大跨度重型鋼桁架屋蓋固步式等高免卸載滑移施工技術

楊 威，王蓬勃，余繼軍，曾維鋒，黃朝奎，張澤峰

（1、湖北精工工業(yè)建筑系統(tǒng)有限公司 武漢 430312；2、中建五局第三建設有限公司 長沙 410004）

0 前言

鑒于目前智能電子行業(yè)飛速發(fā)展，鋼桁架屋面有著安裝效率高、強度大、大跨度大開間及可與多種結構形式組合等諸多優(yōu)勢，其中，鋼桁架屋面+混凝土框架結構的組合形式較為常見，由于施工場地狹窄，不利于桁架拼裝和吊機站位；建筑高度和進深較大，采用吊裝方案選用吊機型號較大，非常不經(jīng)濟。累積滑移可在廠房的單側或兩側進行吊裝、滑移，減小吊裝工作量和吊裝難度，結構成型質量高，技術經(jīng)濟顯著提高。本文以某電子加工廠鋼結構項目為例，為同類型鋼桁架屋面結構的安裝提供一種新的思路［1］。

1 工程概況

湖北武漢某電子加工廠鋼結構項目總占地面積8 347 m2，總建筑面積29 216.7 m2。結構體系為混凝土框架+屋面鋼桁架，一共4層，長×寬=97.2 m×84.0 m。

該項目13～16 軸交A～H 軸區(qū)域為混凝土框架結構，1～13 軸交A～H 軸為鋼桁架屋面，72 m×84 m，柱距6 m，共13榀桁架。偶數(shù)軸號鋼桁架在H軸處無立柱，主桁架與相鄰偶數(shù)軸間的托梁桁架連接。屋面鋼桁架柱腳底標高+21.000 m，下弦底標高+21.250 m，上弦頂最高處標高+28.160 m，桁架高度因坡度在5.300～6.560 m 不等。鋼桁架屋面分為2 跨，每跨42 m。鋼桁架之間A/D/M/Q 軸設有垂直支撐桁架，如圖1所示。加上跨中H 軸的托梁桁架，整個鋼桁架屋面共5 道垂直支撐桁架，其他區(qū)域按一定間距布置屋面次梁。鋼桁架屋面自重約3 000 t。

圖1 臨時支撐架現(xiàn)場Fig.1 Site Image of temporary Support Frame

2 施工工藝及特點

大跨度重型鋼桁架屋面一般可采用大噸位吊車高空吊裝和滑移的方式進行安裝，因屋蓋下方為混凝土框架結構，吊裝施工時吊車在廠房兩側站位進行吊裝，吊裝半徑大，起吊高度高，需采用600 t 以上的履帶吊進行起吊，存在施工周期長，高空作業(yè)危險系數(shù)大、地基承載力要求高、經(jīng)濟性差的缺點。常規(guī)的累積滑移需將滑移單元抬高20～30 cm，待滑移到位后采用千斤頂對屋面結構分區(qū)分塊卸載［2］，此工藝對桁架同步卸載精度高，需同時啟動大量千斤頂。

本工程在施工安裝中，充分吸收了高空拼裝、滑移工藝的優(yōu)點，采用“等高免卸載”的累積滑移工藝，順利完成了大跨度鋼桁架屋面結構施工，為重型大跨鋼桁架工程提供可借鑒的經(jīng)驗技術［3-4］。

2.1 施工方案

根據(jù)專項施工方案、現(xiàn)場條件、經(jīng)濟安全性等多因素考慮，鋼桁架屋面結構選用“累積滑移”［5］以實現(xiàn)施工安裝。

在1～3 軸處搭設臨時支撐架，高空對接、拼裝首榀滑移單元，即滑移一區(qū)：11 軸～13 軸桁架，如圖2 所示。采用“液壓同步頂推滑移”系統(tǒng)將拼裝完成的桁架滑移單元向13 軸方向滑移12 m 距離，再拼裝滑移9軸～11軸結構，以此類推，直至將3～13軸結構整體累積滑移到位并卸載落位，原位補裝1～3 軸結構。軸線1～3處結構直接使用原位吊裝方法，安裝就位［6］。

圖2 鋼結構屋面滑移分區(qū)示意圖Fig.2 Schematic Diagram of Sliding Zones on Steel Structure Roof （mm）

埋件布置在1～4 軸交E～F 和K～L 軸之間的混凝土柱上，底部圈梁與混凝土樓面埋件之間布置400×20鋼板，經(jīng)過計算底部圈梁的最大豎向撓度不超過3 mm，增加20 mm 厚墊板后，在工作狀態(tài)下圈梁與+14.100 標高樓面不接觸，不破壞板面。頂部圈梁與交叉支撐采用焊接，圈梁上壁（+20.920 m）距桁架下弦底（+21.250）相差330 mm，此處根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用矩管200×16 進行支撐，用以配合千斤頂?shù)捻斏饔茫硅旒芟孪颐撾x支撐架，給滑移留足空間。頂撐胎架在1～2、2～3 軸之間采用H 型鋼水平支撐桁架進行連接，以保證其穩(wěn)定性。

塔吊標準節(jié)與底部圈梁和上部圈梁采用螺栓連接，在梁的側面增加連接耳板，由鋼構深化設計確定。

2.2 滑移施工模擬分析［7］

針對桁架施工過程中的滑移環(huán)節(jié)及部位進行仿真計算模擬分析，分析安裝過程中桿件及支撐結構的應力及變形情況，根據(jù)計算結果，原結構滿足滑移所需的結構強度，無需加固處理。

在滑移過程中，頂推器所施加的推力和所有滑靴與滑軌間的摩擦力F達到平衡。摩擦力F=滑靴在結構自重作用下豎向反力×1.2×0.15（滑靴與滑軌之間的摩擦系數(shù)為0.13～0.15，偏安全考慮取摩擦系數(shù)為0.15，1.2 為摩擦力的不均勻系數(shù)）。通過midas 軟件計算可得，各滑靴反力數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 各滑靴反力Fig.3 Reaction of Each Sliding Shoe （mm）

計算可知：

A軸與Q軸最大Z向反力F=423.4 t；

H軸最大Z向反力F=1 586.1 t；

A/Q 軸總的摩擦力大小為：T=423.4×1.2×0.15=76.212 t；

H 軸總的摩擦力大小為：T=1 586.1×1.2×0.15=285.498 t；

根據(jù)以上計算，A/Q 軸頂推點所需的頂推力大小為76.212 t，H 軸頂推點所需的頂推力大小為285.498 t?；茣r，A/Q 軸各設置2 個頂推點，H 軸設置5 個頂推點，每個頂推點布置1臺液壓頂推器。

單臺JG-HY80T 型液壓頂推器的額定頂推驅動力為60 t，則A/Q 軸頂推點的總頂推力設計值120 t＞76.212 t，H 軸頂推點的總頂推力設計值300 t＞285.498 t，能夠滿足滑移施工的要求。

經(jīng)對滑移過程中的桿件應力、桿件變形及頂推牛腿進行模擬計算分析，如圖4～圖6 所示，該結構滿足滑移施工的要求［8］。

圖4 原位拼裝區(qū)安裝-桿件最大應力比為0.52Fig.4 Installation in the In-situ Assembly Area - Maximum Stress Ratio of the Member is 0.52

圖5 支座安裝及卸載-相對位移變形最大6.84 mmFig.5 Support Installation and Unloading - Maximum Relative Displacement Deformation of 6.84 mm

圖6 H軸滑移頂推牛腿計算模擬分析（耳板最大變形1.57 mm）Fig.6 Simulation Analysis of H-axis Sliding Push Bracket Calculation（Maximum Deformation of Ear Plate 1.57 mm）

2.3 滑移工藝

2.3.1 滑移軌道/頂推點

本工程結合下部混凝土結構梁的布置情況，設置3組滑移軌道，分別設置在A/H/Q 軸混凝土梁上，單條軌道長72 m（1～13軸）。A、Q 軸分別設置2個頂推點，H 軸設置5 個頂推點，每個頂推點設置1 臺液壓頂推器，同一時間最多9個頂推點作業(yè)，共計9臺液壓頂推器，如圖7 所示。液壓頂推器的頂緊裝置具有單向鎖定功能。

2.3.2 滑移軌道設計

滑移軌道結構在結構滑移過程中，起到承重、導向作用。

軌道由16b 槽鋼及側擋塊（見圖8）組成。16b 槽鋼通長布置，側擋塊布置間距為400 mm，如圖9所示，液壓頂推器每次滑移的距離為固定距離（400 mm），即為固步式滑移。

圖8 側擋塊大樣Fig.8 Detail of Side Stop

圖9 滑軌布置Fig.9 Detailed of Slide Rail Arrangement （mm）

2.3.3 滑靴設計

雪橇式滑靴可以有效防止滑移支座因滑道不平整卡住-“啃軌”的情況出現(xiàn)。鋼滑塊的材質為Q355B，具體構造及尺寸如圖10所示。

圖10 滑靴節(jié)點Fig.10 Sliding Shoe Node （mm）

2.3.4 滑移支座

屋面桁架滑移時需設計滑移頂推支座［9］，根據(jù)滑移軌道梁的寬度可將滑移路線分為側面頂推滑移和中軸線頂推滑移。在側面頂推時需在原結構鋼柱側面焊接牛腿，如圖11 所示。頂推器通過對牛腿施加推力使桁架向前行進，如圖12 所示。牛腿與原結構通過坡口熔透焊連接，頂推耳板和加勁板采用雙面角焊縫連接，焊腳尺寸14 mm；在中軸線頂推時頂推點設置在原鋼柱上，如圖13 所示。在鋼柱中部開設頂推孔，給液壓頂推器提供足夠的通行空間。因頂推器的上部與縱向托梁桁架下弦桿存在高度方向上的干涉，需將托梁桁架下弦桿切除2 500 mm，并在頂推器上部增加臨時聯(lián)系桿，用以保證結構強度和穩(wěn)定性，如圖14所示。

圖11 側面頂推-牛腿作為頂推點Fig.11 Side Pushing - Bracket as Pushing Point （mm）

圖12 側面頂推-頂推器示意圖Fig.12 Schematic Diagram of Side Pusher Pusher（mm）

圖13 中軸線頂推-結構柱作為頂推點Fig.13 Central Axis Launching - Structural Column as Launching Point

圖14 中軸線頂推-頂推器示意圖Fig.14 Schematic Diagram of the Central Axis Pusher （mm）

3 施工技術對比分析

常規(guī)滑移技術在滑移前將桁架整體抬高150～250 mm，此做法可避開柱腳錨栓對滑移行進路線的阻礙，無需在鋼柱上開孔?；频轿缓?，卸載采取分區(qū)、分步、分階段逐步循環(huán)卸載，直至卸載到位，每次卸載高度控制在50 mm 以內?，F(xiàn)場需統(tǒng)一指揮，同步卸載，對現(xiàn)場管理有極高的要求。卸載時需用到相當數(shù)量的千斤頂，當卸載不同步時，可能會導致結構失穩(wěn)、傾覆破壞。

本工程固步式等高免卸載累積滑移施工技術與常規(guī)累積滑移技術最大的區(qū)別在于等高滑移免卸載。

以端部頂推滑移節(jié)點為例，原桁架鋼柱底部在加工時較結構圖紙縮短10 mm，該10 mm 為地腳錨板上壁與鋼柱底的空間，如圖15 所示，用于消化在滑移過程因滑移埋件高低不平產(chǎn)生的高差，減少滑移過程中產(chǎn)生啃軌、卡軌的現(xiàn)象。桁架滑移至指定位置后，鋼柱與錨板之間采用10 mm 焊縫填滿［10］，至此鋼屋面桁架已按結構圖紙標高落位，無需再對桁架卸載。

圖15 端部滑移節(jié)點-10 mm間隙登高滑移Fig.15 End Slip Node -10 mm Gap Climbing Slip （mm）

因本項目采用外露式柱腳，柱腳錨栓凸出錨板125 mm，且布置于鋼柱寬度范圍內?；魄拌旒軆H抬高10 mm，遠小于125 mm，滑移過程中錨栓的凸出部分會阻礙結構向前行進，需提前與結構設計師溝通，在設計師復核結構受力允許的前提下，在鋼柱腹板上預留孔洞，滑移到位后補板，保證滑移正常前行。

4 結論

固步式等高免卸載累積滑移施工技術對比傳統(tǒng)施工工藝，安裝工期至少縮短7 d，綜合措施費節(jié)省約30%，同時避免由于卸載不同步帶來的施工風險。在總工期僅為40 d的基礎上，等高不卸載滑移施工技術不僅提高了施工進度，保證了工程質量和施工安全目標，還為本項目帶來了較好的社會經(jīng)濟效益，可為以后類似工程提供參考借鑒的模板。