大型高空鋼結(jié)構(gòu)提升架的設(shè)計及應(yīng)用

1、大型高空鋼結(jié)構(gòu)提升架的設(shè)計及應(yīng)用季磊 邱欣（通州建總集團(tuán)有限公司 226300） 摘 要：根據(jù)結(jié)構(gòu)形式和現(xiàn)場條件，提升施工的提升架一般分為懸挑式和門式提升架。結(jié)合富都國際大酒店空中連廊的結(jié)構(gòu)特點，介紹了對三角形格構(gòu)式提升架的設(shè)計思路、提升架的形式及提升架設(shè)計方法等。建立提升架計算模型，結(jié)果表明提升架頂端變形滿足規(guī)范要求。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu) 提升架 設(shè)計計算1.工程概況南通富都國際大酒店工程位于南通市通州經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)通呂運河南側(cè)、世紀(jì)大道東側(cè)、文昌路北側(cè)，主要功能有酒店、餐飲、宴會廳、商業(yè)、會議室以及地下一層停車庫和人防用房（人防區(qū)域平時為地下停車庫和設(shè)備用房，戰(zhàn)時為二等人員隱蔽部和物資庫。工程基地用

2、地面積為33330平方米，總建筑面積為90863.01平方米，其中地面以上的容積率建筑面積為66376.41平方米，地下建筑面積為24243.03平方米。本工程由兩棟塔樓（酒店塔樓A、酒店塔樓B）組成，并通過一個四層高的裙房連接成一個整體。塔樓A和塔樓B在第15層由一個兩層通高的鋼結(jié)構(gòu)觀光通廊連接。酒店塔樓A地上18層，結(jié)構(gòu)主屋面高度74.40m，屋頂架構(gòu)總高度80.30m；酒店塔樓B地上17層，結(jié)構(gòu)主屋面高度70.40m，屋面架構(gòu)總高度76.30m；觀光鋼結(jié)構(gòu)通廊共四層，結(jié)構(gòu)標(biāo)高分別是+58.180、66.180、74.180及76.180米。鋼結(jié)構(gòu)采用H型鋼及鋼管。2.工程的特點、難點及設(shè)

3、計思路本工程鋼結(jié)構(gòu)特點設(shè)計比較新穎，造型美觀，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。難點在于空中鋼結(jié)構(gòu)連廊整體提升部分重達(dá)60T，現(xiàn)場的塔吊根本吊不動。桿件種類較多，采用什么方法吊裝是本工程要解決的難點。設(shè)計思路：經(jīng)項目的大家的思考開始是想運用人字架提升鋼結(jié)構(gòu)整體提升部分，后來經(jīng)過專家的論證人字架的強度和安全性不是很高，最后我們考慮全部使用三角提升結(jié)合卷揚機的施工方法進(jìn)行施工。3.提升架的構(gòu)造及平面布置3.1提升架詳圖3.2提升架的安裝（1）構(gòu)件進(jìn)場后，利用塔吊，將構(gòu)件用鋼絲繩綁扎牢固后，緩慢運至20層樓面。由于構(gòu)件整體重量達(dá)到3T，超過塔吊最大起重重量，因此采用分段吊裝的方法進(jìn)行。（2）首先吊裝工廠制作部分，掛鋼絲

4、繩，使鋼絲繩在吊鉤上不相互傾軋?？ōh(huán)使用正確，與鋼絲接觸的部位為銷軸與圓弧形部分。在架體對角及橫杠上綁攬風(fēng)繩。（3）緩慢起吊至架體離開支座約0.2m，停車約3分鐘進(jìn)行檢查，檢查架體是否水平，鋼絲繩是否打攪、扭結(jié)、受力不均等異常現(xiàn)象，卡環(huán)應(yīng)無變形，不會打滑。如有異常應(yīng)采取相應(yīng)措施排除異常后再進(jìn)行吊裝。（4）檢查完畢起吊，提升至約79 m標(biāo)高時，旋轉(zhuǎn)使架體就位，同時調(diào)整纜風(fēng)繩，使架體垂直后固定好纜風(fēng)繩，開始焊接，焊接完成后，緩慢松鉤，檢查架體是否有變形傾覆現(xiàn)場。緊接著進(jìn)行現(xiàn)場制作部分的安裝。（5）以同樣的方法吊裝其它三榀架體。（6）待四榀提升架體安裝到位后，進(jìn)行提升架之間的型鋼焊接。保持提升架受力

5、后不扭曲變形。（7）型鋼焊接過程中，操作人員到前端的行走過程，始終有安全帶掛在提升架上，所有操作人員應(yīng)佩戴雙鉤安全帶，行走時始終保持有一個掛鉤掛在提升架上。3.3提升架的平面布置本工程共設(shè)置八個提升架，分別安裝在兩塔樓的頂端，平面布置圖如下：每個提升架的起重量按300KN設(shè)計。提升架平面布置圖4.提升架的應(yīng)用4.1配套機具的選用（1）卷揚機是本工程提升設(shè)備的主要動力設(shè)備，為保證提升過程的同步，8臺卷揚機必須采用同一規(guī)格、同一型號的卷揚機。卷揚機的額定牽引力為100KN，卷筒容納鋼絲繩長度270米（鋼絲繩的實際長度要大于該值，視其放置位置而定）。（2）本工程使用的滑輪組均為二門（定滑輪及動滑輪均

6、為二個滑輪），額定起重量為300KN。通過滑輪組走三線，100KN卷揚機實際牽引力可接近300KN。（3）選擇四條起重能力28鋼絲繩（4）提升架內(nèi)側(cè)支座（8個）安裝在1-13、1-20軸與1-B、1-C、1-D、1-F軸相交出的混凝土柱頂端。從支座至各吊點的距離L各異，見下表；（5）外側(cè)支座（8個）分別安裝在1-11、1-22軸與1-B、1-C、1-D、1-F軸相交處的靠近混凝土柱的梁上。具體做法見下圖：外側(cè)支座埋件平面圖外側(cè)埋件剖面圖4.2提升架的使用提升整體吊裝部分的鋼結(jié)構(gòu)由于重達(dá)60T，開始時利用8臺卷揚機同時工作，當(dāng)提升到一定高度時利用四臺在軸線位置的卷揚機進(jìn)行工作，緩慢的吊裝。5.提

7、升架的設(shè)計計算5.1、計算簡圖 計算簡圖 (圓表示支座，數(shù)字為節(jié)點號) 節(jié)點編號圖 單元編號圖5.2幾何信息各節(jié)點信息如下表：節(jié)點號x坐標(biāo)(m)y坐標(biāo)(m)z坐標(biāo)(m)x向約束y向約束z向約束繞x約束繞y約束繞z約束10.1170.0003.846 20.1170.000-0.154 36.4170.0003.846 49.6170.0003.846 53.2670.0003.846 6-10.3830.000-0.154 73.2670.0001.172 86.4170.0002.499 93.2670.5003.846 106.4170.5002.499 110.1170.5003.846

8、 123.2670.5001.172 136.4170.5003.846 140.1170.500-0.154 15-10.3830.500-0.154 169.6170.5003.846 179.6170.2503.846 各單元信息如下表：單元號截面名稱長度(m)面積(mm2)繞2軸慣性矩(x104mm4)繞3軸慣性矩(x104mm4)繞2軸計算長度系數(shù)繞3軸計算長度系數(shù)小節(jié)點釋放大節(jié)點釋放1熱鋼管180x104.0005341193619361.0001.000Ry RzRy Rz2熱鋼管159x10.03.2004681130513051.0001.000-3熱鋼管159x10.03.

9、1504681130513051.0001.000-4熱鋼管159x10.03.1504681130513051.0001.000-5熱鋼管159x10.011.2364681130513051.0001.000-6熱鋼管180x103.4185341193619361.0001.000-7熱鋼管180x103.4185341193619361.0001.000-8熱鋼管180x103.4725341193619361.0001.000-9熱鋼管133x6.010.50023944844841.0001.000-10熱鋼管114x4.02.67413822092091.0001.000Ry R

10、zRy Rz11熱鋼管114x4.01.34713822092091.0001.000Ry RzRy Rz12熱鋼管114x4.04.13213822092091.0001.000Ry RzRy Rz13熱鋼管114x4.03.42613822092091.0001.000Ry RzRy Rz14熱鋼管114x4.03.42613822092091.0001.000Ry RzRy Rz15熱鋼管114x4.04.13213822092091.0001.000Ry RzRy Rz16熱鋼管114x4.01.34713822092091.0001.000Ry RzRy Rz17熱鋼管114x4.0

11、2.67413822092091.0001.000Ry RzRy Rz18熱鋼管133x6.010.50023944844841.0001.000-19熱鋼管180x103.4185341193619361.0001.000-20熱鋼管180x103.4185341193619361.0001.000-21熱鋼管180x103.4725341193619361.0001.000-22熱鋼管159x10.011.2364681130513051.0001.000-23熱鋼管159x10.03.2004681130513051.0001.000-24熱鋼管159x10.03/p>

12、13051.0001.000-25熱鋼管159x10.03.1504681130513051.0001.000-26熱鋼管180x104.0005341193619361.0001.000Ry RzRy Rz27熱鋼管194x120.2506861285328531.0001.000Ry Rz-28熱鋼管114x4.00.50013822092091.0001.000Ry RzRy Rz29熱鋼管114x4.00.50013822092091.0001.000Ry RzRy Rz30熱鋼管114x4.00.50013822092091.0001.000Ry RzRy Rz31熱鋼管114x4.

13、00.50013822092091.0001.000Ry RzRy Rz32熱鋼管114x4.00.50013822092091.0001.000Ry RzRy Rz33熱鋼管114x4.00.50013822092091.0001.000Ry RzRy Rz34熱鋼管114x4.00.50013822092091.0001.000Ry RzRy Rz35熱鋼管194x120.2506861285328531.0001.000Ry Rz-5.3、荷載信息結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)： 1.00（1）(恒、活、風(fēng)) 節(jié)點、單元荷載信息 1.節(jié)點荷載*以下為節(jié)點荷載匯總表:單位：力(kN)；彎距(kN.m)第

14、2 工況節(jié)點荷載表節(jié)點號PxPyPzMxMyMz170.00.0-300.00.00.00.0工況號: 2 *輸入荷載庫中的荷載: 序號Px(kN)Py(kN)Pz(kN)Mx(kN.m)My(kN.m)Mz(kN.m)10.00.0-300.00.00.00.0節(jié)點荷載分布圖: 節(jié)點荷載序號1分布圖*以下為節(jié)點荷載圖單位：力(kN)；彎距(kN.m)第 2 工況節(jié)點荷載簡圖單元荷載*以下為單元荷載匯總表:單位：力(kN)；分布力(kN/m)；彎距(kN.m)；分布彎距(kN.m/m)*以下為單元荷載圖:單位：力(kN)；分布力(kN/m)；彎距(kN.m)；分布彎距(kN.m/m)2.其它荷

15、載信息 (1). 地震作用 無地震 (2). 溫度作用3.荷載組合 (1) 1.35 恒載 + 1.40 x 0.70 活載工況2 (2) 1.20 恒載 + 1.40 活載工況2 (3) 1.00 恒載 + 1.40 活載工況2 (4) 1.20 恒載5.4、內(nèi)力位移計算結(jié)果（1）內(nèi)力 a.工況內(nèi)力 b.組合內(nèi)力 c.最不利內(nèi)力最不利內(nèi)力表 (單位：N、Q(kN)；M(kN.m)；位置(m)單元號名稱組合號序號位置軸力N剪力Q2剪力Q3彎距M2彎距M3N最大410.0-9.00.00.00.00.01M3最大110.00.00.00.00.00.0N最小210.0-198.80.00.00.

16、00.0M3最小110.00.00.00.00.00.0N最大210.3494.61.40.0-0.02.82M3最大210.0494.61.50.0-0.03.2N最小410.02.80.60.0-0.00.4M3最小412.12.8-0.00.0-0.0-0.2N最大210.3494.61.50.00.02.83M3最大210.0494.61.60.00.03.2N最小410.02.80.80.00.00.4M3最小412.62.80.00.00.0-0.6N最大210.0505.32.1-0.0-0.04.64M3最大110.0356.62.3-0.0-0.04.9N最小410.36.7

17、1.9-0.0-0.03.5M3最小413.16.71.0-0.0-0.0-0.6N最大210.0542.92.2-0.00.04.65M3最大110.0384.02.4-0.00.04.9N最小4111.28.1-1.5-0.00.00.1M3最小116.6383.10.1-0.00.0-3.3N最大413.4-8.7-0.1-0.0-0.0-0.06M3最大110.0-389.11.50.0-0.02.6N最小210.0-550.21.40.0-0.02.5M3最小213.4-549.60.10.0-0.0-0.1N最大413.4-6.9-0.8-0.0-0.00.47M3最大213.4-

18、547.1-2.8-0.0-0.06.9N最小210.0-547.7-1.3-0.0-0.0-0.1M3最小411.4-7.2-0.0-0.0-0.0-0.4N最大410.0-2.70.60.0-0.00.08M3最大213.5-537.8-2.70.00.06.9N最小213.5-537.8-2.70.00.06.9M3最小411.4-3.00.00.00.0-0.4N最大110.00.01.1-0.00.02.69M3最大110.00.01.1-0.00.02.6N最小110.00.01.1-0.00.02.6M3最小117.00.0-0.0-0.00.0-1.3N最大410.0-0.90

19、.00.00.00.010M3最大110.00.00.00.00.00.0N最小210.0-2.90.00.00.00.0M3最小110.00.00.00.00.00.0N最大410.0-1.40.00.00.00.011M3最大110.00.00.00.00.00.0N最小210.0-3.10.00.00.00.0M3最小110.00.00.00.00.00.0N最大110.01.90.00.00.00.012M3最大110.00.00.00.00.00.0N最小310.01.20.00.00.00.0M3最小110.00.00.00.00.00.0N最大210.011.70.00.00.0

20、0.013M3最大110.00.00.00.00.00.0N最小410.04.20.00.00.00.0M3最小110.00.00.00.00.00.0N最大210.011.70.00.00.00.014M3最大110.00.00.00.00.00.0N最小410.04.20.00.00.00.0M3最小110.00.00.00.00.00.0N最大110.01.90.00.00.00.015M3最大110.00.00.00.00.00.0N最小310.01.20.00.00.00.0M3最小110.00.00.00.00.00.0N最大410.0-1.40.00.00.00.016M3最大1

21、10.00.00.00.00.00.0N最小210.0-3.10.00.00.00.0M3最小110.00.00.00.00.00.0N最大410.0-0.90.00.00.00.017M3最大110.00.00.00.00.00.0N最小210.0-2.90.00.00.00.0M3最小110.00.00.00.00.00.0N最大110.00.01.1-0.00.02.618M3最大110.00.01.1-0.00.02.6N最小110.00.01.1-0.00.02.6M3最小117.00.0-0.0-0.00.0-1.3N最大410.0-8.70.1-0.00.0-0.019M3最大1

22、13.4-389.1-1.5-0.00.02.6N最小213.4-550.2-1.4-0.00.02.5M3最小210.0-549.6-0.1-0.00.0-0.1N最大410.0-6.90.80.00.00.420M3最大210.0-547.12.80.00.06.9N最小213.4-547.71.30.00.0-0.1M3最小412.0-7.20.00.00.0-0.4N最大413.5-2.7-0.60.00.00.021M3最大210.0-537.82.7-0.0-0.06.9N最小210.0-537.82.7-0.0-0.06.9M3最小412.0-3.0-0.00.0-0.0-0.4

23、N最大210.0542.92.2-0.00.04.622M3最大110.0384.02.4-0.00.04.9N最小4111.28.1-1.5-0.00.00.1M3最小116.6383.10.1-0.00.0-3.3N最大210.3494.61.40.0-0.02.823M3最大210.0494.61.50.0-0.03.2N最小410.02.80.60.0-0.00.4M3最小412.12.8-0.00.0-0.0-0.2N最大210.3494.6-0.80.0-0.0-0.224M3最大213.1494.6-1.60.0-0.03.2N最小410.02.80.10.0-0.0-0.6M3

24、最小410.52.8-0.00.0-0.0-0.6N最大210.0505.3-1.1-0.00.0-0.425M3最大113.1356.6-2.3-0.00.04.9N最小410.36.7-1.1-0.00.0-0.3M3最小410.06.7-1.0-0.00.0-0.6N最大410.0-9.00.00.00.00.026M3最大110.00.00.00.00.00.0N最小210.0-198.80.00.00.00.0M3最小110.00.00.00.00.00.0N最大110.00.0147.20.00.00.027M3最大110.00.0147.20.00.00.0N最小310.00.0

25、210.10.00.00.0M3最小210.30.0210.00.00.0-52.5N最大410.0-0.00.00.00.00.028M3最大110.00.00.00.00.00.0N最小210.0-0.00.00.00.00.0M3最小110.00.00.00.00.00.0N最大210.00.00.00.00.00.029M3最大110.00.00.00.00.00.0N最小410.00.00.00.00.00.0M3最小110.00.00.00.00.00.0N最大410.0-0.00.00.00.00.030M3最大110.00.00.00.00.00.0N最小210.0-0.00.

26、00.00.00.0M3最小110.00.00.00.00.00.0N最大310.00.00.00.00.00.031M3最大110.00.00.00.00.00.0N最小410.0-0.00.00.00.00.0M3最小110.00.00.00.00.00.0N最大410.0-0.00.00.00.00.032M3最大110.00.00.00.00.00.0N最小210.0-0.00.00.00.00.0M3最小110.00.00.00.00.00.0N最大110.00.00.00.00.00.033M3最大110.00.00.00.00.00.0N最小110.00.00.00.00.00.

27、0M3最小110.00.00.00.00.00.0N最大110.00.00.00.00.00.034M3最大110.00.00.00.00.00.0N最小110.00.00.00.00.00.0M3最小110.00.00.00.00.00.0N最大210.00.0210.2-0.00.00.035M3最大110.00.0147.2-0.00.00.0N最小410.00.00.2-0.00.00.0M3最小210.30.0210.0-0.0-0.0-52.5各效應(yīng)組合下最大支座反力設(shè)計值(單位：kN、kN.m)節(jié)點號控制組合號組合序號NxNyNzMxMyMzNx最大21506.5-0.0414.

28、60.00.00.0Ny最大418.1-0.014.60.00.00.0Nz最大21506.5-0.0414.60.00.00.0Mx最大11358.0-0.0296.50.00.00.0My最大11358.0-0.0296.50.00.00.0Mz最大11358.0-0.0296.50.00.00.02合力最大21506.5-0.0414.60.00.00.0Nx最小418.1-0.014.60.00.00.0Ny最小21506.5-0.0414.60.00.00.0Nz最小418.1-0.014.60.00.00.0Mx最小11358.0-0.0296.50.00.00.0My最小1135

29、8.0-0.0296.50.00.00.0Mz最小11358.0-0.0296.50.00.00.0Nx最大41-8.10.0-1.00.00.00.0Ny最大21-506.50.0-191.00.00.00.0Nz最大41-8.10.0-1.00.00.00.0Mx最大11-358.00.0-134.10.00.00.0My最大11-358.00.0-134.10.00.00.0Mz最大11-358.00.0-134.10.00.00.06合力最大21-506.50.0-191.00.00.00.0Nx最小21-506.50.0-191.00.00.00.0Ny最小41-8.10.0-1.0

30、0.00.00.0Nz最小21-506.50.0-191.00.00.00.0Mx最小11-358.00.0-134.10.00.00.0My最小11-358.00.0-134.10.00.00.0Mz最小11-358.00.0-134.10.00.00.0Nx最大21506.50.0414.60.00.00.0Ny最大21506.50.0414.60.00.00.0Nz最大21506.50.0414.60.00.00.0Mx最大11358.00.0296.50.00.00.0My最大11358.00.0296.50.00.00.0Mz最大11358.00.0296.50.00.00.014合

31、力最大21506.50.0414.60.00.00.0Nx最小418.10.014.60.00.00.0Ny最小418.10.014.60.00.00.0Nz最小418.10.014.60.00.00.0Mx最小11358.00.0296.50.00.00.0My最小11358.00.0296.50.00.00.0Mz最小11358.00.0296.50.00.00.0Nx最大41-8.10.0-1.00.00.00.0Ny最大21-506.50.0-191.00.00.00.0Nz最大41-8.10.0-1.00.00.00.0Mx最大11-358.00.0-134.10.00.00.0My

32、最大11-358.00.0-134.10.00.00.0Mz最大11-358.00.0-134.10.00.00.015合力最大21-506.50.0-191.00.00.00.0Nx最小21-506.50.0-191.00.00.00.0Ny最小41-8.10.0-1.00.00.00.0Nz最小21-506.50.0-191.00.00.00.0Mx最小11-358.00.0-134.10.00.00.0My最小11-358.00.0-134.10.00.00.0Mz最小11-358.00.0-134.10.00.00.0軸力 N 包絡(luò)圖(單位：kN)彎距 M3 包絡(luò)圖(單位：kN.m)4

33、.內(nèi)力統(tǒng)計軸力 N 最大的前 10 個單元的內(nèi)力 (單位：M,KN,KN.M)序號單元號組合號組合序位置軸力N剪力Q2剪力Q3扭矩M彎距M2彎距M315210.000542.92.2-0.0-0.00.04.6222210.000542.92.2-0.0-0.00.04.634210.000505.32.1-0.00.0-0.04.6425210.000505.3-1.1-0.00.00.0-0.452210.267494.61.40.00.0-0.02.863210.262494.61.50.00.00.02.8723210.267494.61.40.00.0-0.02.8824210.26

34、2494.6-0.80.00.0-0.0-0.2914210.00011.70.00.00.00.00.01013210.00011.70.00.00.00.00.0軸力 N 最小的前 10 個單元的內(nèi)力 (單位：M,KN,KN.M)序號單元號組合號組合序位置軸力N剪力Q2剪力Q3扭矩M彎距M2彎距M316210.000-550.21.40.0-0.0-0.02.5219213.418-550.2-1.4-0.0-0.00.02.537210.000-547.7-1.3-0.0-0.0-0.0-0.1420213.418-547.71.30.0-0.00.0-0.158213.472-537.

35、8-2.70.0-0.00.06.9621210.000-537.82.7-0.0-0.0-0.06.971210.000-198.80.00.00.00.00.0826210.000-198.80.00.00.00.00.0911210.000-3.10.00.00.00.00.01016210.000-3.10.00.00.00.00.0彎距 M3 最大的前 10 個單元的內(nèi)力 (單位：M,KN,KN.M)序號單元號組合號組合序位置軸力N剪力Q2剪力Q3扭矩M彎距M2彎距M318213.472-537.8-2.70.0-0.00.06.927213.418-547.1-2.8-0.0-0.

36、0-0.06.9321210.000-537.82.7-0.0-0.0-0.06.9420210.000-547.12.80.0-0.00.06.954110.000356.62.3-0.00.0-0.04.965110.000384.02.4-0.0-0.00.04.9725113.150356.6-2.3-0.00.00.04.9822110.000384.02.4-0.0-0.00.04.993210.000494.61.60.00.00.03.2102210.000494.61.50.00.0-0.03.2彎距 M3 最小的前 10 個單元的內(nèi)力 (單位：M,KN,KN.M)序號單元號

37、組合號組合序位置軸力N剪力Q2剪力Q3扭矩M彎距M2彎距M3127210.2500.0210.00.00.00.0-52.5235210.2500.0210.0-0.00.0-0.0-52.5322116.554383.10.1-0.0-0.00.0-3.345116.554383.10.1-0.0-0.00.0-3.3518117.0000.0-0.0-0.00.00.0-1.369117.0000.0-0.0-0.00.00.0-1.373412.6252.80.00.00.00.0-0.6824410.5252.8-0.00.00.0-0.0-0.694413.1506.71.0-0.00.0-0.0-0.61025410.0006.7-1.0-0.00.00.0-0.62.位移a.工況位移b.組合位移“X向位移”最大的前 10 個節(jié)點位移表 （單位：mm）序號節(jié)點號組合號組合序號X向位移Y向位移Z向位移位移平方和142111.80.0-38.540.22172111.80.0-