大跨度鋼結構空間管桁架滑移法施工技術探究

杜新亮

（山西建筑工程集團有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

隨著我國大力加強城市現(xiàn)代化建設，建筑工程行業(yè)的數(shù)量和規(guī)模都在大幅增加，同時為了提高工程效率和質(zhì)量，引入了各類先進施工技術，為大跨度鋼結構空間管桁架的廣泛應用奠定基礎。但這一階段的建設具有很強的系統(tǒng)性與復雜性，亟需加強對大跨度結構空間管桁架的設計研究，以提高工程建設的效率和質(zhì)量。目前，國內(nèi)外對空間鋼結構空間管桁架結構的研究主要集中在對鋼結構空間管桁架結構的研究上。隨著科技的發(fā)展，空間結構的跨徑早就已經(jīng)超過了100m，最近幾年，因為環(huán)境保護的需要，很多能源公司的封閉式建筑的跨徑已經(jīng)達到了200m 以上，用鋼量很大，鋼構件的規(guī)格和種類也很多，并且大臨海工程建設對空間結構的受力設計和安全保障提出了更高的要求。

1 大跨度鋼結構空間管桁架結構

目前，空間管桁架結構在各類建筑項目中被廣泛應用，尤其以大型工業(yè)和市政建筑項目為主，其中以成都機場、沈陽滑雪場以及武漢跨江大橋等為典型代表。按不同類型桿架布置的受力差異性特征為依據(jù)，一般可將空間管桁架結構劃分為兩種類型：平面型和空間型。平面型空間管桁架結構是將腹桿及上下弦桿置于同一平面的一種新型結構，其平面外部的剛性較差，容易發(fā)生平面外部失衡。因而，具體施工應用中，會將腹桿與上下弦設置在三角形斷面上，可增加其適用跨度，提高其空間穩(wěn)定性，并可營造出良好的美學效果。對于大跨空間屋蓋結構，在不能有效設置平面外支撐的情況下，可采用空間三角管桁架，該型式具有更好的穩(wěn)定性，且需要更少的支撐件，從而降低工程造價。不同形狀構造的大跨度鋼結構管桁架連接方式，依據(jù)其連接連接件桿件截面的差異而定，具體如下：如果連接件截面是正方形，選用的桁架結構類型為R-R 型；如果連接件截面是長方形，選用的桁架結構類型為R-C 型；如果連接件截面是圓形，選用的桁架結構類型為C-C 型[1]。桁架的形狀會直接受到弦桿的類型的影響，一般情況下，它主要是以曲線型桁架和直線型桁架為主要形式，從提高建筑的美感角度來說，曲線型桁架具有很高的使用價值。為減少工程造價，在實際應用中，對曲線管桁架進行了曲線管桁架的設計。采用鋼管桁架結構進行設計和施工，既可以提高建筑工程的外觀美感，又可以降低成本，與其他施工材料比較，在鋼管桁架結構的應用過程中，所采用的材料具有更多的合理性，這符合現(xiàn)代建筑工程建設的需要，也符合先進的設計理念。

2 大跨度鋼結構滑移法施工技術

滑移法適合于大跨度的單跨空間桁架，對于多個桁架結構相同，單桿重量較大，支座情況比較復雜的桁架，滑移法具有巨大的應用優(yōu)勢?；品ǔ３Ｅc分段吊裝法相結合使用，使得滑移法具有快速、無須大型吊裝設備、對部分物料封閉式堆場不影響正常生產(chǎn)等優(yōu)點，以提高工程效率?；品ǖ墓ぷ髟硎牵阡摻Y構管桁架基礎上預設焊接滑動軌道，待鋼結構管桁架拼接組裝完成以后，將其平穩(wěn)放置在滑動軌道中，利用滑動軌道上部的頂推設置來將拼裝好的管桁架一榀一榀地滑移輸送，重復操作拼接，滑移，輸送等步驟，將整個鋼結構管桁架組裝完整后，再應用頂升系統(tǒng)統(tǒng)進行管桁架的卸載和安裝。從目前的情況來看，鋼結構空間管桁架滑移法在工程實踐中取得了良好的使用效果，成為大跨度鋼結構工程應用的不二選擇。

鋼結構構件的焊接對結構工程的質(zhì)量有著最直接的影響，因此，要選擇合適的焊材、焊機，對焊接電壓和電流進行控制，確保焊接部位的清潔及焊接作業(yè)與標準規(guī)范相一致，還要做好焊縫的檢測工作。在吊裝之前，應對吊點、吊索、卡環(huán)等進行校核，并對吊機的選用和基礎的承載力是否符合標準進行校核。采用有限元方法，對大跨鋼結構空間管桁架進行了數(shù)值模擬，并對其在實際工程中的應用進行了詳細的分析。著重對施工大臨的荷載分布、結構吊裝時的應力變化及變形、滑移對結構造成的應力變形等進行了分析。此外，還需要做好數(shù)據(jù)監(jiān)測工作，來確保鋼結構的安裝精度和結構在施工過程中的安全，在設置監(jiān)測點的時候應盡量選擇應力較大，承載力和穩(wěn)定性有較大影響的部位。

在選擇大跨空間鋼結構的施工方法時，要綜合考慮多種因素。

（1）在工程設計中，跨距是最主要的考量因素，跨距的大小對工程建設中的質(zhì)量控制措施、安全保護措施、造價控制和進度控制等有很大的影響。

（2）建筑用途及構型，建筑用途通常決定其構型，如體育館，封閉式煤棚，火車站等，因其用途不同，其構型和樣式也會有差異。不同的建筑平面形態(tài)對建筑形式的選擇起著重要的作用[2]。

（3）工地施工條件，工地施工條件雖不能確定施工方式，但施工條件常常會制約一些施工方式，例如場地狹窄，施工與生產(chǎn)同步進行，項目臨近居民小區(qū)，這些都是施工方式的限制，因此，我們在選擇施工方式時，一定要將其考慮在內(nèi)。

3 大跨度鋼結構空間管桁架設計要點

3.1 主管不等壁厚對接設計

由于主管對接口完全與跨度的變截面位置重合，在進行施工作業(yè)時就會產(chǎn)生往往會出現(xiàn)不等壁厚對接問題。為了解決這個問題，設計人員在具體施工時，必須和廠家協(xié)商，在全部主管對接口處進行打內(nèi)坡口處理，并采用折板來達到起到襯墊作用的目的。但在工程實踐中，大部分的內(nèi)坡口構件都存在著施工困難和耗時的問題。另外，由于與發(fā)達國家比較，我國的無縫鋼結構空間管生產(chǎn)技術還具有一定的滯后性，所以能夠充分運用卷管制方法，但這一過程中產(chǎn)生的直縫鋼結構空間管圓度差問題是無法避免的。對于此項工程施工有明確的施工標準規(guī)定，縫鋼結構空間管的外徑誤差必須控制在1%以內(nèi)，彎曲程度誤差不得超過3.0mm/m。當同時進行雙構件焊接時，二者出現(xiàn)寬度和厚度誤差允許范圍在4mm 以內(nèi)，當超出誤差范圍，處理方法是，在寬度和厚度兩個垂直面上，分別沿著另一側制成斜角，斜角坡度的控制參數(shù)為1:1.25。

3.2 K 型搭接節(jié)點處設計

根據(jù)K 型搭接的結構特點，可將搭接劃分為全搭接、部分搭接和間隙搭接3 種。對于不同的結構節(jié)點，在設計時要科學地選擇并控制其搭接方式，以防止隱焊點增多。總體來說，在設計時，應該對主管與腹桿的直徑比例進行嚴格的控制，這兩個比例的數(shù)值應該不低于0.2，也不能超過1，而在腹桿之間的搭接量應該不低于25%。在節(jié)點的選擇上，要注意采用行之有效的方法，把搭接節(jié)點換成間隙節(jié)點，這是由于與有搭接節(jié)點相比，間隙節(jié)點具有裝配方便、施工方便等優(yōu)點。一般情況下，在搭接節(jié)點的選取上，重點是要使被搭接管的長度為25%，使搭接管與搭接管的交疊。而且，對于搭接節(jié)點構件來說，圓管外層直徑與構件壁的厚度之比不得大于100[3]。在設計和施工中，如果出現(xiàn)了不同厚度的腹桿，則在進行實際的焊接施工時，要把薄壁鋼管搭在厚壁鋼管之上。由此可以看出，在實際設計空間管桁架的時候，應該對桿件節(jié)點承受力和桿件展開重點考慮，對節(jié)點的構造要給予足夠的重視，從而為其他設計環(huán)節(jié)打下良好的基礎。

3.3 交匯口補塊設計

在建筑工程設計工作，具有系統(tǒng)性和復雜性的特征，影響工程質(zhì)量的因素也比較多，比如由于材料的差異、機械的精度不足、裝配工藝不完善等原因，都可能造成相貫口縫隙過大。因此，為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，只有及時展開查缺補漏才能夠有效地降低相貫口縫隙過大現(xiàn)象發(fā)生的概率。一方面，若桁架與主弦管交匯口間隙大于8mm 時，必須完全更換交匯口并進行切削，在實際展開切削時，應保持長橢圓形狀，長度大于500mm；并且需要利用打坡口焊接施工的方法來完全替換掉切割面。在分支管交匯口間隙較大時，實施分支管交匯部分部件補丁，采用長橢圓補丁，確保其長度不低于300mm，并采用坡口焊接法。

4 大跨度鋼結構空間管桁架滑移法施工方法

4.1 鋼結構空間管桁架梁的制作及運輸

首先，仔細審閱圖紙，研究施工計劃，在模板臺上將大樣1:1 放出，確保精確度，檢查尺寸，并在節(jié)點旁邊標注出每根柱子的大小，以便檢查。根據(jù)樣板的要求，對原材料進行打樣，打上各類工藝標記，以便進行合理選擇。其次，在放樣號料時，要按工藝要求預留出焊接收縮量以及切削、刨邊等加工余量。在進行氣割之前，要把被氣割的鋼板上的銹跡、污垢等清理掉，氣割結束后，要把爐渣、飛濺的雜物清理掉。再次，進行組對，把下好的各桿件按施工圖紙進行組對，并對制作成型的構件進行編號。在對構件矯正后，鋼材的表面不能出現(xiàn)明顯的損壞痕跡，而且劃痕的深度不能超過0.5mm。此外，彎制成形的部件要用圓弧模子檢驗，模子之間的空隙不能超過0.2mm。最后，經(jīng)檢驗合格的構件方可出庫，按裝配次序?qū)⒚恳桓旒芰哼\送到工地。

4.2 滑道、滑板設計

基于滑移法的桁架自身重量較大、滑動時存在橫向軸向推力、滑動軌跡呈弧形分布等特性，選擇了普通鋼片+聚四氟乙稀滑塊的滑移方法。為了確?；赖倪B續(xù)性，可以在柱的頂部支座處提前布置連接鋼板，用來平穩(wěn)銜接滑動箱梁之間的距離，具體的做法就是，支裝外圍兩端和預埋鋼筋的箱梁焊接，并加設外側鋼制擋板。

4.3 牽引設備和牽引方法

液壓牽引設備選用200t 液壓牽引器，鋼絞線10 根一束，沿牽引軸線單臺布置，共設置2 臺液壓牽引器，配套2 臺液壓泵站、動力柜及相應計算機控制系統(tǒng)。牽引千斤頂選用4 臺液壓千斤頂，由一個泵站帶動200t液壓千斤頂，牽引鋼絞線為10 根180 級低松弛鋼絞線，微機同步控制。被牽引桁架由后部錨具固定并與牽引鋼絞線拉緊，前部卡具卡緊，千斤頂頂升，被牽引桁架移動，千斤頂頂升后，牽引力轉由后部錨具承受，前部夾具打開，千斤頂回油，被牽引桁架由后部錨具承受，前部錨具沿鋼絞線滑移[4]。

4.4 曲線滑移的同步性控制技術

針對實際工程中兩條滑軌長度不同的情況，將兩條滑軌的角速度同步性轉化為兩條滑軌的線速度同步性。在A 軸向滑動速度和G 軸向滑動速度分別為8.5m/h 和10.2m/h。通過微機控制，實現(xiàn)了油缸的同步，精確度達到20mm。在滑板上，液壓牽引裝置的壓力表處和微機控制室，都有專門的人負責監(jiān)視，微機控制室負責總體控制。如果觀測站中的任意一個，匯報的滑動誤差超出了容許范圍，那么電腦就可以停止滑動。在確定了超差數(shù)值和單邊滑動修正后，再執(zhí)行正常滑動。

4.5 頂升就位

當桁架滑動到位之后，在對各個部位的尺寸、標高和支座位置進行檢驗之后，參照變形協(xié)調(diào)，卸載平衡的原則，對桁架進行頂升就位操作。用千斤頂提升G 軸上的支撐點，然后將滑移梁軌拉出，讓桁架的自重順利地過渡到支座上，當桁架的下?lián)馅呌诜€(wěn)定時再進行支架的安裝作業(yè)。將G 軸托架安裝好后，再將A 軸托架上的支承點按相同方式安裝到托架上。采用微機控制的直線同步滑移，剛性連接，近點牽引滑板滑移，有效降低了吊起和滑動變形，確保了安裝過程的順利。拱頂與主桁架的鉸鏈結構，便于對主桁架進行糾偏和頂板就位。在A 軸向上的主桁架支承，采用滑移法進行，能較好地補償大跨鋼梁的溫度變形[5]。

5 結語

綜上所述，空間管桁架是現(xiàn)代鋼結構工程重要組成部分，而滑移法則是普遍使用的空間管桁架吊裝方式之一，對于提高工程施工效率和質(zhì)量，確保大跨度鋼結構的安全具有十分重要的作用。在如今城市化和工業(yè)化持續(xù)深入發(fā)展的時代背景下，建設工程規(guī)模和難度不斷增大，對鋼結構工程施工的要求越來越高，因此在大跨度鋼結構空間管桁架工程中如何應用滑移法施工技術來有效提高建筑施工效率和質(zhì)量，成為工程順利開展的關鍵和基礎。在實際施工過程中，由于空間管桁架滑移法涉及多項施工技術，必須加強現(xiàn)場施工工藝的監(jiān)管，執(zhí)行標準化施工流程，以技術創(chuàng)新為支點，提升鋼結構空間管桁架滑移法施工的安全性。