近年来，各种外观新颖、造型优美和结构独特的大跨度混合钢结构很多，应用范围覆盖工业厂房、候机楼、会展中心、体育场、剧院等公共建筑和工业建筑。其施工方法按适用范围和技术特点主要分为高空滑移法、高空散装法、折叠展开法、整体顶升法、整体提升法、整体吊装法和分条分块吊装法^[1,2,3]。

　　郑鹏^[4]针对厦门国贸金融中心钢结构连廊跨度大、安装高度高、单构件自重大、焊接精度要求高等问题，提出整体提升方案，对吊点选择、设备设置等进行研究。姜帅臣^[5]采用数值模拟与试验研究相结合方法，对大跨度空间钢结构施工过程、监测信息及关键步骤进行研究。韩嘉夫^[6]通过对哈尔滨站二期改造工程进行现场监测，并结合数值模拟结果，揭示了拱形钢管桁架结构在顶升施工过程中的受力特点。周吉林等^[7]结合具体工程，从钢结构构件分段、拼装顺序、拼装步骤、整体起拱、控制标准等方面对超大面积大跨度钢桁架屋面整体拼装工艺进行研究。莫涛涛^[8]结合港珠澳大桥珠海口岸钢屋盖工程，对双向大跨度钢屋盖网架结构整体提升进行研究，提出了地面分区拼装、液压同步提升、网架提升点构造设计、提升同步性控制等施工技术。

　　总之，大跨度混合钢结构施工是一个受结构体系和力学形态影响的动态变化过程，施工方案的选择直接关系到整个项目施工总体部署及技术、安全、经济合理性^[9,10]。因此，研究现代前沿化的大跨度混合钢结构施工方法具有重要意义。在众多施工方案中，整体提升施工技术融合了施工力学分析、液压同步提升技术、计算机控制系统等学科体系，结合现代施工工艺，实现了大跨度、超重型构件高空整体提升。

　　本文以湖南广播电视台F演播厅大跨度屋盖钢桁架和钢梁施工为背景，对楼面拼装+液压提升+高空补杆的大跨度混合钢结构液压同步整体提升技术进行研究。现场监测数据与数值计算结果的耦合程度验证了施工方案可行性。

　　1 工程概况

　　湖南广播电视台节目生产基地及配套设施建设项目是一个集大型演艺活动、影视节目生产、艺术展览等功能于一体的现代化节目生产基地及其配套项目，属于亚洲最大的室内节目生产基地，工程效果如图1所示。建筑地下为混凝土结构，地上除美术馆外，从地下室顶板开始以上为钢结构，主体建筑用钢量约3.6万t。中央主轴连接的7个演播厅中F演播厅分为北侧6层演播厅和南侧室外剧场，其中演播厅结构高27m，室外剧场结构最高处10.5m，最大跨度为50.4m。钢结构包括框架梁柱结构、演播厅顶部葫芦形桁架屋盖结构和大跨度钢梁。框架结构主要构件是焊接H型钢梁、圆管柱、箱形柱和H型钢柱。其中H型钢梁最大截面为H1 200×500×30×40;圆管柱材质为Q345B，最大截面为800×20;箱形柱最大截面为□800×800×30×30，材质为Q390GJB;H型钢柱最大截面为H600×500×30×30，构件主要材质包括Q345B,Q390B,Q390GJC。楼板采用压型钢板组合楼板，钢板厚度为1.1mm，屋盖结构采用钢筋桁架楼承板，板厚为120,150mm 2种。

　　图1 工程效果  

　　2 施工方案

　　根据建筑功能设计要求，F演播厅屋盖结构平面呈葫芦形，结构形式为大跨度钢桁架+井字形钢梁混合结构，其中北向小头(○S～○V轴区域)为焊接H型钢井字形结构，南向大头(○N～○S轴区域)为焊接H型钢桁架结构;演播厅南向为钢结构观众看台区，北向为舞台，结构标高差异较大。屋盖结构布置如图2所示。

　　图2 屋盖结构布置  

　　综合考虑工程质量、安全、成本与工期等目标，经多方案比选，采用楼面拼装+液压提升+高空补杆方案进行施工。F演播厅大跨度钢梁单根重达27.0t，桁架结构单榀重达195t，均远超塔式起重机起重性能，且距下部楼层高达27m，故将○N～○S轴桁架及大跨度钢梁拆分为A,B 2个提升单元，其中A单元重715t,B单元重340t，提升高度分别为21.5,15m。为避免与观众看台区台阶碰撞，其中A单元3榀桁架下弦底面通过下方拼装胎架抬高至-0.850m标高以上，利用10个柱顶液压提升器同步提升到位;B单元2榀桁架及主桁架之间次梁在下方观众看台区进行整体拼装，2榀桁架下弦底面通过下方拼装胎架抬高至4.075m标高以上。○M，○L轴桁架及主桁架之间次梁主要通过在3,4层楼面设置格构式支撑架进行原位拼装，最后进行高空补杆。本文仅介绍A单元液压同步整体提升技术。

　　3 整体提升数值模拟

　　大跨度混合钢结构施工稳定性受边界条件、力学形态和结构体系影响，是一个随施工阶段的推移而非线性动态变化过程。

　　根据对多个大跨度钢结构施工安全事故的原因分析，安全事故大多是未准确地对结构在施工过程中的时变工况体系进行数值模拟计算。针对F演播厅项目特点，利用MIDAS/Gen有限元软件进行施工过程数值模拟分析，定量分析组合结构最大竖向位移、杆件最大应力比、提升反力架及主体结构整体稳定性。

　　为保证钢桁架液压提升实施的可行性及安全性，根据吊点布置，对钢桁架进行整体建模分析，了解结构在多工况下内力及应变情况，并计算各提升吊点反力值，复核液压提升设备组合，验算各模块构件稳定性。

　　3.1 桁架整体提升模拟

　　1)工况1桁架整体提升过程(见图3)。

　　图3 工况1计算云图  

　　2)工况2桁架整体提升至设计标高，进行高空补杆及与周边钢立柱连接(见图4)。

　　图4 工况2计算云图  

　　3)工况3拆除整体提升过程中的加固杆件(见图5)。

　　图5 工况3计算云图  

　　4)工况4拆除提升器装置(见图6，即卸载)。

　　图6 工况4计算云图  

　　由图3～6可知，A提升单元各工况下组合结构最大竖向位移为15.7mm，桁架跨度为50.4m，挠跨比为15.7/50 400=1/3 210，提升过程最大杆件应力比为0.16，满足钢结构设计及施工规范要求，则单元整体提升过程安全可靠。

　　3.2 整体提升工装模拟

　　F演播厅大跨度桁架和钢梁混合结构每个提升架上设置1个提升点，共14个，提升点均设在桁架上弦杆上。数值模拟计算云图如图7所示。

　　图7 数值模拟计算云图  

　　由图7可知，提升工装杆件最大应力比为0.72，大部分杆件应力比为0.20左右;最大竖向位移为-8.76mm，最大侧向位移为10.20mm，为满足提升过程中侧向位移的要求，三角反力架安装时向侧向变形反方向预调12mm。各构件变形和受力均满足整体提升作业相关要求。

　　4 液压同步整体提升施工技术

　　4.1 液压同步整体提升系统

　　液压同步整体提升系统由承重系统、动力系统和计算机控制系统组成。该系统结合了机械、电气和计算机控制等多学科，并结合了现有施工技术、管理体系，从而实现超重、超大型结构件整体提升。

　　施工过程中采用穿芯式结构液压提升器作为提升机具，以柔性钢绞线作为承重索具。通过钢绞线与设置在拼装胎架待整体提升部分的下吊点连接，通过提升器的伸缸与缩缸逐步将钢结构提升至设计标高，最后对口焊接、高空安装补杆。提升全过程采用行程及位移传感器监测和计算机控制，通过数据反馈和控制指令传递，全自动实现一定的同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等。

　　4.2 同步提升控制

　　由于F演播厅组合钢结构屋盖下弦底标高不统一、高差较大且离散，从而导致提升设备油管长度不一，出油口至提升器间油压下降不一致，易导致提升过程位移不同步。因此，在每个液压提升器上分别设置位移传感器和压力传感器，传感器实时采集数据并传送给计算机，监控计算机分析并显示结果，主控计算机根据分析结果调整被提升屋盖结构姿态。通过控制、改变减压阀供油压力实现每条油路油量重新分配，以达到同步提升的效果。

　　4.3 提升点设置

　　根据F演播厅屋盖数值分析结果，在大跨度桁架东西侧及井字形组合结构的北向各桁架上弦杆均设置提升点，共14个。各提升点设备选型及参数如表1所示。

　　表1 液压提升设备选型及参数 

　　表1 液压提升设备选型及参数

　　4.4 整体提升作业

　　1)整体预提升以屋盖数值模拟的各提升点反力值为依据，对结构单元进行分级加载(试提升)，各吊点处的液压提升系统伸缸压力应缓慢分级增加，依次为20%,40%,60%,80%;在确认各提升点无异常情况下，继续加载至90%,95%,100%，直至结构全部脱离楼面拼装胎架。

　　2)离地检查屋盖结构提升离开拼装胎架0.2m后，锁定设备，空中停留做全面检查(包括吊点结构、承重体系和提升设备等)，并形成书面检查报告。确保各项检查无误后，再进行正式整体提升。

　　3)姿态检测调整使用全站仪检测各提升点离地高度，计算各提升点相对高差。通过液压同步整体提升系统调整各提升点标高，使屋盖结构保持水平姿态。

　　4)同步整体提升以调整后的各提升点标高为新的起始标高位置，复位位移传感器。在结构提升过程中，保持水平姿态提升至设计标高附近。因空中姿态调整和杆件高空对接等需进行高度微调，对整个液压提升系统中各吊点的液压提升器进行同步微调(上升或下降)，或对单台液压提升器进行微调。屋盖整体同步提升现场如图8所示。

　　图8 屋盖整体同步提升现场  

　　4.5 整体提升就位

　　屋盖结构提升至设计标高后暂停，各提升点微调使桁架各层弦杆精确提升至设计位置，液压同步整体提升系统设备暂停工作，保持结构单元空中姿态，各层杆件与牛腿对口焊接固定，形成稳定受力体系。

　　液压同步整体提升系统设备同步卸载至钢绞线完全松弛，进行结构后续高空安装，拆除液压同步整体提升系统设备及相应临时加固措施，完成屋盖结构单元提升安装。

　　5 施工监测

　　为确保屋盖桁架提升的安全性与同步提升数值计算的科学性，在主桁架下弦底部设置18个监测点，平面布置如图9所示。主要监测屋盖在提升过程、立柱连接(含高空补杆)及卸载后的位移变化值，其中部分竖向位移监测值如表2所示。由表2可知，施工现场监测值与结构有限元软件计算值最大差异为0.44mm，在A2测点处，各监测点位移误差均满足钢结构设计及施工相关技术要求。由此可知，屋盖结构提升全过程中结构有限元软件模拟位移值与实际值耦合程度较高，对于实际施工具有科学的指导意义。

　　表2 液压提升屋盖竖向位移 

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　　表2 液压提升屋盖竖向位移

　　图9 屋盖桁架监测点平面布置 

　　6 结语

　　大跨度钢结构屋盖液压同步整体提升施工技术融合施工力学、计算机控制、液压提升等多方向技术体系，结合现代施工工艺，实现了大跨度、超重型构件的高空整体提升。