濟南融創茂海洋樂園鋼結構累積滑移施工技術

黃 強，馮啟冰，余金兵，常武光

(中冶(上海)鋼結構科技有限公司，上海 200941)

1 工程概述

濟南融創茂有4個單體，如圖1所示。其中，水樂園、海洋樂園、體育樂園3個單體屋蓋為鋼結構。海洋樂園長151.7m、寬170.56m，鋼屋蓋設計為東西兩側低、中間高的雙坡形式，屋蓋下方設計有3根鋼管混凝土柱支撐鋼屋蓋，根據其平面布置分為北側三角形吊裝區和南側矩形滑移區2個施工段，其中滑移區為由10榀倒三角圓管桁架+2榀單片圓管桁架組成。管桁架下弦桿水平，中心線標高均為17.050m，端部與外框架混凝土柱相連；上弦桿傾斜呈線性變化，桁架高度為3.7～7.2m。最大跨度80m，最重1榀桁架約300t。

圖1 整體建筑效果

2 滑移施工技術

2.1 施工方案選擇

海洋樂園屋蓋管桁架結構形式相似、跨度大、分布廣，內部土建結構復雜，主體結構工期緊張，無法采用大型起重機械進入內部施工的方案。而在外圍選擇大型起重機械進行吊裝存在以下問題：機械選型大，施工成本高，不經濟；海洋樂園東、西、北方向均有其他單體進行施工作業，起重機械無站位區域，方案不可行。根據現場整體場地條件及結構設計形式，綜合考慮，采用先將管桁架在海洋樂園南側分段組拼成滑移單元，再通過液壓同步滑移技術，將滑移區管桁架12榀管桁架累積滑移到位的施工方案。

2.2 滑移施工

海洋樂園滑移區劃分為12個施工單元，如圖2所示。每個施工單元包含東西向管桁架與前一單元連接的連系構件。在滑移區共設置3條滑移線，分別位于西側①軸、東側⑩軸和中間⑥軸；其中①，⑩軸滑移軌道設置在海洋樂園外排混凝土框架結構上，⑥軸滑移線下方為混凝土框架結構或回填土層，為確保滑移軌道水平鋪設，需沿⑥軸設置1排共10個高度不同的支撐胎架來支承軌道鋼梁及滑移軌道。

圖2 施工單元劃分

因榮創茂整個地塊面積不大，海洋樂園南側場地范圍較小，3條滑移線無法再向南延伸1個施工單元距離，而海洋樂園內部土建正在施工，更無多余位置搭設額外支撐架。因此，海洋樂園滑移施工只能為單榀累積滑移，每個滑移單元在軸外排混凝土框架結構頂部進行安裝，12個施工單元共需滑移11次，最后1個施工單元僅需吊裝。

2.3 滑移線設置

1)①軸滑移線軌道鋼梁依附于鋼筋混凝土外排框架結構，布置在柱頂和梁頂，鋼梁下設置八字撐，鋼梁上安裝通長鋼軌。

2)⑥軸滑移線軌道梁下方為鋼筋混凝土框架結構或回填土層，為保證滑移軌道水平鋪設，需設置10個高度不同的支撐胎架來支承軌道鋼梁及滑移軌道。

3)⑩軸鋼梁依附于鋼筋混凝土外排框架結構，布置在其柱頂和柱側，因～軸柱頂連系梁存在折線偏移，因此，須在柱側設置型鋼牛腿托住軌道鋼梁，鋼梁下設置八字撐，鋼梁上安裝通長鋼軌。

3條滑移線立面布置如圖3所示。

圖3 滑移線立面

為保證滑移軌道及滑移梁頂面水平度，降低滑動摩擦系數，滑移梁及滑移軌道在制作安裝時，應滿足：①單根軌道上表面水平度

2.4 施工單元吊裝

管桁架最長為160m，最重的1榀達200t，需提前進行合理分段再起吊安裝。大跨度管桁架分段是本工程重點，包括管桁架分段位置及質量，起重機械選擇、行走路線及站位區域。為順利實施分段吊裝，實施前應進行以下策劃。

1)施工前對鋼結構滑移單元進行合理分段，各分段桁架質量差距不應太大，且分段桁架質量均在起重機吊裝能力范圍內。同時考慮到工期緊張，分段也不宜過多，過多不僅增加吊裝時間，高空焊接工作量也大量增加; 分段太少則需選擇更大的起重機械，增加施工成本。經綜合分析考慮，選擇1臺400t履帶式起重機作為主吊機進行管桁架分段吊裝、1臺100t履帶式起重機作為輔助吊機進行其他連系構件吊裝；每個東西向桁架分成4段，分段點位于③，⑥，⑧軸，最重分段質量約53t。桁架分段如圖4所示。

圖4 管桁架分段劃分

2)東西向管桁架分為4段，起吊至待滑位置組成一整榀，需5個支撐點，其中①，⑥，⑩軸3條滑移線可作為3個支撐點，另需在/③，/⑧再增加2個支撐胎架作為臨時支撐點。

3)無論是倒三角管桁架還是單片管桁架，在分段吊裝時，均需加強管桁架側向穩定性。通過在軸外排混凝土柱頂上設置支撐架(見圖5)，拉結東西向管桁架上弦桿，以確保管桁架在高空不會發生傾翻事故。

圖5 管桁架側向穩定支撐架

2.5 累積滑移

由于管桁架鋼屋蓋為中間高、東西兩端低的帶坡形式，因此，中間⑥軸滑移線集中了屋蓋全部質量的70%。經計算，須在⑥軸布置4臺液壓爬行器作為滑移驅動設備，①，⑩軸各布置2臺。液壓爬行器頂推點位置如圖6所示。

圖6 頂推點布置

液壓頂推器為組合式結構，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連接，中間利用液壓油缸驅動爬行。液壓爬行器楔形夾塊具有單向自鎖作用。當油缸伸出時，楔形夾塊夾緊，自動鎖緊滑移軌道；油缸縮回時，夾塊松開，與油缸同方向移動。

液壓同步滑移施工技術采用計算機控制，通過數據反饋和控制指令傳遞，可全自動實現一定的同步動作、負載均衡、姿態矯正、應力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報警等多種功能。

由于采用單榀滑移，首榀管桁架滑移的側向穩定性極為重要。因此，在首榀管桁架前后利用剛性支撐支承在主桁架上、下弦處，形成空間三角穩定結構，如圖7所示。

圖7 首榀管桁架側向穩定示意

通過2臺履帶式起重機進行鋼構件安裝，然后通過液壓爬行器頂推向北滑移。

2.6 整體卸載

滑移區桁架全部到位后，滑移區與吊裝區連接；鋼結構安裝完成及焊接完成確認后，卸載支撐結構。

支撐結構卸載即對屋面管桁架支撐力釋放的過程。卸載時，屋面管桁架結構體系逐漸開始承受自重，即主桁架自重由次桁架承擔轉變為由外框架鋼筋混凝土柱及鋼管混凝土柱承擔，次桁架自重由滑移線承擔轉變為由外框架鋼筋混凝土柱及主桁架承擔。

累積滑移區中，先卸載①，⑩軸滑移線上支撐點，通過設置千斤頂進行滑移線支撐點設置、卸載及成品支座安裝。再卸載⑥軸滑移線上的支撐點，卸載方式為所有支撐點分級同步卸載，通過在軌道鋼梁側面設置牛腿及千斤頂進行支撐力卸載，如圖8所示。

圖8 ⑥軸支撐點卸載示意

2.7 其他注意事項

1)海洋樂園鋼結構屋蓋原設計支撐為外排混凝土框架柱及內部3根鋼柱支撐管桁架的方式。如采用滑移施工，則變為3條滑移線支撐管桁架，結構跨度及受力形式發生根本變化，變形量會有大幅增加，不能滿足設計功能要求。

通過有限元分析軟件SAP2000對滑移施工過程中管桁架屋蓋自身安全穩定性進行分析可知，約100根桿件存在應力比>0.9，主要為桁架間連系桿及⑥軸滑移線管桁架腹桿；滑移階段存在桿件應力比過大，需進行桿件替換或加固。經與設計及業主溝通，最終以更大截面鋼管替換了應力比計算過大的100根桿件，提高了管桁架本身剛度及應力情況，降低了鋼結構屋蓋受支撐形式改變所帶來的影響。

2)由于鋼屋蓋為中間屋脊高、東西兩端低的帶坡結構形式，中間⑥軸滑移線集中了全部工程量的70%，因此，中間⑥軸滑移線的液壓爬行器數量較①，⑩軸滑移線多。由于頂推點分布不均，滑移過程中3條滑移線上液壓爬行器的頂推不完全同步。因此，要對不同步工況進行驗算，通過有限元分析軟件MIDAS，主動施加不同步位移來驗算結構變形及安全穩定性。經計算，管桁架主桿件應力比均<0.8，變形可控，在安全范圍以內，因此，即使出現小的不同步值，滑移施工仍安全可行。

3)支撐結構卸載施工以理論計算為依據、以變形控制為核心、以測量監測為手段、以安全平穩為目標。卸載順序要協調統一，防止構件不均勻受力，產生較大的卸載過程應力。卸載步級要平穩，防止卸載過程產生較大的沖擊力。

3 結語

通過對海洋樂園土建結構、鋼結構、滑移措施結構的研究，進一步深入分析了適用該工程的施工工藝方法。其中，使用滑移施工技術解決了該項目場地條件緊張、大型機械無法進場施工的困難；而滑移線等措施結構依附于土建結構，解決了土建結構設計復雜、滑移線布置困難的問題；各類計算分析則驗算了滑移施工對鋼屋蓋本身及其他結構的安全影響，進一步完善了施工分析的技術模擬應用。通過策劃及實施，該工藝關鍵技術在實施過程中獲得了成功應用，鋼結構質量、安全、進度均得到了保證。