大跨多层钢结构高空提升平台设计与应用

刘月阳

摘要：钢结构整体提升应用越来越广泛，而大跨度、大吨位、多层钢结构高空整体同步提升平台的选择尤为重要，港盛大厦高空钢结构连廊提升平台通过优化设计、安全性验算及现场施工控制等措施，形成了一套应用技术，解决了提升平台稳定性及对主体结构条件要求高的难题。

关键词：高空提升平台；安全性验算；质量控制；稳定性控制

0引言

随着钢结构广泛的应用，越来越多的大跨度、大吨位、多层、高空的钢结构连廊出现在工程实体中，如何设计提升平台，如何保证提升平台的施工质量是整个钢结构施工过程中的关键。济南港盛大厦钢连廊工程具有明显的代表性，本文通过对提升平台的设计及现场施工技术控制进行阐述，为类似工程施工提供有益的借鉴。

1工程概况

济南港盛大厦位于山东省济南市高新区综合保税区东南部，本工程建筑总高度89.35m，地下二层，地上十九层，主楼外廓为70m×70m的方形，八层以下为“回”形裙楼，东西两侧立面第八至十七层间为悬空层，在十七层至十九层东、西两侧通过两条钢结构连廊将南北两楼连通，钢连廊共四层+一层飘架层，连廊总高度19.04m，跨度31.8m，每榀宽18.4m，每榀重370t，钢连廊单个构件最重达2t。

2提升平台设计方案选定

整体提升平台设计在屋面上，机房层顶与外侧框架柱顶相差2m，机房层与框架柱互不相连，机房层作业面积狭小，对提升平台整体稳定性、对混凝土结构的影响要求高，见图2结构实拍图。

本工程主要有两种方案可供选择：

方案一：整体框架式提升平台；该方法通过在主体框架柱和剪力墙之间设计H型钢框架梁，同时在框架钢梁间增设小横梁，将主体框架柱和剪力墙连为一整体，形成一个闭合的框架结构，共同作用受力，将高低不同位置的吊点承受集中力均衡的传递，达到提高提升平台整体稳定性、减少对主体结构影响的目的。整体框架式提升平台见图3。该方案优点是整体稳定性好、安全风险低、对主体结构影响小，缺点是施工速度慢。

方案二：独立式提升平台；该方法是将提升吊点分别设置在机房层的混凝土剪力墙的角柱上及屋面上的独立框架柱上，每个吊点各自成系统，每个提升系统各自受力和传递荷载，见图4。该方案优点成本低、工期短，缺点是整体稳定性差、安全风险高、对主体结构影响大。

经对比分析，方案二虽然便捷快速，但方案一更有利于风险控制，综合考虑采用方案一，即整体框架式提升平台。

3整体框架梁式提升平台的设计及验算

3.1整体框架梁式提升平台的设计

每榀钢连廊在南楼和北楼机房层上分别设置提升平台，每个提升平台设有2个吊点。吊点设计在结构平面的C、G轴线和1、3、7、9轴线相交节点的框架柱和机房层角柱处，即①（⑨）轴位置标高89.35m处的框架梁柱和③（⑦）轴位置标高87.35m处的剪力墙角柱处，提升平台构件材质均为Q345B。提升梁、支撑要求采用坡口等强焊接，适当增加劲板，焊接必须牢靠。

提升钢梁（箱500×500×24×3250）设计在①（⑨）轴，混凝土墙柱的侧面，与预埋钢板（厚度30mm）焊接。在混凝土梁柱上设计一箱500×500×24×2800箱体柱，通过两条[32的槽钢将提升平台梁斜向拉撑，后方用型钢（H300×300×10×16）与地面梁柱点上的预埋板（-800×1300×30）斜向连接，侧面支撑采用HW200×200×8×12型钢，其它钢梁采用HW300×300×10×15型钢。③（⑦）轴平台做法同①（⑨）轴平台。见图5、图6。

3.2整体提升平台安全性验算

单榀钢连廊重370t，整体提升段重为240t，几何尺寸大，吊点位于桁架第三层，如图7所示，标高为78.850m，吊点距离轴线C及轴线G的距离为2.75m，距离桁架DFG为1.85m，在距离吊点及吊点内侧2.125m处设置桁架的竖向临时固定系杆，系杆的截面为HM390×300×10×16（Q345B），系杆与桁架SXGZXGXXG均刚性连接。

3.2.1模型建立

吊装桁架采用MIDAS-GEN计算软件进行有限元分析。

边界条件：平台梁、支撑杆铰接模拟。

荷载工况：恒载（D）—自重作用，由程序自动计算，考虑连廊主体、节点板、提升器、吊具等重量，自重系数取1.4；

连廊在提升过程中有可能出现不同步的情况，为保证提升过程安全可靠，通过模拟不同步现象，模拟时考虑不同步差值为50mm，模拟情况如下：

（1）不同步情况：

不同步情况1：吊点1、3与吊点2、4不同步；

不同步情况2：吊点1、2、3与吊点4不同步；

不同步情况3：吊点1、2与吊点3、4不同步；

不同步情况4：吊点1与吊点2、3、4不同步；

（2）同步情况：吊点1、2、3、4同步；

3.2.2模型计算

（1）不同步情况1计算：

该状态下，最大支座反力为810.3kN，见图8不同步情况1支座反力计算云图。

该状态下，构件最大应力比为0.55；为吊点处的临时系杆，见图9不同步情况1应力比云图。

（2）不同步情况2计算：

该状态下，最大支座反力为1024kN；出现在吊点1及吊点4处，1024/810=1.26倍；见图10不同步情况2支座反力计算云图。

该状态下，构件最大应力比为0.57；为吊点处的临时系杆。见图11不同步情况2应力比云图。

对以上四种不利情况进行对比可知，对提升平台来讲，情况2最为不利，说明单点不同步比两点及三点不同步影响更不利，而同步提升最为安全，对钢结构结构本身来讲，情况2产生的附加应力较其它情况要大，最大支座反力为1024kN，出现在吊点1及吊点4处；构件最大应力比为0.57，为吊点处的临时系杆。

同步提升中最大支座反力为810.3kN，构件最大应力比为0.47；为吊点处的临时系杆。

因此同步提升最有利。

3.3液压千斤顶安装位置安全性验算

3.3.1模型建立

DFG及GZ1标高87.35m（89.35m）设置悬挑梁安装TS200C-250型千斤顶，千斤顶机械距DFG中心线为1.85m，吊点距离轴线C及轴线G的距离为2.75m。

荷载工况：恒载（D）——提升平台自重，自重系数取1.2；

活载（L）——被提升物重量，单个提升架的活载值为810.3kN；

根据以上不同步验算结果可知，当不同步值达到50mm时，该状态下，支座反力是自重标准值作用下的1.26倍；

根据《重型结构（设备）整体提升技术规程》要求，提升施工时，考虑恒载分项系数1.2；活载分项系数1.4，提升时不同步系数取1.4，动力系数取1.2；即提升时荷载组合：

组合1：1.2D+（1.4x1.4x1.2）L=1.2D+2.4L（承载能力极限状态）

组合2：1.0D+（1.4x1.2）L=1.0D+1.68L（正常使用极限状态）

3.3.2模型计算

支座反力按810.3kN作用在吊装平台上，采用midas计算软件进行整体建模计算结果如下：

固定架构件最大应力比为0.635，出现在斜拉梁上，见图18应力计算云图。

固定架竖向最大变形值为11.5mm，变形较小；见图19竖向变形值计算云图。

提升梁刚度较好，满足规范要求。

4.1预埋件安装

在机房层钢筋绑扎完成后，模板合之前，进行提升平台预埋件的定位安放，共计埋设64块Q345厚30mm的钢板预埋件。由于预埋件较重，需用塔吊进行吊装，另外，墙柱钢筋较密，预埋件栓脚较多，所以现将预埋件进行整体就位，然后再进行校正。对于南、北楼提升平台进行统一布置，拉通线，对原轴线进行校核。预埋件有平面放置的即放置于机房屋面及飘架柱顶面，有竖立放置的即放置于机房墙面及飘架柱侧面，而提升平台的钢柱、梁将直接安放在预埋件上，梁柱的垂直与否将直接受其控制，因此，现场施工要保证预埋件的水平度及垂直度。现场施工中将采用水准仪轴线校正，施工线辅助找直，水平尺、铅锤找平。

4.2钢构件安装

由提升平台平面布置可看出，梁、柱有的布置于预埋件的中心线上，有的则安放在轴线上，因此先在预埋件表面引入轴线，进而确定梁、柱位置，且画出梁、柱四边线。在完成初步定位后（图21），用全站仪进行位置校正，在南、北楼引出的通长轴线作为控制线，将全站仪立于飘架柱顶，以坐标法对各预埋件上的柱中心线进行校正。另外，由于四、五月份济南风较大，考虑风对全站仪测量误差的影响，采用多人、多次进行测量。

4.3提升平台的焊接

提升平台大部分连接方式为焊接，少部分为螺栓连接，所以对焊缝质量要求较高，其焊缝等级皆为一级焊缝。焊接流程为：

坡口准备（要求工厂内制作）→吊装对口、点固焊→预热→里口施焊→背部清根（碳弧气刨）→外口施焊→里口施焊→自检/专检→焊后热处理→无损检验

待提升平台梁、柱位置复核满足要求后将进行提升平台的焊接，当构件板厚>30mm时，应在焊后将焊缝两侧各100mm进行后热处理。厚度大于9mm钢板应分多层焊接，焊缝应由下往上逐层堆焊，焊缝一次焊完，不得中断，如因故中断，应对已焊的焊缝重新预热后再焊。多层焊时应将前一层焊缝表面清理干净后再焊下一层。

提升平台梁、柱的焊接将采用二氧化碳保护焊，需在无风或风小的天气下进行。待焊接完成后要进行焊缝探伤，不合格的将用碳弧气刨、打磨，重新焊接直到满足要求为止，碳弧气刨在使用当中，一定要注意气刨可能会对母材造成损伤。

5结语

港盛大厦整体提升全程平稳、安全，提升平台整体稳定性好，对主体结构没产生任何影响。该项目顺利完成施工，是对高空、大跨、大吨位钢结构提升平台设计应用的成功实践，对类似钢结构施工具有重要的指导与借鉴作用。

作者简介：

刘月阳（1982.10-），男，中级工程师，管理学学士