異形曲面鋼結(jié)構(gòu)高空液壓頂推滑移安裝技術(shù)

吳春桃，李鴻豪（中建一局集團(tuán)第一建筑有限公司，上海 201103）

1 工程背景

上海市某商業(yè)辦公綜合體項(xiàng)目采用高空異形曲面指廊鋼結(jié)構(gòu)，占地面積 24 hm2，建筑面積 19 hm2。裙房商業(yè)區(qū)屋面分為蘑菇頂天窗與指型天窗 2 個(gè)部分。天窗鋼結(jié)構(gòu)由矩形鋼管焊接而成；指型天窗鋼結(jié)構(gòu)最低安裝標(biāo)高 31.6 m，最大安裝標(biāo)高 33.5 m，通過吊柱及牛腿吊掛于各裙房之間。建筑平面如圖1 所示：

圖1 建筑平面圖

指型天窗的端部存在懸挑段，最長懸挑段達(dá) 14 m，受施工條件限制，無法按照傳統(tǒng)的垂直散件吊裝拼裝工藝進(jìn)行散拼安裝，因此采用高空液壓頂推滑移安裝技術(shù)安裝這部分鋼結(jié)構(gòu)。

2 滑移單元?jiǎng)澐?/h2>

指形天窗滑移范圍為 B3 軸向 B1 軸方向的全部天窗鋼結(jié)構(gòu)。將滑移范圍內(nèi)的天窗鋼結(jié)構(gòu)共劃分為 6 個(gè)滑移單元，每個(gè)滑移單元包含 2 個(gè)天窗網(wǎng)格，寬度約為 4105 mm，滑移單元最重分塊重量約為 5 t?；剖┕r(shí)，在 B2～B3 軸之間設(shè)置 6 m×11 m 的安裝平臺(tái)，并利用天窗吊柱分別在BB 軸和 BD 軸各設(shè)置 1 條通長的滑道，單條滑道長度約為22 m，頂面標(biāo)高 +32.411 m?；茣r(shí)，由 B 3 軸向 B 1 軸方向滑移；安裝時(shí)，各滑移單元按照 B 1 軸到 B 3 軸的順序依次安裝滑移。

3 臨時(shí)措施設(shè)計(jì)

利用豎向支撐構(gòu)件設(shè)置滑移臨時(shí)措施，豎向支撐構(gòu)件立于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件或混凝土梁上?；屏哼x用 200 mm×200 mm×8 mm×12 mm 的 H 型鋼（每 2000 mm 設(shè)置 1 組加勁板，板厚 8 mm），吊架之間的聯(lián)系桿選用 10 號(hào)雙拼槽鋼。在支撐構(gòu)件處設(shè)置支撐牛腿，規(guī)格同滑移梁。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件通過滑移吊架懸掛于兩側(cè)的滑移梁上，滑移吊架與滑移梁接觸位置設(shè)置滑移底板，滑移底板直接在滑移梁頂面滑移。臨時(shí)措施材料材質(zhì)均為 Q345B。滑道系統(tǒng)如圖2 所示。

圖2 滑道系統(tǒng)示意圖(mm)

3.1 滑移底板設(shè)計(jì)

水平滑移過程中，為防止出現(xiàn)“卡軌”和“啃軌”現(xiàn)象，將滑移支座前端（滑移方向）設(shè)計(jì)為錐面形式。通過以上設(shè)計(jì)可以有效防止滑移支座與兩側(cè)滑道側(cè)壁頂死—“卡軌”以及滑移底板因滑道不平整卡住—“啃軌”的情況出現(xiàn)。

3.2 軌道設(shè)計(jì)

滑移軌道長度約 22 m，軌道外懸挑段 9.6 m。本工程直接利用滑移梁進(jìn)行滑移，軌道的側(cè)擋板采用規(guī)格為 20 mm×25 mm×100 mm 的鋼板，材料材質(zhì)均為 Q235B。

側(cè)擋板在滑移軌道兩側(cè)對稱設(shè)置，凈間距為 140 mm。由于滑移路徑為曲線，所以側(cè)擋板在沿滑移方向的間距設(shè)計(jì)為 430 ～ 450 mm 不等。

3.3 頂推點(diǎn)設(shè)置

利用天窗的吊柱，在標(biāo)高 +32.411 m 標(biāo)高處設(shè)置滑移梁，分別在結(jié)構(gòu) BB 軸和 BD 軸各設(shè)置 1 條滑移軌道，共計(jì)2 條。每條滑移軌道上布置 1 組頂推點(diǎn)，每組頂推點(diǎn)配置 1臺(tái) XY-HY－50 型液壓頂推器，共計(jì) 2 臺(tái)。

3.4 滑移吊架設(shè)計(jì)

天窗滑移吊架由吊架橫梁和吊架立柱組成，其中吊架橫梁選用 H 型鋼。在滑移梁頂面放置滑移底板，限位塊的規(guī)格為 20 mm×50 mm×100 mm，滑移吊架材料材質(zhì)均為Q345B?；频跫懿贾萌鐖D3 所示。

圖3 滑移吊架布置圖(mm)

4 滑移安裝施工要點(diǎn)

4.1 單元安接要點(diǎn)

（1）將安裝端固定時(shí)的溫度點(diǎn)作為溫度基準(zhǔn)點(diǎn)，在安裝的當(dāng)天，選擇與固定時(shí)的溫度點(diǎn)相差不大的時(shí)段進(jìn)行組對。

（2）在安裝前，用全站儀對兩側(cè)已經(jīng)安裝好的構(gòu)件軸線進(jìn)行精密測量，一旦發(fā)現(xiàn)誤差超標(biāo)，馬上進(jìn)行校核，以免對接處就位的時(shí)間過長。

4.2 滑道側(cè)擋板的控制要點(diǎn)

（1）為保證滑道側(cè)擋板與頂推支座之間有足夠的接觸面，滑道側(cè)擋板的設(shè)置形式應(yīng)嚴(yán)格按照圖紙?jiān)O(shè)計(jì)形式安裝。

（2）滑道側(cè)擋板與滑道、滑移梁的焊縫高度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，滿足抵抗頂推反力的使用要求。

（3）所有滑道上的側(cè)擋板的起始安裝位置應(yīng)在同一軸線位置處，并在每條軸線位置處重新設(shè)置起始點(diǎn)，以減小累積誤差，滿足滑移同步性的要求。

（4）同一滑道兩側(cè)的側(cè)擋板安裝誤差應(yīng) ＜ 1 mm，相鄰滑道側(cè)擋板的間距誤差應(yīng) ＜ 3 mm。

（5）側(cè)擋板前方（滑移前進(jìn)方向）嚴(yán)禁焊接，避免焊縫凸出導(dǎo)致“卡軌”。

4.3 曲線滑移同步性控制

當(dāng)滑移平面路徑為曲線時(shí)，如果滑移軌道兩側(cè)滑移路程不同，滑移單元各點(diǎn)線速度與角速度均不相同。在施工中，通過傳感檢測與計(jì)算機(jī)同步控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)收集滑移結(jié)構(gòu)的位移、受力、速度等信息，通過信息反饋同步下發(fā)指令至液壓頂推系統(tǒng)，調(diào)整各滑移頂推點(diǎn)的液壓頂推器推力，完成曲線滑移的同步控制與自主糾偏。

同時(shí)，在中央控制室的操作人員，通過液壓同步計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的人機(jī)界面，對液壓頂推過程及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察和控制，以確?；七^程的精確度與安全性。

4.4 分級(jí)加載試滑移

待液壓頂推系統(tǒng)設(shè)備檢測無誤后開始試滑移。開始試滑移時(shí)，逐漸上調(diào)液壓頂推器伸缸壓力，依次為所需壓力的20%、40%。在一切正常的情況下，可繼續(xù)加載到 60%、70%、80%、90%、95%、100%。

滑移單元開始有移動(dòng)時(shí)暫停頂推作業(yè)，保持液壓頂推設(shè)備系統(tǒng)壓力。對液壓頂推器及設(shè)備系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及安全性絕無問題后，才能開始正式頂推滑移。

4.5 結(jié)構(gòu)卸載

結(jié)構(gòu)滑移就位后，按照工況模擬和卸載方案進(jìn)行分級(jí)卸載，完成安裝。結(jié)構(gòu)卸載及不同單元連接時(shí)，需考慮溫度影響，不宜在午間卸載、安裝。

5 鋼結(jié)構(gòu)滑移過程中穩(wěn)定性分析

本次吊裝的作用荷載即為結(jié)構(gòu)自身的重量，其自重約為29 t。結(jié)構(gòu)計(jì)算采用空間有限元程序 SAP2000，結(jié)構(gòu)的各階失穩(wěn)的臨界荷載安全系數(shù)最小值為 12，＞1，滿足規(guī)范的穩(wěn)定系數(shù)要求。

整體變形分析如下：跨中最大變形 72 mm，懸挑長度為 10000 mm，變形為跨度的 1/139，大于規(guī)范規(guī)定的1/250 荷載作用下變形限值，拼裝時(shí)需進(jìn)行預(yù)起拱。吊柱結(jié)構(gòu)材質(zhì)為 Q345B，臨時(shí)措施材質(zhì)選用 Q345B，抗拉、抗壓、抗彎設(shè)計(jì)值為 295 N/mm2，抗剪設(shè)計(jì)值為170 N/mm2。計(jì)算軟件采用 Ansys Workbench R15.0。有限元輸出結(jié)果顯示：雙吊柱工況最大應(yīng)力 345 MPa，發(fā)生在橫梁中部局部；單吊柱工況最大應(yīng)力 338 MPa，發(fā)生在預(yù)埋件焊接處局部。計(jì)算結(jié)果滿足滑移工況要求。

6 結(jié) 語

通過在滑移單元上設(shè)置不同高度的豎向吊桿，完成豎直平面內(nèi)的曲線滑移路徑。通過設(shè)計(jì)水平滑移軌道的弧度，并在滑移系統(tǒng)上根據(jù)滑移線路進(jìn)行不等距限位擋板設(shè)置，完成水平曲線的滑移路徑。豎直平面與水平平面內(nèi)的曲線滑移路徑，可以合成三維空間內(nèi)的異形曲線滑移路徑，從而保證異曲面滑移的可行性。通過液壓頂推、分塊累積滑移的方法，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的滑移安裝，達(dá)到了預(yù)期效果。