略论我国钢结构吊装技术的发展特点与展望

INSTALLATION53INSTALLATION起重吊装技术杨文柱1杨晓杰2王保健1赖禄智1（1.四川华神钢构有限责任公司610072；2.中国建茿技术集团有限公司重庆分公司400045）摘要：本文主要介绍改革开放三十多年来我国吊装技术的繁荣与发展，特别总结了当今我国吊装技术发展的特点，总结了我国建筑安装企业通过一批“奇特、博大、精深、高、重、大、精、尖、柔、新、难”建筑钢结构与机电设备大型工程的建成，把工业与建筑结构和机电设备吊装技术推向一个崭新的领域,走向世界先进的行列。关键词：吊装技术技术特点技术发展中图分类号:TU768.15文献标识码:B文章编号:1002-3607（2011）04-0053-03略论我国钢结构吊装技术的发展特点与展望1. 前言 改革开放以来，我国经济持续高速增长。特别是近五年来，建设规模空前巨大，促进了工业、建筑业设备与钢结构吊技术的繁荣和发展，全国各地一批又一批规模宏大、技术复杂的基础设施、大型公用工程和住宅、石油化工、核电站、奥运工程、超高层的钢结构工程与大跨度双向张弦的钢屋盖工程的相继建成，大大地增强了我国的国力，使广大人民的物质文化生活水平和城乡面貌得到了显著的改善和提高。同时也标志着我国的钢结构与建筑安装吊装技术水平，又上了一个新的台阶。如国家奥林匹克体育场(鸟巢)工程；国家体育馆钢屋盖工程；上海环球金融中心钢结构工程；国家数字图书馆；中央电视台新址大楼;国内第一个可开盒屋盖南通体育场；秦山核电站和大亚湾核电站二、三期工程与世界市场最安全、最先进、经过验证的三门AP1000核电站；上海浦东机场；广州会展中心；广州白云国际机场迁建工程；广州白云国际会议中心；广州博物馆；高610米广州新电视塔钢结构与机电安装工程;世界第一跨海大桥【杭州湾跨海大桥】;世界第一跨重庆朝天门大桥、神华煤矿,煤制油,煤化工一体化等项目的建成。都是【奇特、博大、精深】钢结构吊装技术含量很高的工程项目，如在奥运工程国家体育场【鸟巢】、国家体育馆、国家数字图书馆……等项目中,成功将计算机应用技术、网络技术、多媒体技术、数据库、数字传真、光纤通讯、机器人、CAC、CAD、CAM等高新技术应用到钢结构安装施工吊装作业中，使吊装作业面的实景监控，数据和参数的自动采集，传输和处理，三维传真模拟，变形的预测预报，施工参数的自动调整和控制等得以实现，在很大程度上大大提高了我国传统学科的现代化水平。又如工业与建筑用机器人，在国内外发明了近百多种机器人。把机器人用于吊装、混凝土布料、钢筋焊接、混凝土地面压光、隧道开掘、喷涂等危险作业中。美国【时代】周刊许评选出2007年世界十大连建筑奇迹,其中第六位、第七位和第八位分别是国家体育场【鸟巢】、中央电视台新址大楼和当代万国城。同年7月,英国【泰晤士报】评出的全世界在建的十大最重要工程,其中国家体育场【鸟巢】名列榜首,北京国际机场三号航站楼和中央电视台新址大楼也同时入选,这些项目无论在焊接技术、吊装技术、卸载技术、实时监控技术、安全技术方面,尖端技术其科技含量属世界第一,如【鸟巢】全焊接钢结构,其焊缝达320000米,所用焊材达2100吨、200多焊工,历时110天完成,焊缝质量全部合格,创仰焊、厚板(120mm)、高强钢(Q460)、宽间隙(20mm)、控制应力应变、CO2气体高能密度保护、低温、抗层状撕裂、远红外预热、异种钢、自动焊接十大焊接技术,被称为世界【焊绣】。是创千秋伟业、建世纪工程。在钢结构吊装技术方面,在吊装施工时我们用钢绞线承重、液压提升器、计算机控制技术成功将重达10500吨北京机场A380飞机库钢屋盖和国家数字图书馆10388吨重钢结构整体提升,又创世界第一。钢铰线承重液压提升是一种近20年国内外发展的新颖的起重技术,它在长距离大吨位提升方面的特点和优越2011年第04期54INSTALLATION起重吊装技术性,是传统的起重技术不能比拟的。因此这种提升技术在国内外得到越来越多的重视和推广应用。如：在大型汽轮发电机定子、锅炉大板梁、核反应堆压力壳的吊装、大型输电钢塔的架设、大坝水闸提升、电视塔天线、飞机库与剧场等超大型建筑屋盖的整体提升吊装,钢烟囱和大型桥梁的建造都有成功的应用实例。特点：用钢铰线作承重件突破了长距离无接头连续提升的重大起重技术难题,从理论上讲,连续提升距离只受钢绞线生产制作长度的限制；采用悬挂承重的方式,充分发挥钢铰线高强度的优点,受拉承重特别经济；以液压作提升动力,动作平稳,速度可调,噪音小；提升时载荷运行平稳,冲击振动小；液压提升器夹紧机构具有单向自锁性,一旦意外停电等故障,夹紧机构能及时将承载钢铰索锁紧,载荷随即悬停,其安全可靠性高。既能提升载荷,又能带载下降,下降工作时,提升器夹紧机构采用液压自动开启,并有卡爪板失灵报警保护功能,保证其动作可靠,一旦发生异常均能自动保护及报警,便于及时处理；当起重量特别大时,受单台或双台提升器能力限制时,可用多台提升器通过群控联合作用,集群使用时组合方式灵活安全、可靠。如07年9月份北京机场A380飞机库大屋盖10500吨整体提升，设置45个提升点,共布置138台提升器；适用范围广,运用方式多样,既适用于单点集中载荷的提升,也适用于多吊点分散载荷的提升。既可使用提升法,也可使用爬升法,还可用来水平牵引重物；采用计算机控制技术后，液压提升器集群作业时的控制精度大大提高,根据提升要求的不同,可控制被提升设备与组合构件的垂直度、水平度、各个吊点的荷载、高差等。既可实现单一参数控制,也可实现多参数联合控制,并可有所侧重地对各个控制参数进行不同程度的加权处理。实现计算机动态实时控制,响应速度快、控制精度高,可以实现提升过程中各吊点的载荷变化小;所用的提升设备安装简便,体积小,重量轻,运输方便,特别适用于安装场地和空间狭小的地带。整体提升系统由承重系统、提升动力系统、电气控制系统及检测控制系统组成。北京A380机库钢屋盖根据该结构特点共设置了45个提升点,布置液压提升器138台,其中40吨80台,100吨28台.200吨22台,350吨8台。提升器总起重量T=132000KN提升系统起重量平均安全储备系数为132000/105000=1.26350吨提升器每台穿31根钢铰索,8台共计248根。200吨提升器每台穿18根钢铰索,22台共计396根。100吨提升器每台穿9根钢铰索,28台共计252根。40吨提升器每台穿6根钢铰索,80台共计480根。总计：1376根。钢铰索破断拉力为260KN。钢铰索安全系数K=260/105000/1376=260/76.3=3.4目前在国内外体育、会展中心等大跨度建筑结构中,采用张弦结构体系的越来越多,先前的张弦体系基本为单向张弦桁架,其安装施工多采用滑移施工方法。北京体育馆在双向超大跨度结构中采用双向张弦结构体系是目前国内外一种新型结构型式。在国内属首次。通常安装施工滑移轨道设置在钢屋盖两侧支撑结构上,称之为边滑道,但对北京体育馆超大跨度桁架,为控制滑移过程中结构变形分应力变化,需在中间设置滑道,称为中滑道。在中滑道位置索的矢高可达10米以上,必须采用超高滑移胎架,才能顺利实现中滑道位置带索滑移。此次累积滑移采用9个机器人像蜗牛背着大贝壳行走一样,缓慢移动,就这样经过连续11次,历经85天的拼装后滑移,顺利完成了钢屋盖的安装任务。双向张弦桁架超高滑移胎架与带索累积滑移安装施工提升了我国大跨度空间领域的安装施工技术水平,展现了我国安装施工自主创新的精神【据科技查新,国外双向张弦最大跨度为60米,我国己达144.5米】在国内外居首创。该项技术是钢结构复杂节点技术、拼装控制技术、仿真模拟计算在带索累积滑移安装施工过程的应用,双向预应力张拉控制技术、支座就位和卸载技术、安装施工过程实时监测、钢屋架质量验收标准【因超国家规范】等多项技术是钢结构安装施工前沿技术的结晶。产生明显的社会效益和经济效益,和采用大吊车相比,可节省177万以上。该工程软件市场化以及相关的技术产品市场,潜在的商业价值估计千万元以上。该技术推广,将推动国家建筑安装施工行业的技术进度,提高企业的竞争优势能力,无形潜在的资产是巨大的。将更新起重吊装专业人才的知识结构,使之具备迎接科技创新、新世纪挑战的理论知识和技能。也是起重吊装技术发展史中的一次创新,影响深远,意义重大。荣获北京科技成果一等奖和国家一级工法与国家实用专利。2. 促使我国钢结构吊装技术的发展特点2.1土木与钢结构工程的功能化——即土木与钢结构工程日益同它的使用功能或生产工艺紧密结合。如公共和住宅建筑物要求建筑、结构、给水排水、采暖、通风、供热气、供电等现代技术设备与结构组合成整体,其重量大大增加。工业建筑物往往要求恒温、恒湿、防微振、防腐、防辐射、防火、防爆、防磁、除尘、耐高（低）温、耐高（低）湿，并向大跨度，超重INSTALLATION55INSTALLATION起重吊装技术型，灵活空间方向发展。发展高技术和新技术对工业与建筑安装工程钢结构吊装技术提出了更高标准要求。如发展核工业需要建造安全度极高的核反应堆和核电站，如我国正在江苏三门与青岛海阳安装的AP1000世界安全度最高的核电站，其安全壳重达三千多吨，用亜州最大的3200吨履带吊完成吊装仼务；研究微观世界需要建造，技术要求极高的加速器工程；发展海洋采、炼、贮油事业要求建造高功能的海洋工程，如海上钻井平台、海上炼油厂、海底油库等。其设备与钢结构均蜀高、重、大、精、尖、柔、新、难。对吊装技术要求很高。2.2城市建设立体化高层建筑的大量兴起，近十年来，中国、马来西亚、新加坡、韩国等东南亚国家，由于人口大量集聚，密度猛增，造成用房紧张，地价昂贵，所以高层建筑有很大发展。哈利法塔（迪拜)828.9米（2717英尺）；美国北达科塔洲电视台628.8米；中国广州电视塔618.6米；加拿大电视塔555.3米；台北101大楼，508.8米；美国110大楼，473.7米；吉隆坡(双子星大楼)，452，5米；芝加哥西尔斯大楼，443.2米；上海金茂大楼，421.1米；香港国际金融中心大楼，415.5米。这些高层建筑与结构的吊装，对吊装技术的发展，积累了丰富的经验和知识。又如，最近国内在贵阳国际会议展览中心进行高达210米吊挂楼层的吊装，其吊装难度很大，技木含量也很高，通过吊装技术的多次论证，要求钢结构设计要结合加工制作与安装施工主要研究基于三维实体的构件与节点描述方法以及实体造型与编辑方法。钢结构制作要结合设计与安装施工主要研究基于数据库的详图制作软件系统的实现方法。钢结构安装要结合设计与加工制作主要研究基于重大钢结构安装施工全过程数值模拟力学模型和数值方法。使钢结构设计、加工制作、安装施工融合、集成、一体化。提高钢结构工程质量、安全、工期和经济效益。地下工程的高速发展，如地下铁道、地下商业街、地下停车库、地下体育场、地下影剧院、地下工业厂房、地下仓库等。并形成规模宏大的地下建筑群。城市高架公路、立交桥大量涌现，不仅缓解了城市交通的拥挤、堵塞现象，同时又为城市建设增添了一道亮丽的风采。其钢结构吊装技术难度也很大。2.3交通运输高速化高速公路的大规模修建，一定程度上相当于铁路的职能。据统计，全世界50多个国家拥有高速公路，总长约170000公里。铁路电气化的形成和大量发展，1983年建成的法国巴黎到里昂的高速铁路运行时速高达270公里/小时，我国武汉到广州的时速达353公里/小时，站台用钢量达万吨，比“鸟巢”用钢量大，对吊装技术要求很高，把高速铁路发展与吊装技术发展推向新阶段。长距离海底隧道的出现，如1990的贯通英法海峡隧道长50.5公里,它最浅埋深为45米,海水深度60米,我国1970年建成通车的第一条隧道(上海黄浦江打浦路隧道)全长2.7公里.2009年底我国正建一条长85.3公里的隧道伸展于我国东北辽宁山区。这条直径8米的“大伙房输水工程”引水隧道建成后,将会超过长53.86公里的日本青函陋隧道和长57.6公里的瑞士戈特哈尔德隧道,成为世界上最长的隧道。整个工程采取了世界上最具先进水平的安全措施,这项巨大的工