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北京某图书馆钢结构万吨整体提升施工技术介绍
北京**图书馆工程采用巨型钢桁架结构体系，依据工程结构特点，确定了“地面拼装、整体提升”的总体施工方案，通过计算、分析、优化，最终确定共布置28个提升吊点，采用提升油缸、适当提高安全系数以及位置同步与载荷分配相结合等控制措施应对提升施工中的难点，确保了提升施工安全顺利完成，达到了预期目的。
1施工概况
北京**图书馆二期暨数字化图书馆工程，采用了巨型钢桁架体系，钢结构体型巨大，单个杆件重量大，空中组拼难度较大。经多种施工方案分析比较，工程总体施工方案选用逆作法施工，先施工临时支撑桩及拼装平台基础，进行钢结构地面拼装，四层至顶层钢结构地面拼装完成后，再进行土方开挖，施工地下三层结构，见图2。钢结构采用了“地面拼装，整体提升”的施工方案．利用结构体系中的6个钢筋混凝土核心筒作为主要提升承力结构。为缓解施工进度压力，钢结构的l0榀桁架以及主悬臂梁、主连系梁等主要构件在地面拼装完成以后进行整体提升，次梁及五层结构在整体提升完毕以后，混凝土结构施工期间在空中穿插散拼。最终确定整体提升重量约为l0388t。整体提升后安装焊接劲型柱和Y形支撑，再整体下降与Y形支撑对接卸载，形成主体结构。
钢结构工程“地面拼装，整体提升”的施工方案是此工程施工组织的主线，由此确定了其他结构分项施工方式，用一系列施工方案配合总体方案的实现。工程主要施工流程如图3所示。
2提升施工特点、难点分析及应对措施
2．1提升吊点的确定
整体提升重量重，需提升的结构面积大，钢结构构造复杂，杆件刚度差异较大，合理布置提升吊点，确保提升施工安全和被提升构件应力和变形在规范允许范围内，是提升施工方案的重中之重。
应对措施：
应用计算机有限元计算分析软件，顺序模拟提升旆工各工况，结合工程设计状况通过计算分析，使结构应力比在0．5以下，而确定了最佳提升吊点位置和提升吊点所需提升力。通过计算、分析、优化，最终确定共布置28个提升吊点。

2．2提升重量重。提升结构面积大。安全性要求高
提升重量10388t，在国内外以前的工程中前所未有，提升钢结构的平面尺寸为116m×l06m。约12300m2。面积巨大。
应对措旆：
(1)多使用提升油缸，在28个提升吊点上，共布置64台提升油缸，其中44台350t提升油缸。2O台200t提升油缸；选用控制系统具有较强的控制能力，可以控制64台提升油缸和18台液压泵站的协调动作。
(2)适当提高安全系数，64台提升油缸总体提升能力为19400t，提升油缸的整体安全储备系数为1．86。钢绞线的安全系数为4．42。
2．3同一提升平台上各点的载荷在提升过程中波动较大
在同一核心筒上，各吊点之间的距离近，结构刚度大，对位置同步控制极其敏感。只要位置稍有误差，各点的负载将重新分配而发生较大的波动，可能引起结构的不安全。

应对措施：
(1)采用位置同步与载荷分配相结合的控制策略，在计算机控制系统软件设计时，在每个核心筒各吊点之间采取负载分配同步控制策略，使提升结构在每个核心筒位置上各吊点的负载与理论计算基本一致。
(2)在每个提升吊点，选用高精度的压力传感器，测量精度在干分之五内。
(3)使用高精度的计算机控制系统。
2．4同步控制要求精度高
在提升过程中，各吊点之间的同步误差要求控制在10mm内，同时，同一核心筒上各吊点的载荷要控制在与理论计算基本一致的范围内。
应对措施：
(1)采用位置同步控制策略。在计算机控制系统软件设计时，将6个核心筒提升吊点之间采取位置同步控制策略，同步误差控制在±5mm之内，使提升结构的位置保证同步。
(2)在测量钢结构位置时，使用20m长距离传感器，测量精度可达0．25mm。
(3)提升液压系统选用同步调节精度高的进口比例阀进行提升速度的控制。
2．5整体下放600mml距离长。下放就位精度高
根据施工工艺，在结构就位前，需要将结构整体下放600mm。
整体提升是主动加载过程。整体下放是被动加载过程，一旦下放同步控制不好，将造成某点的负载超载而引起结构破坏；因此整体下放比整体提升难度更大，危险性更高。10388t结构、28个吊点和64台油缸整体下放，在国内外还从未有先例。就位前的整体下放卸载。是提升施工成功与否的关键所在。
应对措施：
(1)采取位置同步与载荷分配相结合的控制策略。在控制系统中，采取位置同步与负载分配相结合的控制策略，以确保整体下放过程中各点之间的位置同步和载荷合理分配。
(2)使用高精度的长行程传感器和压力传感器分别测量钢结构位置和各点的载荷。
(3)在提升油缸上，安装节流阀，控制提升油缸的缩缸速度，防止提升油缸失控，保证同步；安装溢流阀，控制提升油缸的负载，防止提升油缸超载。

(4)使用高精度、控制能力强的计算机控制系统。
2．6空中悬停时间长
钢结构提升到位后，需要在空中悬停60多d，在完成劲型柱和Y形支撑的安装施工后，整体下放就位。
应对措施：
(1)机械锁定：将负载转换到下锚上，提升油缸进入安全行程，锁定上锚；另外在提升油缸下部增设了安全锚，确保安全。
(2)防风措施：结构悬停期间核心简与桁架之间安装木楔，防止因风载产生晃动。
(3)悬停期间所有施工电焊机双线到位，防止电弧损伤提升钢绞线。
2．7钢结构在提升过程中与核心筒间距近
钢结构在提升过程中，其桁架与核心筒之间的平均间距仅5cm；要求提升设备的安装需保证较高的定位精度。
应对措施：
首先依据吊点隔板实际位置安装提升平台提升油缸埋件．然后根据埋件实际位置向下投点定位提升吊耳位置，确保提升地锚支架和提升油缸安装时的定位准确，二者的垂线误差控制在5cm范围内。
控制整体提升速度，避免提升结构晃动撞击塔架。同时特别布置安装了提升导向装置作为辅助措施，确保提升顺利。
3提升施工总体部署
通过系统的理论计算分析，再经多方反复论证，确定了钢结构提升以核心简为主要提升承力结构，提升吊点确定在钢结构主桁架上弦杆件的节点处。由于TG一3、TG一4轴桁架，重心超出核心筒范围，在这两个桁架端部对称增设提升钢门式塔架用以辅助提升。钢结构提升吊点共计28个，经理论分析计算各提升吊点反力和提升油缸布置如表1所示。
表1中反力是指理论分析软件建模简化计算时统计出的提升重量，再加上提升吊耳、施工载荷、焊缝及高强螺栓等重量，总提升重量为10388t。

4提升控制方案
结合理论计算结果分析，确定了提升施工计算机同步提升控制方案。提升过程中采用了以下两种方案。
4．1动作同步控制方案
整套提升系统中配备18台液压泵站和64台提升油缸，在同步提升控制方案中，编制了动作同步控制程序，实现多台泵站和油缸的同步协调动作。
4．2位置同步和载荷分配相结合的控制方案根据工程的实际情况，在同步提升过程中，需要实现的理想控制目标如下。

(1)位置同步：28个提升吊点，各点之间实现位置同步控制，同步误差小于10mm。
(2)载荷恰当分配：在同一核心筒上的吊点在提升过程中，各点的实际载荷分配与理论计算载荷基本一致。
在这种控制策略中，某些吊点的控制采取位置同步控制策略，而其余吊点采取载荷按一定规律分配的控制策略。
控制方案详细说明如下。

(1)在全部28个提升吊点中，核心简1、3、4和6上的提升点D和提升点B共8个吊点以及核心简2和5上的E、F、G、G共8个吊点，总共16个吊点采取位置同步控制措施；其中以核心简4上的提升点D为主令点，其余为跟随点。
(2)其余12个提升吊点采取载荷分配控制策略：

(3)在进行载荷分配控制时，各点之间载荷比例关系的确定，以试提升结构离地调平后的实际载荷为依据进行调整；
(4)位置同步控制精度在±5mm内，载荷分配控制精度在5％之内。
5核心筒结构及提升平台施工
工程主体混凝土结构的施工以±0．0m为界分为两个阶段：±0．0m以下完全按设计图纸施工：±0．0m以上只进行核心简简体施工，其余结构待提升完成后再行施工。
正式结构的核心筒高度不能满足提升要求，在核心筒顶部增加提升平台，满足提升高度要求，提升平台高6．3m，混凝土结构，局部增设钢骨提高强度。
在提升平台提升油缸固定埋件埋设时，首先对钢结构提升吊点区域进行板材探伤．确保吊点区域板材无夹层、夹渣等轧制缺陷，再利用超声波探伤仪直探头进行箱形梁吊点构造隔板准确位置的标定．由构造隔板准确位置利用激光铅锤仪向上投点来确定提升油缸埋件的准确中心线，安装和验收埋件，埋件的垂直度利用磁力线坠调整。通过以上措施，最终检查24组提升油缸埋件中心偏差绝大部分在5mm范围内，垂直度偏差4mm，达到了提升施工需要。
6提升施工
北京**图书馆钢结构整体提升距离为15．65m，超过设计标高600mm，以便安装Y形支撑，钢结构整体提升施工共分为六个过程：试提升过程、正式提升过程、空中悬停阶段、整体下降过程、部分卸载过程、最终卸载过程。
6．1提升应力监测

在试提升和正式提升过程中进行了钢结构应力时时监测，钢桁架上布置了24个应变测试点，提升吊耳上布置了12个应变测试点，总共布置了36点，对钢结构提升受力时的应力进行测试，与理论分析计算进行比较，调整提升施工控制，使提升过程中结构受力始终在允许范围内。另外应力监测对试提升逐级加载也起到了指导作用，每级加载通过应力反映稳定后才进行下级加载，使提升加载过程安全可靠。
6．2试提升
试提升包括提升试验和下降试验两部分，是对整个提升施工系统的实际工作质量状态、理论计算分析准确性的最终检验。试提升采用逐步加载过程，也是对系统内难以检查的结构部分(包括钢结构主体、提升吊耳、提升塔架、提升平台等)的测试，它的成功与否直接关系提升施工安全顺利与否，所以试提升阶段检查工作非常重要，是整个提升施工的关键工序。
试提升使结构脱离拼装胎架，提升300mm，下降150mm，通过提升和下降动作试验，充分检验提升系统，细部调整控制参数符合要求后，悬停72h，对钢结构、提升平台、提升塔架、核心筒进行检查，特别是对提升吊耳进行了重新探伤。
6．3正式提升
提升施工期间，由一台计算机控制全部提升设备动作，通过动作同步和位置与载荷同步两个控制回路共同作用，满足提升施工质量要求。
6．4空中悬停
提升到位后锁紧油缸下锚，将载荷转移到下锚使油缸下部结构受力，液压系统不再受力，上锚再次锁紧为安全提供二次保障。钢结构与六个核心筒间在上下弦杆位置利用木楔楔紧。对钢结构水平固定，保持在原轴线位置。开始安装劲型柱和Y形支撑。
6．5整体下降
Y形支撑安装完成后，开始下降，将结构整体降至设计标高。与Y形支撑上口对接。
6．6卸载
钢结构卸载过程是指由提升系统受力向正式结构自身受力逐渐转化的过程，
卸载实施的成败直接关系到整体结构的安全，是整个工程施工质量的最终检验。Y形支撑上口焊接完成后，进行下口焊接和提升系统卸载，由于提升油缸下锚开启需将结构提升20mm，提升剩余钢绞线只有6．3m，靠钢绞线剩余的弹性变形无法将下锚开启，这就需要卸载过程分为两步进行。
具体计算如下。
(1)350t提升油缸下锚开启设定为350t，钢绞线总计弹性伸长量为：

钢结构提升系统卸载工艺流程如下：
钢结构整体下降→Y形支撑上口焊接→HJ一4立柱焊接、Y形支撑H型钢连梁焊接→卸载滑靴下段焊接→提升载荷调平下降→焊接滑靴上段→提升设备卸载4O％→正式焊接Y形支撑下口→提升设备逐级卸载。
提升设备卸载步骤：首先进行40％卸载，提升设备所卸载荷由该滑靴板焊缝承受。部分卸载后锁紧油缸锚具立即进行Y形支撑下口的焊接，焊接期间该滑靴板不能拆除，焊接完成后，再利用提升钢绞线剩余弹性变形将提升油缸下锚开启，进行油压控制的钢结构单点分级卸载，卸载比例为20％、20％、10％、10％。卸载完成后拆除提升设备。
7结语
通过系统细致地理论计算与分析，科学地安排施工，对提升过程遇到的问题，从理论上分析原因，提出处理方案，调整施工细节，确保了提升施工安全顺利完成。最终测量结果是：提升后钢结构水平位移在3mm范围内，结构标高误差小于10mm，提升卸载时吊点载荷与理论计算值偏差在9％范围内；达到了预期目的。
在工程钢结构提升施工方案编制及实施阶段，多位钢结构专家多次现场指导，提出宝贵意见，在此一并感谢。