機(jī)場(chǎng)航站樓鋼桁架整體滑移法施工技術(shù)

潘麥良

（國(guó)核工程有限公司，山東 煙臺(tái) 265116）

引言

文中某機(jī)場(chǎng)二期航站樓屋面鋼結(jié)構(gòu)鋼桁架梁施工中，依據(jù)屋面鋼結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)以及現(xiàn)實(shí)情況，通過與其他類似結(jié)構(gòu)的比較，再經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治龊陀?jì)算，編制出合理的、可行的施工方案，不僅能夠節(jié)約安裝費(fèi)用和縮短施工時(shí)間，還能夠取得較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，而且為以后施工奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 工程簡(jiǎn)介

在某機(jī)場(chǎng)二期航站樓中，16榀鵬翼形桁架組成了航站樓鋼結(jié)構(gòu)屋蓋工程，該鋼結(jié)構(gòu)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(zhǎng)度，而且鋼結(jié)構(gòu)的基本截面是倒立的等腰三角形，其高和低的長(zhǎng)度都是3m，上弦的最大標(biāo)高和下弦的最低標(biāo)高分別為25.436m和13.8m，使用的材質(zhì)都是標(biāo)準(zhǔn)為20號(hào)或Q235B鋼的高頻焊管和無縫鋼管，然后相貫線焊接，就構(gòu)成了鋼結(jié)構(gòu)屋蓋。另外，航站樓的鋼結(jié)構(gòu)大約有2800t重（包括面板），每個(gè)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(jié)構(gòu)截面的變化多樣性。鋼結(jié)構(gòu)的截面大小從尺寸為1.5m×1.5m的懸挑和兩側(cè)部分到尺寸為3m×3m的中部部分，另外由于鋼結(jié)構(gòu)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(hào)為φ245mm的無縫鋼管，而下弦管一般有5種，都是型號(hào)為φ299mm的無縫鋼管。

（2）鋼結(jié)構(gòu)各節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)難度大，桁度要求苛刻，拼裝難度較大。由于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用全部為相貫焊接的節(jié)點(diǎn)，加之桿件有21種，將無法避免地減少節(jié)點(diǎn)處的構(gòu)造空間，而且設(shè)計(jì)要求節(jié)點(diǎn)的誤差不能超過2mm，這就導(dǎo)致拼裝難度的加大。

（3）與國(guó)內(nèi)常見形式相比，結(jié)構(gòu)有獨(dú)特的受力形式。由于鋼結(jié)構(gòu)使用的叉柱帽桿支撐體系，不能采用從上到下的常規(guī)施工方式來安裝鋼結(jié)構(gòu)。

（4）焊接量大，焊接檢測(cè)困難。通常都使用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊和手工電弧焊來焊接，焊接坡口的制備難度極大，加之設(shè)計(jì)要求進(jìn)行UT探傷檢測(cè)，目前國(guó)內(nèi)沒有相關(guān)的規(guī)定。

3 鋼管桁架整體滑移施工準(zhǔn)備

3.1 滑移軌道的設(shè)計(jì)安裝與施工結(jié)果驗(yàn)算

經(jīng)過反復(fù)地優(yōu)化設(shè)計(jì)方案和驗(yàn)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(jié)構(gòu)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(cè)翼加大面積鋼管檁條翼緣，增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，有利于降低桁架對(duì)該處滑移軌道產(chǎn)生的外推力。沿A、E、H軸通長(zhǎng)布置滑移軌道，并延伸至15軸外側(cè)?；栖壍婪侄沃谱鳌惭b，一個(gè)柱距為一段，固定在鋼筋混凝土支承柱的預(yù)埋鋼板上?；栖壍朗疽庖妶D1。

圖1 滑移軌道示意圖

一般而言，施工階段的結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算都是采用有限元設(shè)計(jì)軟件SUPER-84，主要是為了驗(yàn)算桁架支座在A、H軸預(yù)偏對(duì)鋼結(jié)構(gòu)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(gòu)件的穩(wěn)定性、強(qiáng)度以及桁架的位移與下?lián)隙紩?huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

3.2 桁架的穩(wěn)定控制措施

3.2.1 桁架的橫向穩(wěn)定控制

桁架在胎架上進(jìn)行安裝時(shí)，處于水平方向的A、H軸的半圓球底座向內(nèi)預(yù)偏，在放置時(shí)會(huì)出現(xiàn)水平側(cè)移復(fù)位，主要因?yàn)橛墒艿絹碜澡旒苤亓Φ淖饔谩Ｔ诟┘軉卧茣r(shí)，在A、E、H軸每個(gè)支座點(diǎn)的柱帽桿半圓球底板后加導(dǎo)向凹凸?jié)L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(wěn)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(qiáng)其穩(wěn)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(duì)應(yīng)的下弦桿，目的是讓柱帽桿和桁架以及水平拉桿構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定性較好的三角形剛體。在各軸上面，需增設(shè)幾個(gè)相互牽拉的牽掛點(diǎn)，使柱帽桿的拉力和牽掛點(diǎn)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(jié)構(gòu)的穩(wěn)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(shù)，也就是在A、E、H軸上用3臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)同步牽拉，由于在滑移時(shí)，三軸的牽引力和摩擦力會(huì)不同程度地阻礙其同步的進(jìn)行，為解決這種情況，應(yīng)采取如下措施：

使用3臺(tái)改裝過的JJM-10卷?yè)P(yáng)機(jī)，設(shè)計(jì)專用的控制柜，并且這三臺(tái)改裝過的卷?yè)P(yáng)機(jī)要不僅能夠單獨(dú)使用，而且也可以同時(shí)使用。另外，要在3條滑移軌道上設(shè)置刻度標(biāo)尺，每一格尺寸標(biāo)準(zhǔn)為50mm，大格的標(biāo)準(zhǔn)為1m，一個(gè)控制單元的尺寸標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)。設(shè)計(jì)滑輪組機(jī)構(gòu)，在使單繩牽拉力降低的同時(shí)，也使3臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)牽拉力的差距減小。

4 鋼桁架的整體滑移施工技術(shù)

4.1 滑移單元的構(gòu)成

通常會(huì)將16榀桁架分為四個(gè)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(tái)上，首先對(duì)第一單元2榀桁架進(jìn)行一系列處理，包括拼裝、焊接以及檢測(cè)，在這些步驟完成以后，如果沒有發(fā)生錯(cuò)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(guī)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(jié)構(gòu)滑移之前，首先應(yīng)該開啟卷?yè)P(yáng)機(jī)分閘系統(tǒng)，開啟以后，可以牽動(dòng)鋼絲繩，使其緊繃，經(jīng)過詳細(xì)的檢查以后，如果沒有什么錯(cuò)誤，就可以試滑移了。為了保障同步滑移，應(yīng)該專人在3條滑移軌道上觀察軌道的刻度標(biāo)尺和出現(xiàn)的水平偏差，把觀察到的數(shù)據(jù)及時(shí)地反饋給總控制臺(tái)。在滑移12.8m之后，停止滑動(dòng)，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(zhǔn)確定位確保之后桁架柱帽桿的拼裝質(zhì)量。

4.2.2 第一單元滑移

（1）在拼裝平臺(tái)上進(jìn)行第3榀桁架的拼裝、焊接、檢測(cè)，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(shè)牽拉系統(tǒng)。

（4）將第3榀俯架滑移一個(gè)柱距，在12軸處準(zhǔn)確定位，讓出拼裝平臺(tái)。

（5）拼裝第4榀桁架，與前3榀俯架構(gòu)成第一滑移單元，進(jìn)行長(zhǎng)距離滑移，每滑移2個(gè)柱距調(diào)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(diǎn)調(diào)整至后三榀銜架柱帽桿底座板處，重新布設(shè)鋼絲繩、滑輪組。

（7）將第一滑移單元頂推到設(shè)計(jì)位置，準(zhǔn)確無誤后按設(shè)計(jì)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(tái)上拼裝、焊接、檢測(cè)后，直接落放就位，其安裝偏差控制在允許范圍內(nèi)后，固定支座，割除軌道，安裝屋板等。

4.3 滑移過程結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)控

滑移可以說是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，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(xué)模型等。因此，對(duì)滑移過程結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)控是必要的，也是應(yīng)當(dāng)?shù)?，這樣做可以檢驗(yàn)滑移施工是否合乎要求，并能夠防止出現(xiàn)一些不確定因素對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)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(cè)試對(duì)象，進(jìn)行第l2榀桁架落放應(yīng)力測(cè)試，以及第1l、l2榀桁架滑移過程的應(yīng)力測(cè)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(shè)24個(gè)測(cè)點(diǎn)，在測(cè)點(diǎn)中心的平臺(tái)上設(shè)l個(gè)測(cè)控臺(tái)。采用日本產(chǎn)TV08數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配彩色噴墨打印機(jī)，單向應(yīng)變片若干。

測(cè)試步驟：

①測(cè)點(diǎn)處貼好應(yīng)變片，封膠固定，用電源線引向測(cè)試監(jiān)控臺(tái)，編號(hào)并接通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

②測(cè)試第12榀桁架落放后各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值，符合設(shè)計(jì)計(jì)算值后開始滑移。

③進(jìn)行滑移全過程的應(yīng)力監(jiān)控，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)每30s自動(dòng)采集一組數(shù)據(jù)，如發(fā)現(xiàn)應(yīng)力值超過限定值，?；{(diào)整。

從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果看，桁架在滑移過程中應(yīng)力絕對(duì)值變化最大約占屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的13%左右，且滑移到位后桁架構(gòu)件應(yīng)力值恢復(fù)較好。

4.4 滑移過程位移計(jì)算機(jī)監(jiān)控

滑移過程是一個(gè)連續(xù)的運(yùn)動(dòng)過程，為了提高監(jiān)控精度，本工程采用計(jì)算機(jī)位移監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了滑移全過程的位移、牽拉點(diǎn)同步、支座水平偏移的測(cè)量控制。

在滑移單元的前方安置一個(gè)觀測(cè)臺(tái)，在牽掛點(diǎn)的附近設(shè)3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)臺(tái)上安置l臺(tái)瑞士產(chǎn)萊卡TC2000全站儀，每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)處安1個(gè)棱鏡。進(jìn)行從開滑到停滑的全過程監(jiān)控，間隔30s掃描1次，測(cè)出3點(diǎn)的同步偏差，水平位移軌跡以及高程變化線，如發(fā)現(xiàn)觀測(cè)參數(shù)超過限定值，?；{(diào)整。通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)滑移過程的偏差均小于限定值。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，我國(guó)的建筑業(yè)也得到了快速發(fā)展，開始向大型化、綜合化發(fā)展，促進(jìn)了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(xiàn)。文中工程鋼結(jié)構(gòu)整體滑移法施工技術(shù)的成功應(yīng)用，不僅開拓了施工工藝的新領(lǐng)域，也為建造類似工程奠定了基礎(chǔ)。

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