大跨度鋼桁架帶柱累積滑移施工技術研究

高并強

(中鐵十二局集團建筑安裝工程有限公司，山西太原 030024)

滑移法是用于大跨度、超重量鋼結構的一種新興施工工藝，它具有操作靈活、安全可靠、節約設備及機具投入、占用施工場地小、縮短工期等特點。滑移法施工主要由滑移軌道、臨時支撐胎架、滑移動力裝置組成，目前使用最廣泛的滑移施工方法為液壓爬行器頂推式滑移。近年來，滑移法在“鳥巢”體育館、上海世博會主題館及大型機場航站樓已得到廣泛應用，滑移施工技術已日臻成熟。但滑移施工技術主要限于平面內滑移或滑移單元重心不高的施工工況，對于大跨、高位重心的工況滑移尚無成熟的施工經驗，本文主要研究鋼屋蓋帶柱滑移施工技術在濟南西站站房Ⅱ區鋼屋蓋施工中的應用。

1 工程概況及難點

濟南西站位于濟南總體規劃中主城區的西部臘山新區的西客站片區;北到小清河，南到臘山河北路，東到二環西路，西到京福高速公路。濟南西站站房由站房Ⅰ區、站房Ⅱ區組成，總建筑面積99786 m2。

站房Ⅱ區主體結構體系豎向采用鋼管混凝土柱，水平方向采用預應力混凝土梁板+型鋼混凝土梁板的混合結構。基本柱網為21.5 m ×24 m 和 21.5 m ×17.5 m，屋面主體結構采用鋼管柱+空間變截面倒三角形管桁架結構。其屋面體系鋼管柱均由地下通廊相應部位的鋼管混凝土框架柱變徑后延伸至樓面，屋面模型圖如圖1所示。

圖1 站房Ⅱ 區屋蓋模型圖

站房Ⅱ區鋼結構屋蓋分為A，B，C三個區。A區寬116.4 m，長99 m;B 區寬116.4 m，長77.5 m;C 區寬107 m，長25 m。其中A區和B區結構間有300 mm的間隙。A，B區為空間變截面倒三角管桁架結構，結構頂標高為+41.600 m，分別有5榀和4榀主桁架。主桁架長約116 m，寬2.5 m，高從2.5 m到4.5 m漸變，單榀桁架重約100 t，C區屋蓋為平面鋼架，跨度分別為24 m，59 m，上部鋼梁，系桿、支撐采用的截面有H型鋼，方管和圓管。

鋼結構屋蓋主次桁架間相貫焊接，型鋼梁及斜撐等附屬桿件多采用螺栓連接，其中主桁架及型鋼梁，弧形梁等桿件均為弧形。屋蓋鋼結構總重約3000 t，鋼材材質均為Q345B。由于屋蓋施工時正線已經鋪通并進行鋪架運輸，站臺和雨棚也處于緊張施工階段，采用吊裝法將與其他工作存在嚴重的施工干擾;高空滑移法雖然需要大量的臨時措施，由于施工工期短，且與土建可交叉施工，于是選擇了鋼屋蓋帶柱累積滑移施工。

2 鋼屋蓋帶柱累積滑移施工

2.1 滑移系統布置

站房Ⅱ區鋼屋蓋帶柱滑移的滑移軌道采用50 kg/m型標準鐵軌，共設置四條，分別位于Ⅱ-9，Ⅱ-10，Ⅱ-13，Ⅱ-14軸，每條軌道位于軸線正中位置，軌道與滑移鋼梁之間的連接采用鋼壓板形式連接，間距500 mm，每組軌道上根據滑移支座的布置及其對應的理論反力值，配置滿足同步頂推滑移頂推力的液壓爬行器，以保證滑移過程中鋼結構屋蓋的穩定和安全。

2.2 軌道梁布置

利用現有高架層Ⅱ-9，Ⅱ-10，Ⅱ-13，Ⅱ-14軸線混凝土梁作為軌道梁，在混凝土梁架設型鋼，型鋼上焊接固定滑移軌道。軌道布置平、立面圖如圖2，圖3所示。

圖2 滑移軌道平面布置圖

由于鋼柱分段點高出樓板面1.2 m，針對這個高差，我們采用在軌道下設型鋼梁的方式，型鋼面與鋼柱上表面齊平，型鋼截面選擇□1200×700×25×30，保證軌道鋪設后軌道面標高平滑一致，如圖4，圖5所示。

通過型鋼梁調整，軌道可直接通長布置，滑移過程中不用停頓。型鋼梁在使用的過程中，除軌道壓板等少量焊接操作外，嚴禁在型鋼梁上動火、焊接，其與鋼柱、混凝土梁上預埋件的連接均采用安裝螺栓、卡碼等連接方式，如圖6所示。

圖3 滑移軌道布置立面圖

圖4 軌道布置立面圖

圖5 A—A剖視圖

圖6 型鋼梁卡碼示意圖

為避免滑移時屋蓋產生側移，在上節柱柱底板下焊接限位板，限位板規格為100×80×20，間距略大于軌道面寬，如圖7所示。

圖7 柱底限位板示意圖

2.3 拼裝胎架布置

本工程高空拼裝平臺，承擔了高空桁架對接拼裝，散件安裝時人員停留的功能，需綜合考慮屋架的跨度、屋架高度和自重進行設計。屋蓋結構主桁架間距最大為21.5 m;中間設計6道次桁架，其中4道在軸線位置，其余2道在跨中布置;次桁架間連接有型鋼梁。主桁架寬2.5 m，高從2 m到4 m漸變，重量近80 t，是滑移單元高空拼裝的最主要內容。根據結構這些特點，操作平臺采用分列布置的格構式型鋼柱作為主要承重構件，下面拉設安全網，做好安全圍護工作。

操作平臺內側支撐架落在高架候車樓樓面上，標高為17.310 m，外側支撐架落在軌道層樓板上，標高為5.350 m，其在17.310 m標高通過水平撐與樓板連接。支撐架均頂在桁架下弦，則操作平臺格構式柱大致高度有10 m，18 m，28 m，35 m等多種規格。操作平臺整體平立面布置圖如圖8所示。

2.4 施工流程

濟南西站站房Ⅱ區鋼屋蓋帶柱累積滑移施工流程如下:1)在高架西端搭設滑移、拼裝胎架，桁架及屋蓋在拼裝胎架上組裝成吊裝單元，在滑移胎架上組拼滑移單元;2)安裝布置軌道梁、鋪設滑移軌道;3)鋼結構帶柱滑移;4)鋼結構帶柱累積滑移;5)卸載。

圖8 操作平臺立面圖

3 帶柱滑移關鍵技術

3.1 質量控制

根據《鋼結構工程施工質量驗收規范》及《鋼結構設計規范》規定，單層鋼柱的垂直度允許偏差應小于h/1000，且不應大于10.0;結構體系的撓度不應大于L/500。否則，將對原屋面結構產生不利影響。

屋蓋變形主要表現為下撓和徑向滑動，在滑移和卸載過程中，兩者是相關聯的，合理的徑向限位既能降低對滑道產生的側向推力，又能減少桁架的下撓。下撓變形監測通過監測桁架關鍵點標高變化來實現，利用儀器直接觀測桁架關鍵點標高。

本工程中間跨度大，四周懸挑，卸載及滑移過程中，在桁架跨中及兩端各設置一觀測點用于結構的變形觀測。

滑移施工通過采用全站儀對結構體系滑移前、滑移中、卸載后進行測量，結構體系變形值均在規范允許范圍內。

3.2 滑移單元的抗傾覆設計

滑移單元由桁架、屋面檁條、鋼管柱組成，滑移單元的高度最高為24 m，最低為16 m，桁架最大跨度為59 m，其幾何中心與重心不重合，而且重量主要集中在上部，重心位置較高，滑移過程中易傾覆，在滑移過程中減小滑移加速度，變形縫處的桁架單元與其前一滑移單元通過桿件連接，滑移到位后，再斷開連接。經ANSYS有限元建模分析，滑移過程中滑移單元未發生失穩現象。

3.3 帶柱滑移單元的邊界條件設計

滑移單元下部的鋼管柱原與地下通廊相應部位鋼柱變徑延伸至樓板的鋼管柱連為一體，為了屋蓋滑移將鋼管柱距樓板高度1.2 m處斷開，滑移單元的鋼管柱底端為自由端，即改變了原設計空間桁架體系的邊界條件。在整個滑移行進過程中，結構體系處于一種可動的狀態，為了確保滑移過程中結構體系的穩定性，對滑移單元進行加固，使滑移單元為一剛體，末端約束屋面結構與滑移軌道接觸的部位除了由滑移軌道提供豎直方向的約束，并沒有其他約束，即柱腳僅施加Z向約束，X，Y方向釋放。經過ANSYS有限元結構分析軟件對各滑移單元進行施工狀態計算分析，確定各滑移單元撓度分布、軌道豎向反力、結構應力分布等設計參數均在規范允許范圍之內。

3.4 帶柱滑移的同步控制技術

帶柱滑移施工采用液壓同步滑移技術，該技術采用電腦控制，通過數據反饋和控制指令傳遞，可全自動實現同步動作、姿態矯正、負載均衡、應力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報警等多種功能，其驅動設備采用組合式液壓爬行器，液壓爬行器一端以楔形夾塊與滑移軌道連接，另一端以鉸接點形式與滑移胎架或構件剛性連接，中間利用液壓油缸驅動爬行。此設備可拋棄反力架，省去了反力點的加固問題，省時省力。但由于楔形夾塊與滑移軌道連接時，采用摩擦力緊鎖，各個爬行器的楔形夾塊與滑移軌道的摩擦面不同、緊鎖時間的誤差，導致同步滑移中仍有偏差，從而使滑移單元產生較大的變形。經滑移中采用計算機同步控制和人工測量控制，滑移中結構體系的變形均在控制之內。

3.5 各種工況下的模擬計算

為了確保滑移過程中結構體系的安全，采用有限元軟件對滑移及卸載狀態下的工況進行模擬計算，找出最不利狀態，進行加固處理。

4 結語

濟南西站站房Ⅱ區鋼屋蓋成功的應用了高位重心帶柱累積滑移施工技術，不但成功克服了滑移單元重心高、易傾覆的難點，而且保證了滑移單元的各控制點的同步性，安裝的各項指標非常理想，不但得到了建設單位的認可，而且得到了業內專家的好評。以其工藝的技術合理性，操作簡易性，安全可靠性，就位的高精度性，取得了良好的社會效益和經濟效益，為今后我國大型鋼結構屋架的安裝施工提供了實踐經驗。

［1］蔣國明.大跨空間鋼結構累積旋轉滑移施工技術［J］.鋼結構，2009，24(8)：69-74.

［2］中國鋼結構協會.建筑鋼結構施工手冊［M］.北京：中國計劃出版社，2001.