筒仓库顶钢结构滑模整体提升施工技术
董富强,梁复,李莉,苑惠玉(河北省第四建筑工程公司第五分公司,石家庄050051)
【摘要】库顶钢结构滑模整体提升施工技术是将库顶钢结构
在操作平台上组装焊接,利用滑模设备,将重达百余吨的库顶钢结构整体滑升至筒仓库顶部的施工工艺。施工前根据滑模装置和库顶钢结构的荷载计算其所需的千斤顶数量,并根据受力均衡的原则布置支撑杆和千斤顶。滑模滑升过程中控制操作平台的水平度,并作滑模偏移、扭转校正,保证钢结构整体变形量符合规范要求。通过工程实例证明,应用此工艺可加快施工速度,确保工程质量。
【关键词】钢结构;滑模;整体提升
【中图分类号】TU758.1【文献标志码】B
库顶钢结构滑模整体提升法是在滑模设备滑升前将库顶钢结构在操作平台上组装焊接，通过详细的施工策划和科学的计算，利用滑模设备，将重达百余吨的库顶钢结构整体滑升至筒仓库顶部。此工艺与传统的库顶钢结构吊装施工方法相比，大大减少高空作业量，且减少了库内满堂架子，从而可降低施工难度，保证施工安全，确保施工质量，缩短施工工期。
1滑模体系设计
1.1滑模体系组成
1）滑模体系主要有模板系统、操作平台系统、液压系统，以及施工精度控制系统和水电配套系统、防雷系统等部分组成（见图1）。
1.2滑模装置的总体设计
1.2.1滑模设计的主要内容
1）绘制滑模初滑结构平面图。
2）确定模板、围圈、提升架及操作平台的布置，进行各类部件和节点设计，提出规格和数量。
3）确定滑模体系千斤顶、库顶钢结构千斤顶、油路及液压控制台的布置。
4）确定施工精度控制措施，提出设备仪器的规格数。
5）绘制滑模装置的组装图，提出材料、设备、构件一览表。
1.2.2滑模装置设计荷载项目及其取值
1）操作平台上的施工荷载标准值（含施工人员、工具和备用材料）。
设计铺设平台铺板及檩条时，2.5kN/m²；
设计平台桁架时，2.0kN/m²；
设计围圈及提升架时，1.5kN/m²；
计算支承杆数量时，1.5kN/m²。
平台临时集中存放材料，放置手推车、吊罐、液压操作台、电气焊等设备时，应按实际重量计算荷载。
脚手架的设计荷载(包括自重和有效荷载)按实际重量计算，且不得低于1.8kN/m²。
2）库顶钢结构荷载：根据设计图纸计算。
3）模板和混凝土的摩阻力标准值。根据试验结果，实测摩阻力值见表1。
根据实测结果，摩阻力取1.5kN/m²～3.0kN/m²，是适宜的。计算时，可根据预计混凝土在模板内滞留时间取值。施工中因故停滑时，必须采取停滑措施。
4）操作平台上设备的垂直运输设备运转时的额定附加荷载，包括：垂直运输设备的起重量及柔性滑道的张紧力等，按实际荷载计算。
垂直运输设备制动是刹车力，按下式计算：
W=(VA/g+1)Q=KdQ
式中，W为刹车时产生的荷载，N；VA为刹车时产生的制动减速度，m/s²；g为重力加速度，9.8m/s²；Q为料罐总重量，N；Kd为动力荷载系数，Kd值在1.1～2.0之间。其中，VA值与安全卡的制动灵敏度有关，其数值应根据不同的传力零件和支承结构对象按经验确定，为防止因刹车过急对平台产生过大荷载，VA一般取g值的1倍～2倍。
5）当采用料斗向平台直接卸混凝土时，混凝土对平台卸料产生的集中荷载按实际情况确定，其不应低于下式计算的标准值W：
W=γ[(h0+h)A+B（]kN）
式中，γ为混凝土的重力密度，kN/m³；h0为料斗内混凝土上表面至料斗口的最大高度，m；h为卸料时料斗口至平台卸料点的最大高度，m；A为卸料口的面积，m²；B为卸料口下方可能堆放的最大混凝土量，m³。
6）千斤顶数量的确定。液压提升系统所需的千斤顶和支承杆的最小数量可按下式计算：
n=N/P
式中，P为单个千斤顶的计算承载力，kN，取支承杆允许承载力或千斤顶的允许承载能力(为千斤顶的额定承载能力的二分之一)，两者取其中较小者;N为总垂直荷载，kN。荷载取值见表2。
根据滑模装置千斤顶数量的计算，环向布置千斤顶；根据库顶钢结构所需千斤顶数量的计算及库顶钢结构辐射梁的数量，布置钢结构顶升千斤顶的位置。
7）支承杆允许承载力的计算
支承杆采用φ48mm×3.5mm钢管
允许支撑力P0=α•f•φ•An
式中，P0为支承杆允许承载力,kN；α为工作条件系数，取0.7；f为支承杆钢材强度设计值，取20kN/cm²；An为支承杆的截面积，为4.89cm²；φ为轴心受压杆件的稳定系数，计算出干的长细比λ值，查现行《钢结构设计规范》附表得到φ。
λ=(μ•L1)/r
式中，μ为长度系数，对φ48mm×3.5cm钢管支承杆，μ=0.75；r为回转半径，对φ48mm×3.5mm钢管支承杆，r=1.58cm；L1为支承杆计算长度，cm。
滑模系统组装后浇筑混凝土前支承杆的脱空长度库顶部环梁处滑模需空滑式支承杆的脱空长度，两者之最大值作为计算值。
8）筒仓内部设辐射拉杆，抵抗库顶钢结构支座所产生的水平推力。
9）布置原则：①支承杆、千斤顶的布置应使千斤顶受力均衡，筒壁结构宜沿筒壁均匀布置；库顶钢结构辐射梁处增加的千斤顶应与滑模装置千斤顶同时顶升。千斤顶实际布置数不少于计算数量，可根据间距要求进行调整，一般不大于1000mm。②提升架的布置应与千斤顶、支承杆的位置、数量相适应，且应满足千斤顶、支承杆允许承载力和模板及围圈的刚度要求。③操作平台结构必须保证足够的强度、刚度和稳定性；等截面筒壁结构可采用桁架、小梁、型钢、钢管和支撑等组成操作平台。
2滑模系统的组装
2.1组装工艺流程
确定安装高度、弹出控制线→安装提升架→安装围檩→绑扎竖向钢筋和提升架横梁以下钢筋→安装模板→安装操作平台→安装液压提升系统→安装支承杆→安装筒仓中心圆盘及拉筋→安装吊脚手架→垂直运输系统及水、电供应系统、避雷系统。
2.2组装方法
1）滑模组装前应做好各组部件编号、操作平台标记、弹出组装线及各种控制线。
2）安装提升架，应使所有提升架的标高满足操作平台的要求，提升架的横梁与立柱必须刚性连接，两者的轴线应在同一平面，在使用荷载作用下立柱的侧向变形应不大于2mm,提升架横梁至模板顶部的净高不宜小于500mm。
3）安装内外围檩,调整其位置，使其满足模板倾斜度正确和对称的要求，在每侧模板的背后，按建筑物所需的结构形状，通常设置上下各一道闭合式围檩，其间距一般为450mm～750mm,围檩应有一定的刚度和强度。
4）安装模板。模板上口小，下口大，单面倾斜度宜为模板高度的0.1%～0.3%，模板上口以下2/3模板高度处的净间距应与结构设计面等宽。按先内模、后外模进行安装，内外模采用1.2m高的组合钢模板，模板与模板之间用U形卡子连接，模板与围圈用伞形卡和12#铁丝连接。
5）内操作平台通常由承重桁架(或梁)与平台铺板组成，承重桁架(或梁)的两端可制成于提升架的立柱上，也可通过托架支撑于上下围檩上；外操作平台通常由支撑于提升架外立柱的三角挑架与平台铺板组成，平台外侧应设置防护栏杆，并在操作平台底部满挂安全网。
6）安装液压千斤顶，使之与提升架横梁固定；安装液压操作台、油路。安装完毕后，应进行试运转，首先进行充油排气，然后加压至12N/mm²,每次持压5min，重复3次，各密封处应无渗漏，全面检查待各部分工作正常后，插入支承杆。
7）支承杆采用焊接，一般在液压千斤顶上升到接近支承杆顶部时进行，接口处倘若有偏斜或凸疤，可采用手提式砂轮机处理平整，使其能顺利通过千斤顶孔道。
8）安装筒仓中心圆盘及拉筋，检查、调整筒仓模板的圆度、整体性,确保筒仓模板牢固，保证混凝土的浇筑质量。
9）安装内外吊脚手架及挂安全网，吊脚手架高度2m、宽度1m，吊脚手架之间用钢管连接，形成整体；当在地面组装滑模装置时，应待滑模升至适当高度后，再安装内外吊脚手架和挂安全网。
10）按照施工组织设计要求，安装垂直运输系统及水、电供应系统、避雷系统。
3 滑模系统提升
3.1滑升前的检查
模板滑升是一个系统工程，滑升前应充分做好准备工作，检查技术上、安全上、质量上是否满足要求，人员组织是否完备，材料供应是否确保，水电是否正常等等，确认有把握时方可下达混凝土浇筑令。
3.2初升
混凝土浇筑时，应按正、反向循环浇筑振捣，3h～6h后开始试提升，提升2个～4个行程，模板的初次滑升，在模板内混凝土浇筑高度至模板上口，以及第一层浇筑的混凝土强度达到0.1MPa～0.3MPa时进行。
开始滑升前，必须先进行试滑升，试滑升时，应将全部千斤顶同时升起5cm～10cm，观察混凝土出模强度，符合要求即可将模板滑升到200mm高，对所有提升设备和模板系统进行全面检查。修整后，可转入正常滑升，正常混凝土脱模强度宜控制在0.1MPa～0.3MPa。
试滑时，还应检查抵抗钢结构支座处水平推力的拉杆是否满足受力要求，滑模体系是否变形。
3.3正常滑升
当初滑以后，即可按计划的正常班次和流水分段、分层浇筑，分层滑升。正常滑升时，两次滑升之间的时间间隔，以提供的混凝土达到0.1MPa～0.3MPa立方体强度的时间来确定，一般控制在1.5h左右，根据经验，出模混凝土以按上去稍有手印为宜。
混凝土浇筑遵循分层、交圈、变换方向的原则，分层交圈即按每20cm分层闭合浇筑，防止出模混凝土强度差异大，摩阻力差异大，导致平台不能水平上升。变换方向，即各分层混凝土应按顺时针、逆时针变换循环浇筑，以免模板长期受同一方向的力发生扭转。平台上堆载应均匀、分散。滑升过程中，操作平台应保持水平，千斤顶的相对高差不得大于50mm，相邻两个千斤顶的升差不得大于25mm。如果超过允许值，应及时检查各系统的工作情况以及混凝土出模强度，并及时找出原因，采取有效措施予以排除。
3.4垂直度、扭转度应以预防为主,纠正为辅
保持平台水平上升一般就能保证结构竖直。在模板开始滑升前用水准仪对整个平台及千斤顶的高程进行测量校平，在支承杆上按每20cm划线、抄平，用限位器按支承杆上的水平线控制整个平台水平上升。应勤抄平、勤调平，如局部经常与其它部位不同步，应尽早查明原因，排除故障。
滑模施工每滑升一次作一次偏移、扭转校正，发现控制偏移、扭转的线锤偏差大于规范要求(一般只要有偏差)即进行纠偏、纠扭。纠偏、纠扭遵循勤纠正、小幅度纠正的原则。
采用平台倾斜法纠偏达到纠偏目的，适当提高偏移一侧千斤顶的滑升使平台倾斜得以纠正，纠正偏差后正常滑升。
平台扭转采用牵拉法，沿周边均布16个点(提升架位置)用手拉葫芦与扭转方向反向牵拉，平台提升时达到反向纠扭。
3.5停滑
1)当施工需要或特殊情况必须停滑时，每隔0.5h～1.0h提升1个～2个行程，至模板与混凝土不再黏结(大约4h)，第二天再提升一个行程。
2)停工时必须设置施工缝，以便继续浇筑时，新旧混凝土有良好的黏结，施工缝的设置位置按规定要求。
因停滑造成的施工缝，应清理干净，凿除松动石子和浮碴，并用水冲洗干净，再次浇筑时，应按配合比减半石子的混凝土浇筑一层(20cm)后，再继续按原配合比浇筑。
3.6末升
当模板滑升到距顶标高20m左右时，即应放慢滑升速度，并进行准确的抄平和找正工作。整个模板的抄平、找正，应在滑升到最后一个行程以前作好，以便顶部间均匀地交圈，保证顶部标高及位置的正确。
混凝土全部浇筑结束后，应及时卸去平台上所能卸去的荷载，并按正常滑升时间继续提升模板。
3.7仓壁处理
筒仓内、外壁随滑随压实，同时浇水养护。须随时备有充足抹灰工，以抹子清除升模痕迹及其他不均匀处，使墙体全部平整美观。
3.8施工纪录
采用专用滑模记录表形式进行滑模施工各项控制，包括滑模时的一切日常事件、该班滑升速率及预埋件、水平钢筋使用数量、混凝土试验记录、校正水平及垂直记录、天气情况（如气温及雨量）等。
此工艺在河南瑞平石龙有限公司水泥生产线熟料库工程应用后，经计算，共计节成本约8万元，缩短工期20d，工程质量和施工速度得到了业主的高度评价，提高了我公司在水泥厂施工行业的信誉。
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