大跨度鋼結構滑移施工技術研究

張東川，魏冰遠

（中交一公局第九工程有限公司，廣州 511300）

1 引言

近年來，隨著鋼結構產業的不斷發展，大型航站樓、展覽中心等大跨度公共建筑快速崛起， 在各類大型建筑施工過程中以滑移施工為代表的各類新技術憑借其施工效率高、 安全性好、定位精確等優勢在工程施工中得到廣泛應用。 項目滑移施工主要通過在主體結構兩側鋼柱上布置牛腿搭設滑移軌道，將單榀桁架采用大型履帶吊吊裝至滑移軌道既定位置后，在桁架兩端使用爬行式液壓千斤頂采用累積滑移的方式進行鋼桁架安裝，通過使用該工法，大大解決了項目工期緊、交叉施工等問題。 同時該方法的成功應用為項目后續屋面鋼桁架施工積累了寶貴的經驗[1]。

2 工程概況

某會展中心項目地上主體結構為鋼結構，結構形式采用鋼框架+中心支撐，其建筑尺寸南北長106.8 m，東西長182.2 m，建筑高度35.3 m，項目鋼結構總體用鋼量約1.2 萬t。該主體結構主要分為框架結構和桁架結構兩部分，其中1-A～1-C、1-F～1-H 軸為框架區域，最大跨度9 m；1-C～1-F 軸為桁架區域，最大跨度58.2 m。 項目二層桁架主要位于1-C～1-F/1-3～1-8 軸，共計11 榀，單榀桁架長54.38 m、高5.76 m，平均質量約135 t，加在桁架間次梁二層桁架滑移施工總質量約1 600 t。

3 主要施工工藝

鋼結構滑移施工主要工藝流程如下：

框架結構安裝→軌道梁安裝→鋼桁架穿靴→桁架吊裝→鋼結構滑移施工→檢查驗收。

3.1 框架結構安裝

地上主體框架結構安裝前車庫頂板已全部施工完成，其中±0 以下鋼柱在車庫頂板施工時同步實施， 框架結構安裝前采用地下室樓板反支撐+在地面上鋪設橡膠減震墊及路基箱方式進行加固。 地上鋼構件吊裝前，在所要吊裝的框架柱的柱翼緣上用記號筆將鋼柱4 個翼緣面做好中心標記。 在吊裝時，先將鋼柱下端中線與地下鋼柱的柱中心對準， 并及時安裝上下柱連接夾板；然后架設2 臺經緯儀，這2 臺經緯儀與安裝鋼柱的夾角成90°，校正鋼柱的垂直度。若有傾斜，則在柱頭上拉鋼絲繩，繩子下端通過倒鏈固定在下節柱頭上，拉緊倒鏈，即可控制柱子垂直度在允許范圍內。 調整鋼絲繩至現場焊接完成后才可放松拆除。安裝時首先安裝標高+16.000 m 以下的鋼柱、鋼梁及鋼支撐，安裝時應先遠后近避免就近安裝出現阻礙吊臂吊裝的情況，1-A～1-C、1-F～1-H 軸框架區域采取兩臺履帶吊同時安裝。 其中1-F～1-H 軸框架安裝時履帶吊位于主體結構外側優先安裝1-E～1-G 軸的構件， 再安裝1-H 軸的構件；1-A～1-C 框架安裝時履帶吊位于1-C～1-D 軸， 優先安裝1-A～1-B 軸的構件，再安裝1-B～1-C 軸的構件；安裝時均應先遠后近、先低后高、自東向西依次安裝。待標高+16.000 m 以下鋼構件安裝完成后， 按照同樣方式再由東向西安裝標高+16.000 m 以上鋼構件， 直至兩側框架結構全部安裝完成，并經檢測符合要求[2]。

3.2 軌道梁安裝

根據施工工藝需要， 需在1-C 與1-F 軸各布設一道滑移軌道用于支撐滑移結構[3]。 首先在鋼柱預制階段預制滑移軌道梁牛腿，鋼柱安裝完成后，將滑移軌道牛腿補充安裝完畢并要求焊縫為等強焊縫， 同時牛腿端部應上挑5 mm 并復測全部牛腿標高，使其誤差不超過3 mm，以確保后續軌道平整。 軌道牛腿安裝完成后，在地面進行軌道梁及軌道（見圖1）安裝，其中，軌道梁由HN900 mm×300 mm 工字鋼組成，兩側翼板使用16 mm厚鋼板進行加固，間距1 000 mm。軌道采用43 kg 級專用鋼軌，軌道及軌道梁之間采用壓板進行連接。軌道及軌道梁臨時連接并吊裝至軌道牛腿上經復測完成后， 使用φ102 mm×4 mm 圓管每3 000 mm 一道進行加固。滑移軌道的安裝精度關系到整體滑移施工的進度，滑移軌道就位后需保持軌道中心距53.350 m、軌道水平度高差在±5 mm、直線度±3 mm，軌道頂標高9.980 m。

圖1 滑移軌道安裝示意圖

3.3 鋼桁架穿靴

為便于鋼桁架滑移施工，宜在滑移結構底部設置滑靴，其中滑靴應與滑軌可靠接觸， 并應滿足滑靴與滑軌局部承壓的要求。 同時為確保滑移施工安全，避免在施工過程中滑靴脫軌而引發安全事故，應在滑靴兩側設置限位板，其單側距離距滑軌不小于30 mm。 滑靴上表面同樣設置前后限位板，限位板間距與鋼桁架寬度相同，以避免桁架滑移過程中偏位。 待二層桁架現場組拼完成后， 測放出滑靴位置并在桁架左右兩側各安裝一個滑靴，使兩滑靴中心距為53.350 m，此過程俗稱穿靴。

3.4 桁架吊裝

考慮本項目二層桁架單榀質量達150 t，為滿足拼裝精度需使用胎架進行組裝， 胎架組裝區場地需硬化且平整度需達標，承載力需達到100 kN/m2，方可滿足拼裝施工要求。 拼裝前應對地面進行測量交接，胎架制作完成后履行驗收程序，驗收重點主要為觀察焊接節點是否滿足要求，根部及架體是否牢固等。

為確保吊裝安全，采用在桁架上增加吊耳形式進行吊裝，具體吊裝方式為沿桁架長度方向選取4 個點位（見圖2），每個點位沿桁架厚度方向布置兩個吊點，以此采用“四點八繩”方式進行吊裝。 鋼絲繩布設時靠內側“兩點四繩”作為桁架主吊點，采用4 根φ65 mm 型鋼絲繩；靠外側“兩點四繩”作為輔助吊點，采用4 根φ38 mm 型鋼絲繩。 最終通過卸扣將鋼絲繩與吊耳相連，以具備吊裝要求。

圖2 桁架吊裝吊點布置示意圖

首榀鋼桁架吊裝就位后應對其臨時固定， 其主要方法為將1-8 軸鋼桁架起吊至1-2 軸位置后，在其底部中線兩側各6.5 m 處采用千斤頂臨時支撐， 在鋼桁架兩側各使用4 根φ159 mm×4 mm 圓管進行臨時固定，待固定牢固后，拆除鋼絲繩，進行第二榀二層桁架吊裝。 后續桁架吊裝過程同首榀桁架。

3.5 鋼結構滑移施工

鋼桁架滑移施工首先應搭設二層桁架滑移平臺，滑移平臺采用H 型鋼柱及H 型鋼梁作為主要承重構件， 平臺頂部鋪設花紋鋼板作為人員操作平臺，花紋鋼板下方設置角鋼增強花紋鋼板剛度。 安裝時應嚴格按照布置圖進行安裝，且應保證安裝牢固可靠。 第一、二榀鋼桁架就位后，使用汽車吊進行桁架間次梁連接使之組合成滑移分塊一，在第一榀桁架左右兩端剛軌道位置各布置一個液壓油軌，其一端通過銷軸與鋼桁架相連，另一端通過夾軌器與軌道相連。 經連接完成后，拆除首榀鋼桁架臨時固定裝置，使用計算機液壓同步控制系統開始鋼桁架滑移，液壓油缸單次滑移行程為600 mm，滑移速度以不超過8 m/h 為宜。 結合施工圖紙，每次滑移距離為每榀桁架間距離即9 m。 待滑移完成后，重復鋼桁架組裝、穿靴、吊裝等過程，使鋼桁架吊裝至滑移軌道上，進行桁架間次梁連接， 連接完成后再次進行第一至第三榀鋼桁架滑移施工，隨著鋼桁架不斷增多，滑移結構質量不斷增大，需同步增加液壓油缸。 本項目隨著滑移結構的不斷增大，在第一、三、五、七、九榀鋼桁架兩側各使用一個滑移油缸，共計10 個，進行滑移施工。 待十一榀鋼桁架全部連接就位后，使用液壓同步裝置共同滑移至設計位置，最后與對應牛腿連接使之成為永久結構。

3.6 檢查驗收

二層鋼結構滑移施工完成后， 對其安裝精度及撓度進行復測及監測。 其各項指標應符合表1 中的相關要求。

表1 桁架施工允許偏差

4 動力系統同步工作原理

液壓同步滑移施工技術核心設備采用計算機控制， 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。 施工過程中可以根據滑移構件產生滑移摩擦力的大小來配置頂推油缸的數量， 本項目二層桁架滑移施工隨著滑移構件的不斷增多，最多使用了10 個頂推油缸。 首榀桁架就位后網絡控制系統根據液壓油缸行程信號， 確定所有液壓油缸當前位置， 主控計算機綜合用戶的控制要求和液壓油缸當前狀態信息，決定液壓油缸的下一步動作。 當主控計算機決定液壓油缸的下一步動作后，向液壓泵站發出同一動作指令，控制相應的電磁閥統一動作，實現所有液壓油缸的動作一致，同時伸缸、縮缸或根據行程信息實時調節伸缸速度。 為了保證滑移過程中的位移同步，系統中設置了超差自動報警功能。 一旦某跟隨點同主令點的同步距離差超過某一設定值， 系統將自動報警停機，以便檢查，后續通過手動干預調節。

5 結語

大跨度鋼結構在現代化建設工程中應用廣泛， 具備尺寸大、強度大、性能優等特點。 其空間結構類型也有很多種，比如網架結構、網殼結構等。 在施工過程中鋼結構安裝所使用的方法也很多，如高空散裝法、分條吊裝法、分塊吊裝法、整體提升法等。 本文重點介紹了鋼結構滑移施工工藝及原理，并對鋼結構施工過程中相應的精度控制給出了具體的要求。 同時為了控制大跨度鋼結構構件安裝精度， 還應采取規范的鋼結構安裝順序、支撐系統，結合大跨度鋼結構力學原理進行施工，保證在安裝過程中荷載不超重，確保施工安全。