CN113982280A - 一种复杂式空间桁架整体吊装系统的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复杂式空间桁架整体吊装系统的施工方法，吊装系统包含外部的环式桁架、连接于环式桁架内部的主桁架、连接于环式桁架和主桁架之间的联梁、连接于主桁架和环式桁架连接处的桁架柱以及分别设置于主桁架和环式桁架上的提升架；本发明通过BIM软件等三维软件，仿真模拟空间桁架的整体提升过程，可有效的指导现场提升施工；通过预起拱补偿以及过程中监测变形控制，可有效的保证提升过程中的受力均匀性和安装精度；通过将空间桁架分区，利于分单元拼装，不仅可以保证安装时间还可保证安装精度；通过先整体的试提升和分次提升，不仅满足了提升设备的安装空间，而且利于提升时的同步控制，保证就位安装的精度。

Description

一种复杂式空间桁架整体吊装系统的施工方法

技术领域

本发明属于建筑施工技术领域，特别涉及一种复杂式空间桁架整体吊装系统的施工方法。

背景技术

大型复杂钢结构工程伴随着国民经济的发展和建筑领域技术水平提高而不断出现。空间桁架结构提升应依据工程的不同特征和施工条件进行对比、改进和优化，使用改进技术和措施，发挥整体提升技术本身所具有的施工效率、施工质量，同时缩短工期、降低成本。而对于超大吨位的复杂形式的空间桁架，其安装提升是施工的难点重点所在，如何根据空间桁架的特点，对其进行有效、便捷和进准的安装、加固和提升是空间桁架结构施工的关键环节。

发明内容

本发明提供了一种复杂式空间桁架整体吊装系统的施工方法，用以解决复杂式空间桁架的监测模拟、过程控制、分区拼装、多点吊装以及分段提升等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种复杂式空间桁架整体吊装系统的施工方法，吊装系统包含外部的环式桁架、连接于环式桁架内部的主桁架、连接于环式桁架和主桁架之间的联梁、连接于主桁架和环式桁架连接处的桁架柱以及分别设置于主桁架和环式桁架上的提升架；

所述主桁架为方形或长方形，方形或四方形四角处连接桁架柱，桁架柱高度高于环式桁架且与环式桁架之间连接有水平桁架；提升架可拆卸连接于桁架柱以及桁架柱与环式桁架柱之间的水平桁架上；

吊装系统具体的施工方法如下：

步骤一、对于空间桁架的地下室筏板进行浇筑施工，对地下室筏板上对应拼装胎架位置进行埋件预埋，确保后续拼装胎架能够与筏板可靠连接；桁架柱对应的核心筒基坑开挖完成，待土建钢筋绑扎过程中，对柱体预埋地脚螺栓进行安装定位，并在混凝土浇筑过程中进行预埋件位置的实时监控，发现偏移及时采取措施纠正；

其中，将空间桁架分为A、B、C、D、E、F、G、H和K九个区域，其中K区为正中对应主桁架位置，其左右两侧为E区和G区，F区和H区位于K的上下侧，A、B、C和D区对应桁架柱四角处，由此对拼装提升单元进行分区拼装；

步骤二、在A、B、C和D区进行首节桁架柱的吊装，地脚螺栓承台混凝土强度满足安装条件后，使用汽车吊进行首节柱吊装，汽车吊站位在靠近核心筒位置进行吊装；在地下室筏板履带吊行走路线上，铺设大型路基箱，作为筏板加固措施，对履带吊行走路线进行筏板的保护，确保吊装安全；

步骤三、而后依次对桁架柱的柱体通过履带吊进行吊装，同时对应安装框架梁、屈曲支撑、钢楼梯进行吊装；柱体每安装一节，进行混凝土灌注；

步骤四、胎架布置，在提升单元拼装区域对应位置布置胎架，胎架与筏板埋件之间焊接固定，同时对吊挂柱体的牛腿位置钢筋进行弯曲处理，为空间桁架拼装让出空间，吊车行进路线待吊车退出作业时安装；

步骤五、胎架布置完成后，对E区和G区提升单元的环式桁架、主桁架进行拼装；主桁架和环式桁架均做简单的侧向加固措施，加固措施使用型钢制作；而后对E区和G区联梁进行安装，对H区环式桁架进行安装；

步骤六、对E区和G区上层的桁架柱进行安装，安装至桁架柱设计标高，而后混凝土进行灌注，待上部嵌补焊接完成后进行后续混凝土浇筑；

步骤七、对H区位置联梁安装，并在联梁下方设置临时支撑柱；桁架柱安装完成后使用履带吊进行悬挑桁架的安装，悬挑桁架采用散装方式进行安装；悬挑桁架为桁架柱与环式桁架之间连接的水平桁架；

步骤八、安装提升架，而后拼装F区安装F区主次的联梁，并矫正焊接；而后对已安装的筏板上提升单元进行液压同步控制系统的试提升；

步骤九、分段提升已安装的单元，提升定位后，将提升结构杆件嵌补完成后，解除锁死结构，并将提升器分五级卸载，拆除提升设备及提升支架；同时K区主桁架在地面进行卧拼；K区主桁架使用两台汽车吊进行抬吊安装，而后进行K区钢梁嵌补；K区主桁架安装完成后，由上层下下层依次嵌补之间主次钢梁，再安装钢柱挑梁：钢柱位置挑梁安装完成后，空间桁架完成安装。

进一步的，提升架对应吊点设置，吊点设置于桁架柱与主桁架连接处以及间隔设置于环式桁架的环向；所述吊点下方还一一对应设置有临固支架，所述临固支架为门式支架，门式支架顶部可拆卸连接于环式桁架或主桁架的底部弦杆下方。

进一步的，所述提升架通过吊具分别与环式桁架和主桁架的上弦杆连接，所述吊具与上弦杆固定连接，连接处上弦杆加密设置有加劲肋板；吊具包含与提升架连接的吊顶部、连接于吊顶部下方的吊主板、以及连接于吊主板两侧的吊固侧板；所述吊顶部为两工字梁水平对接且一体连接而成，吊顶部上翼缘板宽度大于下翼缘板宽度，吊顶部中心对应提升架开孔设置；所述吊主板包含带下凹口的方形板，下凹口对应上弦杆固定连接；所述吊固侧板固定连接于吊主板外侧面与主桁架的上弦杆顶面之间。

进一步的，对于步骤八、空间桁架安装提升前，先采用 Etabs 进行中震分析，桁架的应力比、框架支撑角筒中框架柱和普通钢支撑及楼面钢支撑应力比均满足中震弹性的性能目标；绝大部分屈服约束支撑内力均小于支撑屈服力，个别进入塑性，满足中震部分支撑屈服的性能目标；采用 Perform-3d 对结构进行了弹塑性时程分析，结构层间最大位移角满足规范的要求；结构整体耗能良好，结构塑性耗能占地震输入能量的 90%以上；各构件的性能均符合预定的性能目标；

对于提升过程存在局部下挠，根据模拟分析结果在拼装阶段进行预起拱，使用SAP2000软件对结构关键控制点竖向变形进行分析获得变形数据，同时根据MIDAS校核数据，其中选择结构起拱值环式桁架象限点位置起拱20mm，主桁架中点位置起拱值15mm；

通过BIM软件进行有限元仿真模拟，基于有限单元计算的同步容差仿真模拟技术；采用有限元模型对客观存在的不同步性进行定量和定性地计算分析；设置小刚度的弹簧约束模拟提升结构提升过程的水平边界条件，对提升结构在地震荷载、风荷载作用下的摆动进行模拟，选取其中允许的最大不同步性提升位移限值，作为安全控制值；

在结构分析中施加水平虚约束，克服了整体结构分析中由于提升刚体水平移动所产生的计算不收敛问题，使其符合提升过程中的真实受力状态及位形。

进一步的，对于步骤八中，提升架使用汽车吊配合履带吊进行安装；提升支架安装完成后对上部自锁加固装置安装调整；履带吊退出安装范围后，拼装F区主桁架及环式桁架，并对桁架进行侧向临时加固；安装F区主次的联梁，并矫正焊接；安装各提升区提升吊点吊装设备和对应的吊具，调整吊索垂直度，并检查各提升点设备措施安全可靠性；

对已安装的筏板上提升单元进行液压同步控制系统的试提升，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％；确认各部分无异常的情况下，可继续载入到90％，100％，直至钢结构全部离地。

进一步的，对于步骤八、提升架设置在桁架柱柱顶及悬挑的联梁上方，吊点下方设置斜撑补强，所有焊缝为全熔透焊缝，对应的液压提升器为穿芯式结构，中间穿钢绞线，两端有主动锚具，利用锲形锚片的逆向运动自锁性，卡紧钢绞线向上提升；

钢绞线的安装根据实际情况选取不同的方法，提升器下部钢绞线穿入提升器正下方对应的提升地锚内，锁紧（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；导向架安装于提升器旁边，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；导向架最上方横杆离天锚高1.5～2m总高3.5m，偏离提升器0.4m，保证钢绞线垂直导出，延导向架顺利移动。

进一步的，对于步骤八中每次分级加载后均应检查相关受力点的结构状态，通过全站仪跟踪监测钢结构的高差及下挠，以便离地后进行调平，加载过程中各项监测数据均应做好完整记录；分级加载完毕，结构提升离开拼装胎架100mm-200mm后暂停，悬停12h-24h做全面检查，合格后进行液压同步控制系统正式提升。

进一步的，对于步骤九中，分段提升分为三次，第一次提升：试提升完成检查后，将筏板区安装完成的提升单元缓慢提升至H区南侧平齐高度，使用H型钢进行临时侧向固定，并安装临固支架，嵌补H区南侧与提升单元杆件，焊接作业；

第二次提升：缓慢提升，在H区南侧离开胎架高度100mm后悬停，进行H区结构检查，同时对各提升器进行微调，确保各提升荷载与模拟计算结果相符，无异常偏差；

第三次提升：结构缓慢提升至就位状态，并进行各就位点微调，保障对接精度，调整完成后使用锁死结构对提升结构进行锁死，确保后续作业安全，提供第二道安全防线。

进一步的，对于步骤九、提升单元的主要桁架进行嵌补，同时对嵌补钢梁等进行嵌补安装；对上部结构嵌补过程中进行，进行下部吊挂柱的安装，吊挂柱使用汽车吊进行吊装，吊挂柱使用连接夹板与上部牛腿进行临时连接；吊挂柱安装完成后嵌补吊挂柱之间主要钢梁，主钢梁使用汽车吊进行吊装；嵌补顺序为先高后底；主钢梁安装完成后嵌补主钢梁之间次梁，次梁嵌补顺序为先高后底。

进一步的，对于步骤九、已拼装的空间桁架提升至设计位置附近后，暂停，各吊点微调使结构精确提升到达设计位置，提升设备暂停、锁定，保持结构的空中姿态稳定不变，最后安装后补杆件集中对口焊接；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钢柱，结构受力形式转化为设计工况。

本发明的有益效果体现在：

1）本发明通过BIM软件等三维软件，仿真模拟空间桁架的整体提升过程，便于分析其受力和变形，可有效的指导现场提升施工；

2）本发明通过预起拱补偿以及过程中监测变形控制，可有效的保证提升过程中的受力均匀性和安装精度，其中对于环式桁架和主桁架的分别控制利于针对性监测；

3）本发明通过将空间桁架中的环式桁架、主桁架和桁架柱进行分区，利于空间桁架的分单元拼装，且拼装时先将环式桁架外侧和主桁架进行拼装，待提升后再进行中间区域的提升，不仅可以保证安装时间还可保证安装精度；

4）本发明通过先将提升设备安装于桁架柱上，而后进行整体的试提升和分次提升，不仅满足了提升设备的安装空间，而且利于提升时的同步控制，保证就位安装的精度。

本发明采用多吊点刚柔结合的累积安装创新，具有“外整内缺，累积提升”的特点，根据承重体系和提升结构特点，设置提升吊点；运用液压同步控制系统分段提升至同一高度后，分段组装完成，最后提升至设计高度；可极大的便捷施工，精准施工；本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解；本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。

附图说明

图1是超大吨位空间桁架立体示意图；

图2是超大吨位空间桁架平面分区示意图；

图3是大吨位空间桁架吊点示意图；

图4是提升架连接结构示意图一；

图5是提升架连接结构示意图二；

图6是吊具结构示意图；

图7是1-1截面示意图；

图8是2-2截面示意图；

图9是临固支架分布示意图；

图10是柱体吊装连接示意图一；

图11是柱体吊装连接示意图二。

附图标记：1-环式桁架、2-主桁架、3-联梁、4-桁架柱、5-吊点、6-提升架、7-上弦杆、8-吊具、81-吊顶部、82-吊主板、83-吊固侧板、9-加劲肋板、10-提升架开孔、11-临固支架、12-吊索、13-倒链、14-柱体、15-耳板。

具体实施方式

以某工程为例，主楼地上6层；地下1层（局部地下2层）；主要包含高楼结构和连廊结构。其中，高楼结构总体采用钢框架-支撑结构体系，为空间桁架样式；如图1所示，空间桁架包含环式桁架1、主桁架2和桁架柱4，所述环式桁架1包含平面桁架和弧形桁架，空间桁架还包含吊挂框架、屈曲支撑等，主要截面形式有箱型、H型、圆管等，主要结构材质有Q345GJ、Q345B等，楼板主要采用钢筋桁架组合楼板。连廊长度约200米，主要构件采用箱型和H型截面。

如图1至图11所示，一种复杂式空间桁架整体吊装系统，包含外部的环式桁架1、连接于环式桁架1内部的主桁架2、连接于环式桁架1和主桁架2之间的联梁3、连接于主桁架2和环式桁架1连接处的桁架柱4以及分别设置于主桁架2和环式桁架1上的提升架6。

本实施例中，主桁架2为方形，方形四角处连接桁架柱4，桁架柱4高度高于环式桁架1且与环式桁架1之间连接有水平桁架；提升架6螺栓连接于桁架柱4以及桁架柱4与环式桁架1柱之间的水平桁架上。如图10和图11所示，桁架柱4包含呈方形布置的四个柱体14和柱体14之间的连系杆，柱体14高度方向上拼装连接；上下相邻柱体14连接处设置有耳板15，相邻耳板15之间可拆卸连接吊索12和倒链13。

如图2所示，环式桁架1、主桁架2及联梁3组成的空间桁架通过水平桁架划分为九个区域，水平桁架呈井字形分布，其中井字形分布中部的口字形对应主桁架2，井字形分布四角区域对应桁架柱4和桁架柱4对应连接的环式桁架1。

如图3所示，提升架6对应吊点5设置，吊点5设置于桁架柱4与主桁架2连接处以及间隔设置于环式桁架1的环向；所述吊点5下方还一一对应设置有临固支架11，所述临固支架11为门式支架，门式支架顶部可拆卸连接于环式桁架1或主桁架2的底部弦杆下方。

如图6至图8所示，所述提升架6通过吊具8分别与环式桁架1和主桁架2的上弦杆7连接，所述吊具8与上弦杆7固定连接，连接处上弦杆7加密设置有加劲肋板9。吊具8包含与提升架6连接的吊顶部81、连接于吊顶部81下方的吊主板82、以及连接于吊主板82两侧的吊固侧板83；所述吊顶部81为两工字梁水平对接且一体连接而成，吊顶部81上翼缘板宽度大于下翼缘板宽度，吊顶部81中心对应提升架开孔10设置；所述吊主板82包含带下凹口的方形板，下凹口对应上弦杆7固定连接；所述吊固侧板83固定连接于吊主板82外侧面与主桁架2的上弦杆7顶面之间。

环式桁架1和主桁架2采用两种类型的吊具8，对结构建模分析，分别确定反力值，分析结果最大应力256MPa且为局部应力，设计吊具8材质为Q345B，屈服强度为345MPa。吊点5采用在被提升钢桁架结构的主桁架2环式桁架1上弦杆7上表面焊接下吊具8的形式，焊接要求均为等强连接焊缝等级：一级焊缝；通过在下吊具8顶板位置上开孔，使钢绞线与下部地锚连接，形成稳定的吊具8结构形式，且利于后期安拆工作，不影响原结构杆件对口安装，临时措施用量较少。环式桁架1处的吊点5设置在环式桁架1上弦与立柱的连接节点处，无需加固处理；而布置在主桁架2处的下吊点5未设置在桁架上弦节点处，需额外进行加固处理加固杆件截面B500x500x25，Q345B，吊点5下方设置竖向拉杆与桁架下弦节点连接。

空间桁架安装提升前，先采用 Etabs 进行中震分析，桁架的应力比、框架支撑角筒中框架柱和普通钢支撑及楼面钢支撑应力比均满足中震弹性的性能目标；绝大部分屈服约束支撑内力均小于支撑屈服力，个别进入塑性，满足中震部分支撑屈服的性能目标。采用Perform-3d 对结构进行了弹塑性时程分析，结构层间最大位移角满足规范的要求；结构整体耗能良好，结构塑性耗能占地震输入能量的 90%以上；各构件的性能均符合预定的性能目标。

结合图1至图11所示，一种复杂式空间桁架整体吊装系统的施工方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、对于空间桁架的地下室筏板进行浇筑施工，对地下室筏板上对应拼装胎架位置进行埋件预埋，确保后续拼装胎架能够与筏板可靠连接；桁架柱4对应的核心筒基坑开挖完成，待土建钢筋绑扎过程中，对柱体14预埋地脚螺栓进行安装定位，并在混凝土浇筑过程中进行预埋件位置的实时监控，发现偏移及时采取措施纠正。

在筏板上布置胎架进行找平，方便上部结构拼装，胎架使用H型钢焊接而成，主要有定位胎架和连接H型钢组成，定位胎架使用H型钢焊接而成，作为支撑胎架的主要承载单元，连接H型钢用于对定位胎架的固定及相对位置精度的控制和保障，使整个胎架形成稳定整体。

其中，将空间桁架分为A、B、C、D、E、F、G、H和K九个区域，其中K区为正中对应主桁架2位置，其左右两侧为E区和G区，F区和H区位于K的上下侧，A、B、C和D区对应桁架柱4四角处，由此对拼装提升单元进行分区拼装。

步骤二、在A、B、C和D区进行首节桁架柱4的吊装，地脚螺栓承台混凝土强度满足安装条件后，使用汽车吊进行首节柱吊装，汽车吊站位在靠近核心筒位置进行吊装；在地下室筏板履带吊行走路线上，铺设大型路基箱，作为筏板加固措施，对履带吊行走路线进行筏板的保护，确保吊装安全；

步骤三、而后依次对桁架柱4的柱体14通过履带吊进行吊装，同时对应安装框架梁、屈曲支撑、钢楼梯进行吊装；柱体14每安装一节，进行混凝土灌注；

步骤四、胎架布置，在提升单元拼装区域对应位置布置胎架，胎架与筏板埋件之间焊接固定，同时对吊挂柱体14的牛腿位置钢筋进行弯曲处理，为空间桁架拼装让出空间，吊车行进路线待吊车退出作业时安装；

步骤五、胎架布置完成后，对E区和G区提升单元的环式桁架1、主桁架2进行拼装；主桁架2和环式桁架1均做简单的侧向加固措施，加固措施使用型钢制作；而后对E区和G区联梁3进行安装，对H区环式桁架1进行安装。

步骤六、对E区和G区上层的桁架柱4进行安装，安装至桁架柱4设计标高，而后混凝土进行灌注，待上部嵌补焊接完成后进行后续混凝土浇筑；

步骤七、对H区位置联梁3安装，并在联梁3下方设置临时支撑柱；桁架柱4安装完成后使用履带吊进行悬挑桁架的安装，悬挑桁架采用散装方式进行安装；悬挑桁架为桁架柱4与环式桁架1之间连接的水平桁架；

步骤八、提升架6使用汽车吊配合履带吊进行安装；提升支架安装完成后对上部自锁加固装置安装调整；履带吊退出安装范围后，拼装F区主桁架2及环式桁架1，并对桁架进行侧向临时加固；安装F区主次的联梁3，并矫正焊接；安装各提升区提升吊点5吊装设备和对应的吊具8，调整吊索12垂直度，并检查各提升点设备措施安全可靠性。

对于步骤八、提升架6设置在桁架柱4柱顶及悬挑的联梁3上方，吊点5下方设置斜撑补强，所有焊缝为全熔透焊缝，对应的液压提升器为穿芯式结构，中间穿钢绞线，两端有主动锚具，利用锲形锚片的逆向运动自锁性，卡紧钢绞线向上提升。

钢绞线的安装根据实际情况选取不同的方法，提升器下部钢绞线穿入提升器正下方对应的提升地锚内，锁紧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；导向架安装于提升器旁边，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；导向架最上方横杆离天锚高1.5～2m总高3.5m，偏离提升器0.4m，保证钢绞线垂直导出，延导向架顺利移动。

钢绞线安装操作工艺如下：用砂轮切割机或气割将钢绞线切割成指定长度，用打磨机或气割将钢绞线两头修理平整、圆滑、不松股；将疏导板安装于提升器正下方，调整疏导板板孔的位置，使其与提升器各锚孔对齐注意三角形结构，临时固定；用导管自上而下检查提升器的天锚、上锚、中间隔板、下锚、安全锚和疏导板孔，做到6孔对齐；

在疏导板上作标记，通常沿提升器布置方向指向外侧的内圈孔为1#孔；提升器的每一钢绞线必需左旋、右旋间隔穿入；将导管从天锚上方由1#孔开始，从上往下穿过6层，并确保位置正确；然后将引针插入导管，在疏导板的下方把“子弹头”旋在引针螺纹上，将待穿的钢绞线塞于“子弹头”中；以钢绞线为主动力，依次穿过各层，提升器顶部钢绞线余留部分用临时锚片锁紧于天锚上。

每穿好2根钢绞线后，用夹头将钢绞线两两夹紧，以免钢绞线从空中滑落；一般先穿外圈的小部分，后穿内圈全部，再将剩余外圈穿完左右旋间隔穿入；所有钢绞线穿好后，用上、下锚具缸锁紧钢绞线，并锁紧天锚；用软绳放下疏导板至下吊点5上部，调整疏导板的方位，注意1#标记孔方向；钢绞线穿好后若底部端头高低不齐，在适当位置的所有钢绞线上划一水平线，将线以下的钢绞线割去，钢绞线端头修理圆滑；调整地锚孔位置。

配置1台YT-1型计算机同步控制系统，为提升控制操作及施工作业简便，同步控制系统布置在提升器、泵源系统等位置附近，便于与提升器及泵源系统等连接。其周围需做好防雨工作，保证环境的安静。

采用“吊点5油压均衡，结构姿态调整，位移同步控制，分级卸载就位”的同步提升和卸载就位控制策略。控制系统根据上述控制策略和特定算法实现对钢结构的提升姿态控制和荷载控制。

提升前检查传感器，包括行程传感器，锚具缸传感器，油压传感器。轻拉各油缸行程传感器拉线和锚具缸的SM、XM的行程开关，使主控制器中相应的信号灯发讯、数值正常变化。提升过程中采用静力水准仪进行结构同步性监测，精度±0.2mm。在24个下吊点5部位设置静力水准仪对钢结构整体提升同步性进行监测，与常规上吊点5同步性监测方法相比，有效的消除了提升吊点5变形及钢丝绳延展所带来的误差。监测数据采用GPRS-A无线数据采集仪进行采集。

对已安装的筏板上提升单元进行液压同步控制系统试提升，以主体结构理论载荷为依据，各提升吊点5处的提升设备进行分级加载，依次为20％，40％，60％，80％；确认各部分无异常的情况下，可继续载入到90％，100％，直至钢结构全部离地；每次分级加载后均应检查相关受力点的结构状态，通过全站仪跟踪监测钢结构的高差及下挠，以便离地后进行调平，加载过程中各项监测数据均应做好完整记录；分级加载完毕，结构提升离开拼装胎架100mm-200mm后暂停，悬停12h-24h做全面检查，合格后进行液压同步控制系统正式提升。

对桁架结构整体建模分析，考虑竖向力3%的水平分力，经验算分析支架结构最大下挠值为35mm，XY最大变形37mm，最大应力比0.749，设计提升支架采用Q345B钢材，通过加工厂加工为成品构件，现场进行安装。

提升架6设置在柱顶及悬挑桁架上方，提升吊点5下方设置斜撑补强，所有焊缝为全熔透焊缝，保障提升支架制作安装质量。安装时利用全站仪精准安装定位，保证提升支架横梁安装平整度误差不大于3mm；对位提升支架与下吊具8，保证安装误差不超过1.0度且水平误差不大于15mm，避免产生过大的水平力；提升支架安装完成后进行100%探伤，全部检测合格后进行提升作业。

对于提升过程存在局部下挠，根据模拟分析结果在拼装阶段进行预起拱，使用SAP2000软件对结构关键控制点竖向变形进行分析获得变形数据，同时根据MIDAS校核数据，其中选择结构起拱值环式桁架1象限点位置起拱20mm，主桁架2中点位置起拱值15mm。、

通过BIM软件进行有限元仿真模拟，基于有限单元计算的同步容差仿真模拟技术；针对同步控制液压设备控制难度大，提升绝对同步性难以保证，采用有限元模型对客观存在的不同步性进行定量和定性地计算分析。设置小刚度的弹簧约束模拟提升结构提升过程的水平边界条件，对提升结构在地震荷载、风荷载作用下的摆动进行模拟，选取其中允许的最大不同步性提升位移限值，作为安全控制值。

通过正确处理整体结构有限元模型的边界约束，使得有限元分析能够顺利进行，并在结构分析中施加水平虚约束，克服了整体结构分析中由于提升刚体水平移动所产生的计算不收敛问题，使其符合提升过程中的真实受力状态及位形。

基于风荷载和地震荷载作用下的提升结构碰撞模拟技术，针对提升结构在地震作用和风荷载摆动时吊索12产生的水平拉力，计算分析提升结构以及支撑结构的受力影响，采用提升结构位移地面附近的工况验算提升结构与提升架6在风荷载作用下的碰撞状态。以及在提升高度内，地震作用下拉索的最大拉力和水平位移，设置提升结构与提升支撑之间的最小相对位移间距，避免碰撞。

步骤九、分段提升已安装的单元，提升定位后，将提升结构杆件嵌补完成后，解除锁死结构，并将提升器分五级卸载，拆除提升设备及提升支架；同时K区主桁架2在地面进行卧拼；K区主桁架2使用两台汽车吊进行抬吊安装，而后进行K区钢梁嵌补；K区主桁架2安装完成后，由上层下下层依次嵌补之间主次钢梁，再安装钢柱挑梁：钢柱位置挑梁安装完成后，空间桁架完成安装。

第一次提升：试提升完成检查后，将筏板区安装完成的提升单元缓慢提升至H区南侧平齐高度，使用H型钢进行临时侧向固定，并安装临固支架11，嵌补H区南侧与提升单元杆件，焊接作业；

第二次提升：缓慢提升，在H区南侧离开胎架高度100mm后悬停，进行H区结构检查，同时对各提升器进行微调，确保各提升荷载与模拟计算结果相符，无异常偏差；

第三次提升：结构缓慢提升至就位状态，并进行各就位点微调，保障对接精度，调整完成后使用锁死结构对提升结构进行锁死，确保后续作业安全，提供第二道安全防线；

对于提升单元的主要桁架进行嵌补，同时对嵌补钢梁等进行嵌补安装；对上部结构嵌补过程中进行，进行下部吊挂柱的安装，吊挂柱使用汽车吊进行吊装，吊挂柱使用连接夹板与上部牛腿进行临时连接；

为缩短提升支架悬挑桁架，减少结构拼接接头数量，增加提升安全。提升单元主桁架2嵌补采用小段嵌补方式，格构柱牛腿段随钢柱一起吊装就位。提升就位后，使用桁架嵌补单元800mm，连接牛腿800mm及主桁架2；嵌补段安装顺序由上向下进行，先弦杆后腹杆。

提升结构杆件嵌补完成后，解除锁死结构，并将提升器分五级卸载，拆除提升设备及提升支架；吊挂柱安装完成后嵌补吊挂柱之间主要钢梁，主钢梁使用汽车吊进行吊装；嵌补顺序为先高后底；主钢梁安装完成后嵌补主钢梁之间次梁，次梁嵌补顺序为先高后底；同时K区主桁架2在地面进行卧拼。

在提升就位后，为实现下部吊挂结构提前介入安装，在提升位置设置自锁死装置，将提升就位钢结构进行限位锁定，增加安全保障。自锁装置使用50mm厚、宽度为500mm的两个钢板板条制作。其中，自锁死装置主要由上部承载箱型梁、吊挂钢带50mm、双销轴组成。通过模型验算300吨作用下最大变形0.3mm，最大应力280MPa。为提高整体刚度强度，悬挑桁架在提升支架下方设置加固立柱，对悬挑结构进行补强，加固立柱截面为箱型600x20，材质Q345B；同时，将提升架6布置位置H型钢梁替换为箱型截面。

对于已拼装的空间桁架提升至设计位置附近后，暂停，各吊点5微调使结构精确提升到达设计位置，提升设备暂停、锁定，保持结构的空中姿态稳定不变，最后安装后补杆件集中对口焊接；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钢柱，结构受力形式转化为设计工况。

对于分级不同步卸载BIM仿真施工技术，针对同步卸载可操作性难度较大的特点，钢结构处于应力水平较低的弹性状态下，不同的卸载顺序对结构应力和变形状态的影响，对卸载过程进行仿真计算，证明了弹性力学的叠加原理适用于提升完成后拉索的拆除过程，可以采用不同步卸载施工技术。

本实施例中，K区主桁架2使用两台汽车吊进行抬吊安装，而后进行K区钢梁嵌补；K区主桁架2安装完成后，由上层下下层依次嵌补之间主次钢梁，再安装钢柱挑梁：钢柱位置挑梁安装完成后，空间桁架完成安装。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复杂式空间桁架整体吊装系统的施工方法，其特征在于，吊装系统包含外部的环式桁架（1）、连接于环式桁架（1）内部的主桁架（2）、连接于环式桁架（1）和主桁架（2）之间的联梁（3）、连接于主桁架（2）和环式桁架（1）连接处的桁架柱（4）以及分别设置于主桁架（2）和环式桁架（1）上的提升架（6）；

所述主桁架（2）为方形或长方形，方形或四方形四角处连接桁架柱（4），桁架柱（4）高度高于环式桁架（1）且与环式桁架（1）之间连接有水平桁架；提升架（6）可拆卸连接于桁架柱（4）以及桁架柱（4）与环式桁架（1）柱之间的水平桁架上；

吊装系统具体的施工方法如下：

步骤一、对于空间桁架的地下室筏板进行浇筑施工，对地下室筏板上对应拼装胎架位置进行埋件预埋，确保后续拼装胎架能够与筏板可靠连接；桁架柱（4）对应的核心筒基坑开挖完成，待土建钢筋绑扎过程中，对柱体（14）预埋地脚螺栓进行安装定位，并在混凝土浇筑过程中进行预埋件位置的实时监控，发现偏移及时采取措施纠正；

其中，将空间桁架分为A、B、C、D、E、F、G、H和K九个区域，其中K区为正中对应主桁架（2）位置，其左右两侧为E区和G区，F区和H区位于K的上下侧，A、B、C和D区对应桁架柱（4）四角处，由此对拼装提升单元进行分区拼装；

步骤二、在A、B、C和D区进行首节桁架柱（4）的吊装，地脚螺栓承台混凝土强度满足安装条件后，使用汽车吊进行首节柱吊装，汽车吊站位在靠近核心筒位置进行吊装；在地下室筏板履带吊行走路线上，铺设大型路基箱，作为筏板加固措施，对履带吊行走路线进行筏板的保护，确保吊装安全；

步骤三、而后依次对桁架柱（4）的柱体（14）通过履带吊进行吊装，同时对应安装框架梁、屈曲支撑、钢楼梯进行吊装；柱体（14）每安装一节，进行混凝土灌注；

步骤四、胎架布置，在提升单元拼装区域对应位置布置胎架，胎架与筏板埋件之间焊接固定，同时对吊挂柱体（14）的牛腿位置钢筋进行弯曲处理，为空间桁架拼装让出空间，吊车行进路线待吊车退出作业时安装；

步骤五、胎架布置完成后，对E区和G区提升单元的环式桁架（1）、主桁架（2）进行拼装；主桁架（2）和环式桁架（1）均做简单的侧向加固措施，加固措施使用型钢制作；而后对E区和G区联梁（3）进行安装，对H区环式桁架（1）进行安装；

步骤六、对E区和G区上层的桁架柱（4）进行安装，安装至桁架柱（4）设计标高，而后混凝土进行灌注，待上部嵌补焊接完成后进行后续混凝土浇筑；

步骤七、对H区位置联梁（3）安装，并在联梁（3）下方设置临时支撑柱；桁架柱（4）安装完成后使用履带吊进行悬挑桁架的安装，悬挑桁架采用散装方式进行安装；悬挑桁架为桁架柱（4）与环式桁架（1）之间连接的水平桁架；

步骤八、安装提升架（6），而后拼装F区安装F区主次的联梁（3），并矫正焊接；而后对已安装的筏板上提升单元进行液压同步控制系统的试提升；

步骤九、分段提升已安装的单元，提升定位后，将提升结构杆件嵌补完成后，解除锁死结构，并将提升器分五级卸载，拆除提升设备及提升支架；同时K区主桁架（2）在地面进行卧拼；K区主桁架（2）使用两台汽车吊进行抬吊安装，而后进行K区钢梁嵌补；K区主桁架（2）安装完成后，由上层下下层依次嵌补之间主次钢梁，再安装钢柱挑梁：钢柱位置挑梁安装完成后，空间桁架完成安装。

2.如权利要求1所述的一种复杂式空间桁架整体吊装系统的施工方法，其特征在于，提升架（6）对应吊点（5）设置，吊点（5）设置于桁架柱（4）与主桁架（2）连接处以及间隔设置于环式桁架（1）的环向；所述吊点（5）下方还一一对应设置有临固支架（11），所述临固支架（11）为门式支架，门式支架顶部可拆卸连接于环式桁架（1）或主桁架（2）的底部弦杆下方。

3.如权利要求2所述的一种复杂式空间桁架整体吊装系统的施工方法，其特征在于，所述提升架（6）通过吊具（8）分别与环式桁架（1）和主桁架（2）的上弦杆（7）连接，所述吊具（8）与上弦杆（7）固定连接，连接处上弦杆（7）加密设置有加劲肋板（9）；吊具（8）包含与提升架（6）连接的吊顶部（81）、连接于吊顶部（81）下方的吊主板（82）、以及连接于吊主板（82）两侧的吊固侧板（83）；所述吊顶部（81）为两工字梁水平对接且一体连接而成，吊顶部（81）上翼缘板宽度大于下翼缘板宽度，吊顶部（81）中心对应提升架开孔（10）设置；所述吊主板（82）包含带下凹口的方形板，下凹口对应上弦杆（7）固定连接；所述吊固侧板（83）固定连接于吊主板（82）外侧面与主桁架（2）的上弦杆（7）顶面之间。

4.如权利要求1所述的一种复杂式空间桁架整体吊装系统的施工方法，其特征在于，对于步骤八、空间桁架安装提升前，先采用 Etabs 进行中震分析，桁架的应力比、框架支撑角筒中框架柱和普通钢支撑及楼面钢支撑应力比均满足中震弹性的性能目标；绝大部分屈服约束支撑内力均小于支撑屈服力，个别进入塑性，满足中震部分支撑屈服的性能目标；采用Perform-3d 对结构进行了弹塑性时程分析，结构层间最大位移角满足规范的要求；结构整体耗能良好，结构塑性耗能占地震输入能量的 90%以上；各构件的性能均符合预定的性能目标；

对于提升过程存在局部下挠，根据模拟分析结果在拼装阶段进行预起拱，使用SAP2000软件对结构关键控制点竖向变形进行分析获得变形数据，同时根据MIDAS校核数据，其中选择结构起拱值环式桁架（1）象限点位置起拱20mm，主桁架（2）中点位置起拱值15mm；

通过BIM软件进行有限元仿真模拟，基于有限单元计算的同步容差仿真模拟技术；采用有限元模型对客观存在的不同步性进行定量和定性地计算分析；设置小刚度的弹簧约束模拟提升结构提升过程的水平边界条件，对提升结构在地震荷载、风荷载作用下的摆动进行模拟，选取其中允许的最大不同步性提升位移限值，作为安全控制值；

在结构分析中施加水平虚约束，克服了整体结构分析中由于提升刚体水平移动所产生的计算不收敛问题，使其符合提升过程中的真实受力状态及位形。

5.如权利要求1所述的一种复杂式空间桁架整体吊装系统的施工方法，其特征在于，对于步骤八中，提升架（6）使用汽车吊配合履带吊进行安装；提升支架安装完成后对上部自锁加固装置安装调整；履带吊退出安装范围后，拼装F区主桁架（2）及环式桁架（1），并对桁架进行侧向临时加固；安装F区主次的联梁（3），并矫正焊接；安装各提升区提升吊点（5）吊装设备和对应的吊具（8），调整吊索（12）垂直度，并检查各提升点设备措施安全可靠性；

对已安装的筏板上提升单元进行液压同步控制系统的试提升，以主体结构理论载荷为依据，各提升吊点（5）处的提升设备进行分级加载，依次为20％，40％，60％，80％；确认各部分无异常的情况下，可继续载入到90％，100％，直至钢结构全部离地。

6.如权利要求5所述的一种复杂式空间桁架整体吊装系统的施工方法，其特征在于，对于步骤八、提升架（6）设置在桁架柱（4）柱顶及悬挑的联梁（3）上方，吊点（5）下方设置斜撑补强，所有焊缝为全熔透焊缝，对应的液压提升器为穿芯式结构，中间穿钢绞线，两端有主动锚具，利用锲形锚片的逆向运动自锁性，卡紧钢绞线向上提升；

钢绞线的安装根据实际情况选取不同的方法，提升器下部钢绞线穿入提升器正下方对应的提升地锚内，锁紧（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；导向架安装于提升器旁边，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；导向架最上方横杆离天锚高1.5～2m总高3.5m，偏离提升器0.4m，保证钢绞线垂直导出，延导向架顺利移动。

7.如权利要求5所述的一种复杂式空间桁架整体吊装系统的施工方法，其特征在于，对于步骤八中每次分级加载后均应检查相关受力点的结构状态，通过全站仪跟踪监测钢结构的高差及下挠，以便离地后进行调平，加载过程中各项监测数据均应做好完整记录；分级加载完毕，结构提升离开拼装胎架100mm-200mm后暂停，悬停12h-24h做全面检查，合格后进行液压同步控制系统正式提升。

8.如权利要求1所述的一种复杂式空间桁架整体吊装系统的施工方法，其特征在于，对于步骤九中，分段提升分为三次，第一次提升：试提升完成检查后，将筏板区安装完成的提升单元缓慢提升至H区南侧平齐高度，使用H型钢进行临时侧向固定，并安装临固支架（11），嵌补H区南侧与提升单元杆件，焊接作业；

第二次提升：缓慢提升，在H区南侧离开胎架高度100mm后悬停，进行H区结构检查，同时对各提升器进行微调，确保各提升荷载与模拟计算结果相符，无异常偏差；

第三次提升：结构缓慢提升至就位状态，并进行各就位点微调，保障对接精度，调整完成后使用锁死结构对提升结构进行锁死，确保后续作业安全，提供第二道安全防线。

9.如权利要求8所述的一种复杂式空间桁架整体吊装系统的施工方法，其特征在于，对于步骤九、提升单元的主要桁架进行嵌补，同时对嵌补钢梁等进行嵌补安装；对上部结构嵌补过程中进行，进行下部吊挂柱的安装，吊挂柱使用汽车吊进行吊装，吊挂柱使用连接夹板与上部牛腿进行临时连接；吊挂柱安装完成后嵌补吊挂柱之间主要钢梁，主钢梁使用汽车吊进行吊装；嵌补顺序为先高后底；主钢梁安装完成后嵌补主钢梁之间次梁，次梁嵌补顺序为先高后底。

10.如权利要求7所述的一种复杂式空间桁架整体吊装系统的施工方法，其特征在于，对于步骤九、已拼装的空间桁架提升至设计位置附近后，暂停，各吊点（5）微调使结构精确提升到达设计位置，提升设备暂停、锁定，保持结构的空中姿态稳定不变，最后安装后补杆件集中对口焊接；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钢柱，结构受力形式转化为设计工况。

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