大型體育館鋼桁架大跨度滑移技術

劉 智，王光武，李鉉誠，蔡建波，王 兵，艾 維，袁貴福，閆清越

(中建三局集團有限公司西南分公司，四川 成都 610041)

0 引言

隨著我國建筑業的發展，鋼結構越來越多地應用于大跨度房屋及公共建筑，特別是體育館、火車站、機場、大型會議中心、綜合公共交通樞紐等建筑。對于內部有夾層、跨度相對較大、不適合設置滑移胎架或整體提升施工的鋼結構桁架，可利用原有周邊混凝土結構作為滑移軌道的支撐結構，必要時增設臨時滑道，采用高空累積滑移法施工。

1 工程概況

東安湖體育公園三館項目位于成都市龍泉驛區，場地西側為車城大道、北側為成渝高速，包括多功能體育館、小球館、游泳跳水館、體育運動公園、室外停車場及相關配套服務設施。本項目小球館大跨度鋼桁架為倒三角截面，主桁架跨度為86.8m，寬74.9m，共6榀，桁架最大高度為4.85m，截面高度逐漸向兩側變化，端部桁架高3m，如圖1所示。

圖1 鋼結構效果

2 施工思路

小球館鋼桁架安裝高度較高、平面面積較大，根據以往類似工程經驗，結合本工程結構特點，經綜合考慮后，采用地面分段拼裝+高空累積滑移的方法施工桁架結構。配置1臺180t履帶式起重機、1臺300t履帶式起重機、1臺50t汽車式起重機進行地面鋼結構散件拼裝、卸車、倒運及吊裝。地面拼裝采用履帶式起重機分段吊至高空拼裝平臺，分段桁架組對焊接完成滑移，屋面鋼桁架通過6次累積滑移至安裝位置，連成整體后再卸載至結構頂部。

確定屋面鋼桁架分布位置及構件分段，便于采用Tekla軟件進行BIM管理和MIDAS Gen有限元軟件進行數值分析模擬，選擇合理的鋼構件安裝順序及施工組織(見圖2)。

圖2 主桁架構件分段

屋面鋼桁架施工順序如下：鋼桁架地面拼裝→高空對接平臺支撐布置(見圖3)→安裝滑移鋼梁及滑移軌道(見圖4)→安裝變軌式滑靴(見圖5)→變軌累積滑移→倒三角桁架抗傾覆支撐(見圖6)→卸載軌道及滑靴(見圖7)→安裝滑動支座(見圖8)。

圖3 高空對接平臺支撐布置

圖4 滑移鋼梁及滑移軌道安裝

圖5 滑靴安裝

圖6 倒三角桁架抗傾覆支撐

圖7 軌道及滑靴卸載

圖8 滑動支座安裝

上述安裝方法無須耗費大量材料制作臨時支撐，同時可保證作業人員施工安全，加快整體施工進度，保證施工質量。

3 施工難點及解決措施

3.1 倒三角鋼桁架抗傾覆設計

由于小球館屋面鋼桁架為倒三角截面，因此首榀鋼桁架吊裝至胎架頂部進行焊接時存在較大不穩定性，鑒于此，在鋼桁架分片吊裝就位后，中間段兩端胎架上設置防傾覆支撐；兩端分段桁架分別在靠近中間段、支座、懸挑端部設置防傾覆支撐，以確?；茊卧呖战M拼。防傾覆措施構造如圖9所示。

圖9 防傾覆措施構造

第1榀桁架滑移時為保障滑移穩定性，在滑靴兩側設置抗傾覆支撐，采用φ180mm(12mm厚)圓管，底部設置滑靴，為第1榀桁架滑移提供側向支撐。抗傾覆支撐下方設置滑靴板，前端設置圓弧倒角。抗傾覆滑移支撐如圖10所示。

圖10 抗傾覆滑移支撐

3.2 桁架分級卸載控制

桁架由中間向外側依次進行分級卸載，卸載分3級，單次卸載高度為5mm，第3次卸載至脫離胎架。按照1→2的順序兩側同步進行，如圖11所示。

圖11 桁架卸載順序

使用割槍分層月牙形切割主弦桿下部支撐刀板，緩慢依次卸載。卸載前在對應切割位置畫切割線，同時在切割線位置設置限位擋板，保障卸載精度，如圖12所示。

圖12 分級卸載切割

3.3 滑移軌道布置及爬行器設置

軌道下部混凝土梁頂標高與柱頭標高差值為800mm，故需在混凝土梁上方鋪設一定高度的馬凳，馬凳截面為HW400×400×25×30，馬凳與地面每個立柱處使用4φ14膨脹螺栓固定。為防止馬凳在側推力作用下發生偏移，在馬凳內側間隔2m設置H100×100×6×8型鋼側向支撐，側向支撐與樓板使用φ14膨脹螺栓固定，每個柱腳安裝數量≥6個。43號鋼軌(43kg/m)與鋼梁間使用壓塊進行壓緊連接。軌道內側拉設雙道生命線用作安全防護。

鋼桁架共設置2條軌道，每條軌道上設3臺TJG-1000型液壓爬行器，每臺爬行器額定頂推力為1 000kN；支座與軌道摩擦系數取值0.2，共分6次累積滑移。

3.4 大跨度鋼桁架結構變軌累積滑移

滑移前檢查臨時支撐是否拆除完畢，滑移結構是否與胎架完全脫離，滑移系統工作是否正常，各崗位人員及監測儀器是否到位等。

當結構滑移1個滑移單元后，繼續在騰空的拼裝胎架上拼裝下一單元，前后2個單元通過焊接連接后，繼續向前滑移，采用相同的方法直至全部結束。由于跨度較大，每個滑移單元拆除支撐及滑移完畢后，均有一定下撓，拼裝過程中需對結構進行起拱，起拱值取80mm，結構內收值取10mm(結構計算下撓25mm，結合同類型大跨度管桁架施工經驗，放大結構起拱值至80mm)，保證后續滑移單元相鄰桿件的拼裝精度。

3.5 滑移裝置卸載及滑動支座安裝

卸載前拆除頂推器，使用千斤頂(100t)頂起支座，使滑靴脫離軌道5～10mm，切割軌道并拆除下部軌道，為支座安裝提供空間。軌道切除后，水平安裝鉸支座，千斤頂卸載，荷載轉移至鉸支座，完成卸載。千斤頂支撐位置設置替換腹桿，支撐弦桿處設置加勁環板，避免圓管局部變形。

高空滑移平臺胎架按照先搭設后拆、后搭設先拆的原則進行，采用履帶式起重機進行吊裝。軌道拆除后，使用塔式起重機吊運至地面；拆除地面胎架后，采用汽車式起重機集中外運。

4 結語

通過對已有施工方法進行研究，提出地面分段拼裝、高空對接拼裝施工方法，克服施工難點，成功完成大跨度倒三角鋼桁架結構變軌累積滑移施工，并得出如下結論。

1)通過設計臨時措施結構，利用混凝土結構柱或結構梁作為滑移軌道支撐體系，通過受力計算，分析結構承載要求，優化滑移軌道數量、軌道梁設置。

2)當場地屋蓋下方存在地下室結構、夾層結構，大型起重機械吊裝受限時，采取在結構一側設置滑移平臺，向另一側同步滑移的方法，可解決此問題。

3)運用MIDAS軟件模擬分析地面散拼胎架、高空滑移平臺、平臺獨立胎架等臨時措施結構的應力、變形、穩定性，模擬分析混凝土結構承載力，進行單榀桁架各節段吊裝工況、脫胎翻身工況，整體滑移、不同步滑移、抗傾覆支撐驗算。通過全方位、全工況模擬分析屋蓋鋼結構、臨時措施結構、混凝土結構三者的力學特性、變形情況，確保施工安全。

4)采用計算機自動控制系統實現各軌道同步滑移，減少高空散拼等施工方法帶來的高空焊接、吊裝作業安全風險。地面焊接質量高，且易于檢查驗收。

5)采用高空累積滑移法施工，鋼屋蓋下部其他各專業可提前穿插，進行同步施工，減少場地占用周期，縮短工期。