大跨度鱼腹式片状钢桁架整体楼面同步顶升技术
1 工程概况
苏州湾文化中心位于苏州市吴江区湖景街以西、阅湖台以东，由苏州大剧院和吴江博览中心组成。地下2层，地上7层，最大结构标高58.000m，总建筑面积约21万m2，总用钢量约1.8万t。其中会议中心屋面拱桁架(见图1)共计5榀，桁架上弦标高22.700m，桁架下方楼板面标高10.450m。单榀桁架最高点高度3.75m，跨度38m，单榀质量约70t。
2 方案选择及确定
本工程塔式起重机在该区域的吊重较小，若采用塔式起重机高空散装，则需要搭设大量胎架。通过与高空塔式起重机散装方案对比，顶升方案具有操作简便、安全可靠、质量可控等优点，同时可以节约劳动力、提高工效、降低成本，经济效益显著。
3 整体顶升施工方案
3.1 整体思路
用顶升架做楼面原位拼装胎架，采用塔式起重机原位拼装、液压同步顶升就位的方式进行施工。
3.2 施工流程
施工流程:测量放线→楼面拼装胎架、反顶安装→桁架下弦杆安装→桁架腹杆安装→桁架上弦杆安装→桁架上弦杆间联系梁安装→同步液压千斤顶安装→试顶升检查变形情况→分步顶升至设计标高→安装牛腿→千斤顶同步卸载。
3.3 顶升设备
本工程每榀屋面桁架重约70t，每榀桁架两端各设置1个顶升点，共计10个顶升点，选用DS750-30-80型液压顶升器。其额定提升力为80t，行程为800mm，安全系数n=2.29。顶升架标准节尺寸为0.77m×1m×1m，标准节支撑架立杆采用108×8钢管，腹杆采用100×5钢管制作。
操作人员通过计算机控制系统(见图2)向泵站发出指令，泵站系统根据指令驱动各液压顶升器工作，液压顶升器工作的过程中位移传感器、压力传感器采集相关信息并反馈给计算机，控制系统再根据相关信息对泵站发出修正指令，命令流在整个施工作业过程中如此循环往复。
图2 控制系统架构、控制系统界面
Fig.2 Control system architecture and control system interface
4 施工工艺
4.1 反顶
本工程顶升基准面为普通混凝土楼面，通过Midas计算分析，顶升点下方混凝土梁不能满足受力要求，故在顶升点下方设置反顶;反顶材料为609×16圆管，由标准节和活络头组成，反顶用叉车和液压千斤顶配合施工。
4.2 顶升设备安装
待楼面原位拼装完成后，用全站仪进行顶升点放线，为防止混凝土楼面局部破坏，在顶升架下方放置20mm×1 500mm×1 500mm钢板，调整好顶升架高度，使其保持在同一水平位置，正负偏差不得超过20mm，安装好液压顶升器、控制管线、位移传感器等设备，其中位移传感器应做好防水处理。
4.3 空载调试与试顶升
顶升设备安装就位经检查无误后，操作主控计算机使液压千斤顶缓慢上升至所有顶升点都受力，然后暂停作业，检查管线是否漏油、顶升点周围的限位是否变形、位移传感器是否灵敏。检查无误后，将桁架顶升至距拼装胎架顶面50mm高处，停止顶升，静止2h以观测顶升点下部混凝土结构变形及反顶效果。
4.4 正式顶升
试顶升成功后，以100mm/min的速度进行同步顶升作业，顶升点相对高差允许值设定为3mm，当某台千斤顶伸出量与其他千斤顶伸出量偏差超过3mm后，同步系统就会自动暂停该千斤顶作业，待其他千斤顶与该千斤顶偏差<3mm时继续同步作业。当顶升完1个行程(800mm)后，从上部安装下一节顶升架，安装完后启动液压油缸使千斤顶回落至顶升架受力，继续收缩使千斤顶底座抬高1个行程，然后将下托梁移至下一节顶升架顶部，并启动油缸使千斤顶开始受力并进行下一个行程作业，通过千斤顶与顶升架交替受力来完成千斤顶的伸缩及顶升架的积累，使桁架顶升至设计标高，顶升原理如图3所示。
顶升架总高度约8.5m，为防止顶升架偏移造成桁架在设计标高上产生水平位移，在顶升过程中用全站仪进行过程监测。当顶升架超过4m时，在顶升架四周4m高位置设置斜撑固定顶升架。
4.5 就位
顶升至设计标高后复测桁架水平偏移量，本工程顶升高度较低，最大水平偏移量为7mm，采用千斤顶横顶桁架纠正水平偏移。
4.6 卸载
桁架两端牛腿安装焊接完成24h后，同步收缩顶升器油缸100mm，然后暂停作业观察牛腿焊缝、支座受力情况，待没有问题后继续卸载。
5 相关计算
5.1 桁架顶升过程受力分析
计算时，顶升点位置采用竖向约束，水平方向采用虚拟约束。
考虑到节点及加劲板，自重采用取1.1倍增大系数，另考虑1.1倍动力系数、1.5倍不平衡系数及1.35倍分项系数。计算位移时，不考虑动力系数及分项系数。
桁架顶升时计算结果表明，最大拉应力28.6MPa，最大压应力39.5MPa，最大竖向挠度为9.9mm。
5.2 顶升架受力分析
顶升力:350×1.1×1.1×1.5×1.35=857.5kN，取900kN，通过托架传递到顶升架。同时考虑90kN的水平力。顶升力及水平力均通过托架传递到顶升架a和b点处(见图4)，计算时考虑为平均分摊到4个点。以上荷载均已考虑各项系数，在此不计荷载系数。
计算结果表明，最大拉应力为98.4MPa，最大压应力为162.9MPa，竖向位移最大为3.3mm。
5.3 顶升点下部混凝土梁承载力验算
由于顶升架底部反力较大(见图5)，下方楼板配筋较小，不能承受此反力，故需要在顶升架底部放置钢板防止楼板局部破坏，而且需要在顶升架下方进行反顶加固，将此反力传递至基础底板上。
6 结语
利用液压千斤顶同步顶升屋面拱桁架，解决了本工程施工空间受限、塔式起重机等吊装机械运力不够等难题，同时相比传统高空散拼具有质量可靠、安全可控、效益可观以及工期较短等优点，同时对施工过程中反顶设置、偏移监测及纠正提出合理的解决方法，为今后类似工程施工提供参考。
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