置圆弧形的43Kg钢轨，用以固定液压顶推装置，并承担顶推反力，钢轨与钢箱梁间断焊接连接。根据支座反力特点，本工程钢箱梁截面分为口600*630*16*28、口600*700*18*20。为减少摩擦力，钢箱梁上翼缘上铺贴2mm厚不锈钢板并涂黄油，然后将滑靴搁置在不锈钢板接触面上。

支撑胎架根据支座反力，设计支撑胎架。本工程支撑胎架采用钢管格构式支撑柱，柱顶与屋面桁架下弦节点之间采用千斤顶支撑。需要注意的是，因千斤顶长细比较大，为防止倾翻，需在千斤顶外部设置防倾翻支架。千斤顶除支撑分段桁架自重外，还可以调整桁架节点标高，与设计要求的预起拱值一致。

吊装设备吊装设备分为3类，

(1)塔吊：设置在屋盖外两侧，不影响整体滑移的位置。主要用来吊装连系杆件、屋面造型构件等数量众多的小型构件，以便于大型履带吊集中力量吊装屋面桁架，提高效率。

(2)50吨履带吊：用于地面分段拼装。固定地点作业。

(3)260吨履带吊：用于屋面桁架高空分段吊装拼接。固定地点作业。

100吨履带吊用于非滑移部分悬挑段屋盖的地面吊装。

顶推装置由夹轨器和100吨液压油缸组成。顶推控制系统以PLC、位移传感器及变频器构成闭环控制系统。PLC以不同的频率值控制两台电动泵电机旋转，通过安装在油缸上的位移传感器反馈位移值，PLC对两轴线上的位移速度比值与目标值进行比对并不断修整变频器设定频率，使两边的速度差接近于理论值。同一轴线上的顶推装置以电磁阀通断控制相互之间的同步。以同一轴线上第一台安装的顶推装置位移传感器为基准，PLC对同一轴线上的位移值进行比对，并不断修正电磁阀的通断时间，使前后顶推装置保持同步。控制顶推速度在0.3m/分钟以内，以确保安全。

在落架工序中，因设置了600mm高滑移钢箱梁，上面又设置了450mm高滑靴，故屋盖滑移就位后的落架高度较大，达到了600mm。因此在每个屋盖支座处，设置定制的钢结构临时千斤顶支座，支座上设置层叠的钢板，超薄型的千斤顶搁置在层叠钢板上进行落架。千斤顶下方均设置在钢筋砼框架的屋面梁端部，因此根据验算结果，两端进行了加固处理。

本发明属于采用弧形滑移轨道，钢屋盖支座处设置多点液压顶推装置，再利用PLC、位移传感器及变频器构成闭环控制系统控制顶推装置的动作，以确保各顶推点的等角度位移。属于大跨屋盖地面分段拼装，吊装后高空胎架平台拼接，渐进式顶推滑移至整体单元屋盖就位的钢结构安装方法。滑靴根据用途分成不带顶推装置的滑靴和带顶推装置的滑靴两种。施工时根据需要将带顶推装置或不带顶推装置的滑靴在每榀桁架架设前先放置在轴的节点位置上。

施工时，第一步：安装圆弧形滑移钢箱梁及轨道，第二步：屋盖支座位置安装滑靴，第三步：在滑靴上组装屋盖，第四步：安装液压顶推装置将屋盖顶推至设计位置，第五步：安装千斤顶，第六步：拆除顶推设备及滑靴，第七步：拆除滑移箱梁及轨道，第八步：安装正式滑动支座并设置垫板，第九步：松千斤顶，使屋盖下降并支撑在钢垫板上，第十步：千斤顶顶升，使屋盖脱离钢垫板，并减小垫板高度，第十一步：松千斤顶，使屋盖下降并支撑在钢垫板上，第十二步：重复第十和第十一步，直至屋盖在设计滑动支座上就位。

由于顶推过程是随桁架建造同时进行，所以在需要顶推装置的滑靴处，顶推装置在桁架建造时陆续安装到位。考虑到可能的不利因素，其他装置如泵站、顶推装置需要一定的防护措施。施工时也必须格外注意必要时采取其他措施以防止以上液压装置及管线的损坏。

使用时，当各榀就位后，将顶推装置安装到轨道上。夹轨器放置到钢轨上，顶推油缸杆端连接耳与滑靴尾部连接耳通过销轴连接。由于轨道成圆弧形，顶推过程油缸与滑靴之间的角度会产生变化，所以杆端连接耳安装关节轴承，可以在5°范围内转动。考虑到顶推装置安装和拆卸时需要反复吊装，为防止安装在油缸外的位移传感器损坏，设置了防滚动法兰。油缸连同夹轨器整体起吊时为防止夹轨器过度下垂带来的不便，耳板上加工的转动限位角。

Claims (5)

1.一种大跨度圆弧形屋盖滑移施工工法，其特征在于采用有限元结构分析软件，根据安装各个阶段的实际工况，分析各杆件的应力变化，与设计态的应力限值要求进行比较，确保施工阶段的结构安全，且不造成不利的附加应力，根据软件分析的各支座反力、支撑胎架处的反力，以及钢筋砼结构的柱梁受力限值，设计临时支撑胎架、滑靴、圆弧形滑移钢箱梁、圆弧形滑移轨道及液压顶推系统，顶推系统与液压动力站及PLC控制系统连接，其施工步骤包括：

第一步：安装圆弧形滑移钢箱梁及轨道；

第二步：屋盖支座位置安装滑靴；

第三步：在滑靴上组装屋盖；

第四步：安装液压顶推装置将屋盖顶推至设计位置；

第五步：安装千斤顶；

第六步：拆除顶推设备及滑靴；

第七步：拆除圆弧形滑移箱梁及轨道；

第八步：安装正式滑动支座并设置垫板；

第九步：松千斤顶，使屋盖下降并支撑在钢垫板上；

第十步：千斤顶顶升，使屋盖脱离钢垫板，并减小垫板高度；

第十一步：松千斤顶，使屋盖下降并支撑在钢垫板上；

第十二步：重复第十和第十一步，直至屋盖在设计滑动支座上就位。

2.如权利要求1所述的一种大跨度圆弧形屋盖滑移施工工法，其特征在于所述的滑靴分为连接液压顶推装置的滑靴和不连接液压顶推装置的滑靴，其中连接液压顶推装置的滑靴的侧面设置连接耳板，连接耳板与顶推装置连接，滑靴前方设置与钢轨顶面紧密接触的米数轮，屋盖一侧支座下的滑靴顶部均设置滚动装置，滑靴断面呈倒U形,滑靴与钢箱梁的接触面之间设置聚四氟乙烯的减摩垫片。

3.如权利要求1所述的一种大跨度圆弧形屋盖滑移施工工法，其特征在于所述的圆弧形滑移钢箱梁充分利用钢筋砼结构的柱及剪力墙，圆弧形钢箱梁设置在砼柱顶上，按连续梁设计验算，钢箱梁的两道腹板应位于滑靴的U形支腿下方，圆弧形钢箱梁上翼缘居中设置圆弧形的43Kg钢轨，用以固定液压顶推装置，并承担顶推反力，钢轨与钢箱梁间断焊接连接，为减少摩擦力，钢箱梁上翼缘上铺贴2mm厚不锈钢板并涂黄油，然后将滑靴搁置在不锈钢板接触面上。

4.如权利要求1所述的一种大跨度圆弧形屋盖滑移施工工法，其特征在于所述的支撑胎架根据支座反力设计，支撑胎架采用钢管格构式支撑柱，柱顶与屋面桁架下弦节点之间采用千斤顶支撑，在千斤顶外部设置防倾翻支架，千斤顶除支撑分段桁架自重外，还可调整桁架节点标高，与设计要求的预起拱值一致。

5.如权利要求1所述的一种大跨度圆弧形屋盖滑移施工工法，其特征在于所述的液压顶推系统由夹轨器和100吨液压油缸组成，顶推控制系统以PLC、位移传感器及变频器构成闭环控制系统，PLC以不同的频率值控制两台电动泵电机旋转，通过安装在油缸上的位移传感器反馈位移值，PLC对两轴线上的位移速度比值与目标值进行比对并不断修整变频器设定频率，使两边的速度差接近于理论值，同一轴线上的顶推装置以电磁阀通断控制相互之间的同步，以同一轴线上第一台安装的顶推装置位移传感器为基准，PLC对同一轴线上的位移值进行比对，并不断修正电磁阀的通断时间，使前后顶推装置保持同步，控制顶推速度在0.1m/分钟～0.7m/分钟，以确保安全。