大跨度復雜鋼結構屋蓋整體滑移安裝技術

張 強

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

隨著城市建設的日益發展，大跨度鋼結構越來越廣泛地應用于各類大型場館建筑中[1-4]。由于受力特性及藝術造型的需要，設計師往往將鋼結構設計成為復雜的異形結構。此類結構若采用常規的施工方法勢必會遇到施工受力狀態多變、安裝設備難以選擇、施工周期難以控制等一系列的問題。因此在廣州國際會展中心的大跨度復雜鋼結構屋蓋的安裝中，采用了計算機同步控制整體滑移技術，有效地解決了各種施工難題，并為后期鋼結構整體滑移技術的發展奠定了基礎。

1 結構概況

廣州國際會展中心展覽大廳屋蓋鋼結構（圖1）是由30榀張弦桁架、若干豎桁架及檁條等組成的大跨度結構，每榀桁架間距為15 m，跨距126.6 m，單品質量約150 t。

由于該屋蓋鋼結構固定于混凝土結構之上，若采用散件原位拼裝的方法進行安裝，需要搭設大量的承重支承結構，同時還要考慮混凝土結構的承載能力，薄弱的部位要進行局部加固，增加了施工措施，延長了施工周期。若采用整榀桁架吊裝，則需要選擇起重能力較大的設備，同時要對大型設備的停機位置進行加固處理，大大提高了施工成本。

通過研究對比，確定采用桁架地面單榀組裝，高空節間拼裝（由2榀桁架組成1個節間），5個節間拼成1個單元（有6榀桁架），然后將單元整體牽引到位的安裝方法。整個屋面桁架由5個單元組成。雖然在拼裝單元時就進行牽引移位，但最大的牽引體為1個單元。1個單元的跨度為126 m，長度為90 m，牽引的計算質量為1 575 t（包括施工荷載100 t），單元牽引的最大距離為200 m。

圖1 屋蓋鋼結構示意

2 計算機同步控制整體滑移系統的確定

計算機同步控制整體滑移系統采用液壓設備進行牽引的方式，可以分為滑移系統、牽引系統及計算機同步控制系統。

2.1 滑移系統

滑移系統由軌道及滑靴組成。滑靴與鋼結構連接，牽引過程中，在軌道內滑行。軌道采用槽鋼結構，既可以作為滑移的導向，也可以確保滑移過程中整體結構的軸向偏差在可控范圍內。軌道固定在預埋于混凝土結構的埋件上，并利用型鋼（比如槽鋼）進行側向定位。軌道的兩端為主結構設計要求的固定支座安裝位置，因此支座處專門設計一段可拆除軌道，保證整體結構滑移到位后，卸載轉換到固定支座上（圖2）。

圖2 軌道結構

滑靴采用承載能力為30 t的滾輪小車。在以前同類施工過程中，我們大多采用帶有減摩材料的滑塊作為滑移設備，這樣雖然構造簡單，一定程度上減小了摩擦力，但由于是滑動摩擦，摩擦力遠大于滾動摩擦，所需的牽引力增大，增加了牽引設備的投入。并且由于滑塊在滑移過程中損耗極大且為一次使用設備，無法重復使用，造成施工成本的增加，此次我們使用了可載重的滾輪小車作為滑移設備，它結構簡單，使用方便，并且是滾動摩擦，摩擦力大大減小，使得牽引設備的質量可以大大降低。滾輪小車作為設備可反復投入使用，這樣節省了設備投入，降低了施工成本。此次我們根據工程具體工況選用了承載力為30 t的滾輪小車，但根據產品規格還有承載力為80 t甚至更高承載力的定型產品可供選擇，因此在以后的同類工程施工中，我們還可以根據不同的施工工況選用其他的定型載重滾輪小車（圖3）。

圖3 滾輪小車構造

根據單元的組成，將牽引滑移的支承點設在每榀桁架的兩端，每個支承點設2組承重車組。假設單元荷載均布，則整個屋蓋單元由24個車組承重，每個車組承受1 575/24=65.625 t荷載。采用ER-30型滾柱載重小車（額定荷載30 t），在槽鋼中行走，則用3臺滾輪小車就可以了（3臺小車的額定荷載為90 t，90/65.625=1.37，此時要求3臺小車受力均勻，即要求滾道平整）。根據試驗情況，滾輪小車的摩擦因數為1.5%左右，如果摩擦因數計為2%應該是較為保險的。

實際施工過程中，桁架一端的每組承重車組采用了單排3臺滾輪小車；桁架另一端的每組承重車組采用了雙排4臺滾輪小車。

無論是三小車還是四小車組成的車組均要求小車架的上平面與車架框下平面接觸均勻。各小車的滾輪應在同一平面，相互之間的高差不大于0.2 mm。車組上鉸座頂面離滑槽面的高度可以利用調整螺栓來調整定位。

牽引車組按照要求組裝后，在裝入滑道之前，將小車浸入潤滑油（機油）中進行潤滑，以免加快滾輪的磨損。牽引車組放入滑道時應對中，車組應與滑道平行不得歪斜。

2.2 牽引系統

牽引系統由液壓泵站、穿心式液壓千斤頂、鋼絞線、固定反力架等組成。

屋蓋單元計算質量為1 575 t，牽引力為315 kN，屋蓋單元兩端的固定支反力如果相等，則兩端的牽引力各為157.5 kN。我們采用LSD-40型穿心式提升千斤頂（額定提升能力400 kN），牽引索采用單根φ15.24 mm的高強度低松弛鋼絞線（破斷拉力260 kN），用2根索牽引屋蓋單元的一側（總破斷拉力520 kN，520/157.5=3.3）。后期牽引時出于安全考慮，一側采用了3根索。

2.3 同步控制系統

同步控制的實現，是以一個千斤頂作為基準，另一個跟隨。當跟隨千斤頂伸出長度少于基準千斤頂達到一定數值后，基準千斤頂停止伸缸，跟隨千斤頂伸缸；同理當跟隨千斤頂伸出長度大于基準千斤頂達到一定數值后，跟隨千斤頂停止伸缸，基準千斤頂繼續伸缸。數值參數可任意設置，以滿足不同工況要求，將兩端牽引偏差控制在設計允許的范圍內。

控制系統由1個總控箱和2個分控箱組成。每個分控箱控制1臺液壓泵站。各分控箱與總控箱通過通信線連接，總控箱對各分控箱采集信號并發出控制指令。總控箱可以自動控制2個或多個牽引點同步牽引滑移，當總控箱解除聯鎖，每個分控箱可以單獨控制某個牽引點的滑移。在牽引過程中，每完成一個動作，就會觸發相應的狀態信號發送給計算機，計算機將此狀態信號為條件做下一個相應動作。

3 大跨度復雜鋼結構屋蓋的施工過程

3.1 計算機同步控制整體滑移的實施

反力架安裝到牽引點，與滑道埋件焊接，反力架后端用鋼筋或槽鋼與后面的滑道焊牢。牽引千斤頂安放到反力架上用螺栓固定。

連接設置好控制閥組、液壓泵站、操作控制柜。

牽引系統、液壓系統、計算機同步控制系統安裝完畢后進行空載調試（牽引鋼絞線不穿入千斤頂），空載調試完成后安裝好牽引鋼絞線。

牽引之前清理軌道，清理干凈的滑槽內（兩側和底部）均勻地涂抹上潤滑油，不涂抹潤滑脂以免沾染雜物。

牽引時，在牽引千斤頂位置、液壓泵站位置、位移測量位置、滾輪載重小車、滑道等部位派專人監護，隨時注意千斤頂伸縮、上下錨具更替開閉、液壓泵站運轉、壓力變化、桁架中心位移距離、滾輪載重小車運轉、滑道清潔潤滑等情況。

牽引時桁架南北兩側牽引點的前后差不得超過500 mm，當牽引點超差時應作調整。在牽引到達指定位置之前約200 mm處，停止整體牽引，由操作人員逐漸調整到位。在牽引到位位置應設置擋塊，以免牽引過頭。

3.2 大跨度復雜鋼結構屋蓋的整體落架

當6榀桁架組成的屋蓋單元牽引到位后，控制牽引千斤頂使鋼絞線松弛下來，拆除鋼絞線固定錨。牽引過程中，鋼結構屋蓋的荷載通過滑靴作用到軌道上，因此滑移到位后，要將其安全轉換到設計指定的固定支座上。為了保證安全落架，我們采用了液壓自鎖千斤頂集群工作的方式。

首先，利用24只液壓自鎖千斤頂將結構頂起，使鋼結構的載荷轉換到集群千斤頂上。集群千斤頂的布置既要保證結構局部承載力可行，又要避開固定支座空間位置。然后，將滑靴及可拆卸軌道拆除，安裝固定支座。確保固定支座可靠安裝后，集群千斤頂同步工作，下降整體鋼結構，落架至支座上，進行固定，整體鋼結構屋蓋安裝完成。

4 結語

廣州國際會展中心鋼屋蓋滑移安裝的成功實施，創新了大跨度復雜鋼結構整體安裝工藝，為后續許多工程的實施提供寶貴的技術支撐，也為鋼結構施工技術的發展和高新技術在施工行業的推廣應用作出了貢獻。