機場航站樓鋼桁架整體滑移法施工技術

潘麥良

（國核工程有限公司，山東 煙臺 265116）

引言

文中某機場二期航站樓屋面鋼結構鋼桁架梁施工中，依據屋面鋼結構自身的特點以及現實情況，通過與其他類似結構的比較，再經過嚴謹的分析和計算，編制出合理的、可行的施工方案，不僅能夠節約安裝費用和縮短施工時間，還能夠取得較好的社會效益和經濟效益，而且為以后施工奠定了堅實的基礎。

1 工程簡介

在某機場二期航站樓中，16榀鵬翼形桁架組成了航站樓鋼結構屋蓋工程，該鋼結構位于三排混凝土柱頂之上，并被柱帽支撐著，鵬翼形架有大約135m的投影長度，而且鋼結構的基本截面是倒立的等腰三角形，其高和低的長度都是3m，上弦的最大標高和下弦的最低標高分別為25.436m和13.8m，使用的材質都是標準為20號或Q235B鋼的高頻焊管和無縫鋼管，然后相貫線焊接，就構成了鋼結構屋蓋。另外，航站樓的鋼結構大約有2800t重（包括面板），每個榀桁架大約有55t的重量，屋蓋投影總面積為26325m2。

2 工程的特征

（1）鋼結構截面的變化多樣性。鋼結構的截面大小從尺寸為1.5m×1.5m的懸挑和兩側部分到尺寸為3m×3m的中部部分，另外由于鋼結構截面有不同的受力，這就要求有匹配的上弦管和下弦管的厚度，上弦管有六種，都是型號為φ245mm的無縫鋼管，而下弦管一般有5種，都是型號為φ299mm的無縫鋼管。

（2）鋼結構各節點設計難度大，桁度要求苛刻，拼裝難度較大。由于鋼結構設計使用全部為相貫焊接的節點，加之桿件有21種，將無法避免地減少節點處的構造空間，而且設計要求節點的誤差不能超過2mm，這就導致拼裝難度的加大。

（3）與國內常見形式相比，結構有獨特的受力形式。由于鋼結構使用的叉柱帽桿支撐體系，不能采用從上到下的常規施工方式來安裝鋼結構。

（4）焊接量大，焊接檢測困難。通常都使用二氧化碳氣體保護焊和手工電弧焊來焊接，焊接坡口的制備難度極大，加之設計要求進行UT探傷檢測，目前國內沒有相關的規定。

3 鋼管桁架整體滑移施工準備

3.1 滑移軌道的設計安裝與施工結果驗算

經過反復地優化設計方案和驗算之后，滑移軌道適合使用鋼桁架軌道，鋼桁架軌道一般是有上下弦的結構為雙工字鋼和槽鋼腹板組合而成，在E、H軸支座處的滑移軌道側翼加大面積鋼管檁條翼緣，增強鋼結構的側向剛度，有利于降低桁架對該處滑移軌道產生的外推力。沿A、E、H軸通長布置滑移軌道，并延伸至15軸外側。滑移軌道分段制作、安裝，一個柱距為一段，固定在鋼筋混凝土支承柱的預埋鋼板上。滑移軌道示意見圖1。

圖1 滑移軌道示意圖

一般而言，施工階段的結構承載力驗算都是采用有限元設計軟件SUPER-84，主要是為了驗算桁架支座在A、H軸預偏對鋼結構的影響。不同的荷載量、不一樣的滑移單元、不同的施工條件下構件的穩定性、強度以及桁架的位移與下撓都會對鋼結構產生影響。

3.2 桁架的穩定控制措施

3.2.1 桁架的橫向穩定控制

桁架在胎架上進行安裝時，處于水平方向的A、H軸的半圓球底座向內預偏，在放置時會出現水平側移復位，主要因為由受到來自桁架重力的作用。在俯架單元滑移時，在A、E、H軸每個支座點的柱帽桿半圓球底板后加導向凹凸滾輪，主要是為了減小桁架的水平位移。另外，為了防止桁架的外漲，需要在每榀俯架的A軸和E軸之間用鋼絲繩或水平拉桿牽拉。

3.2.2 桁架的整體穩定控制

在桁架單元滑移之前，需要增加一些支撐其滑移的支撐物，最好在其前后都增加支撐物，這樣做的目的主要是增強其穩定性。在同一軸線位置上，水平方向上用一些大剛度檁條來焊接相互臨近的帽桿底座和其對應的下弦桿，目的是讓柱帽桿和桁架以及水平拉桿構成一個穩定性較好的三角形剛體。在各軸上面，需增設幾個相互牽拉的牽掛點，使柱帽桿的拉力和牽掛點的部分牽拉力以及位于水平方向的拉桿的拉力減少，增加了鋼結構的穩定性。

3.2.3 多頭牽拉同步控制

桁架單元滑移使用的是同步牽拉技術，也就是在A、E、H軸上用3臺卷揚機同步牽拉，由于在滑移時，三軸的牽引力和摩擦力會不同程度地阻礙其同步的進行，為解決這種情況，應采取如下措施：

使用3臺改裝過的JJM-10卷揚機，設計專用的控制柜，并且這三臺改裝過的卷揚機要不僅能夠單獨使用，而且也可以同時使用。另外，要在3條滑移軌道上設置刻度標尺，每一格尺寸標準為50mm，大格的標準為1m，一個控制單元的尺寸標準為柱距12.8m，如果3條軌道沒有同步超出限值，立即使他們停止滑動。設計滑輪組機構，在使單繩牽拉力降低的同時，也使3臺卷揚機牽拉力的差距減小。

4 鋼桁架的整體滑移施工技術

4.1 滑移單元的構成

通常會將16榀桁架分為四個滑移單元，分別為2榀、4榀、5榀、5榀。由第15軸開始向第①軸方向牽拉，1～4榀為第一單元，5～9榀為第二單元，10～14榀為第三單元，15～16榀為第四單元。

4.2 滑移施工

4.2.1 試滑移

在拼裝平臺上，首先對第一單元2榀桁架進行一系列處理，包括拼裝、焊接以及檢測，在這些步驟完成以后，如果沒有發生錯誤，其就可以在滑移軌道上落放了。增加安裝前后支撐，使用規格為360×200×8鋼管檁條與柱帽桿底座和底座相連接，組成剛性整體。

在鋼結構滑移之前，首先應該開啟卷揚機分閘系統，開啟以后，可以牽動鋼絲繩，使其緊繃，經過詳細的檢查以后，如果沒有什么錯誤，就可以試滑移了。為了保障同步滑移，應該專人在3條滑移軌道上觀察軌道的刻度標尺和出現的水平偏差，把觀察到的數據及時地反饋給總控制臺。在滑移12.8m之后，停止滑動，在AE、EH軸柱帽桿間加裝鋼絲繩夾緊。另外，接著滑移12.8m，將柱帽桿底板用限位卡的方式在13軸柱頭準確定位確保之后桁架柱帽桿的拼裝質量。

4.2.2 第一單元滑移

（1）在拼裝平臺上進行第3榀桁架的拼裝、焊接、檢測，通過柱帽柱、檁條與前2榀桁架組成整體后落放在軌道上。

（2）拆除前2端桁架的后支撐。

（3）在柱帽桿半圓球底座間加裝口360×200×8鋼管檁條連接，布設牽拉系統。

（4）將第3榀俯架滑移一個柱距，在12軸處準確定位，讓出拼裝平臺。

（5）拼裝第4榀桁架，與前3榀俯架構成第一滑移單元，進行長距離滑移，每滑移2個柱距調整一次鋼絲繩、滑輪組，直至滑移到③軸位置。

（6）除前支撐，將牽拉點調整至后三榀銜架柱帽桿底座板處，重新布設鋼絲繩、滑輪組。

（7）將第一滑移單元頂推到設計位置，準確無誤后按設計要求固定支座，割除軌道，安裝屋面板等。

4.2.3 其余單元滑移

二、三單元滑移與第一單元基本相同，第四單元即第15榀、16榀桁架在拼裝平臺上拼裝、焊接、檢測后，直接落放就位，其安裝偏差控制在允許范圍內后，固定支座，割除軌道，安裝屋板等。

4.3 滑移過程結構應力監控

滑移可以說是一個動態系統，滑移過程中的情況可能和使用階段的情況有很大差別，譬如荷載的情況、受到的約束條件以及力學模型等。因此，對滑移過程結構應力進行監控是必要的，也是應當的，這樣做可以檢驗滑移施工是否合乎要求，并能夠防止出現一些不確定因素對結構產生的破壞。

選出極具代表性的10～12榀三榀桁架由12～13軸12.8m的滑移單元作為測試對象，進行第l2榀桁架落放應力測試，以及第1l、l2榀桁架滑移過程的應力測試。在最具代表性的10～12榀桁架60m跨的下弦桿、腹桿、柱帽桿、滑移軌道下弦及半圓球底座水平拉桿處布設24個測點，在測點中心的平臺上設l個測控臺。采用日本產TV08數據采集系統配彩色噴墨打印機，單向應變片若干。

測試步驟：

①測點處貼好應變片，封膠固定，用電源線引向測試監控臺，編號并接通數據采集系統。

②測試第12榀桁架落放后各測點的應力值，符合設計計算值后開始滑移。

③進行滑移全過程的應力監控，計算機控制系統每30s自動采集一組數據，如發現應力值超過限定值，停滑調整。

從現場測試結果看，桁架在滑移過程中應力絕對值變化最大約占屈服強度設計值的13%左右，且滑移到位后桁架構件應力值恢復較好。

4.4 滑移過程位移計算機監控

滑移過程是一個連續的運動過程，為了提高監控精度，本工程采用計算機位移監控系統進行了滑移全過程的位移、牽拉點同步、支座水平偏移的測量控制。

在滑移單元的前方安置一個觀測臺，在牽掛點的附近設3個觀測點，觀測臺上安置l臺瑞士產萊卡TC2000全站儀，每個觀測點處安1個棱鏡。進行從開滑到停滑的全過程監控，間隔30s掃描1次，測出3點的同步偏差，水平位移軌跡以及高程變化線，如發現觀測參數超過限定值，停滑調整。通過測試發現滑移過程的偏差均小于限定值。

5 結語

隨著我國經濟的迅猛發展，我國的建筑業也得到了快速發展，開始向大型化、綜合化發展，促進了鋼結構設計施工水平的快速提高，增加了建筑造型的多樣化，各種新的樣式在不斷涌現。文中工程鋼結構整體滑移法施工技術的成功應用，不僅開拓了施工工藝的新領域，也為建造類似工程奠定了基礎。

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