大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)屋蓋整體滑移安裝技術(shù)

張 強(qiáng)

上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 上海 200072

隨著城市建設(shè)的日益發(fā)展，大跨度鋼結(jié)構(gòu)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各類大型場(chǎng)館建筑中[1-4]。由于受力特性及藝術(shù)造型的需要，設(shè)計(jì)師往往將鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為復(fù)雜的異形結(jié)構(gòu)。此類結(jié)構(gòu)若采用常規(guī)的施工方法勢(shì)必會(huì)遇到施工受力狀態(tài)多變、安裝設(shè)備難以選擇、施工周期難以控制等一系列的問(wèn)題。因此在廣州國(guó)際會(huì)展中心的大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的安裝中，采用了計(jì)算機(jī)同步控制整體滑移技術(shù)，有效地解決了各種施工難題，并為后期鋼結(jié)構(gòu)整體滑移技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

1 結(jié)構(gòu)概況

廣州國(guó)際會(huì)展中心展覽大廳屋蓋鋼結(jié)構(gòu)（圖1）是由30榀張弦桁架、若干豎桁架及檁條等組成的大跨度結(jié)構(gòu)，每榀桁架間距為15 m，跨距126.6 m，單品質(zhì)量約150 t。

由于該屋蓋鋼結(jié)構(gòu)固定于混凝土結(jié)構(gòu)之上，若采用散件原位拼裝的方法進(jìn)行安裝，需要搭設(shè)大量的承重支承結(jié)構(gòu)，同時(shí)還要考慮混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力，薄弱的部位要進(jìn)行局部加固，增加了施工措施，延長(zhǎng)了施工周期。若采用整榀桁架吊裝，則需要選擇起重能力較大的設(shè)備，同時(shí)要對(duì)大型設(shè)備的停機(jī)位置進(jìn)行加固處理，大大提高了施工成本。

通過(guò)研究對(duì)比，確定采用桁架地面單榀組裝，高空節(jié)間拼裝（由2榀桁架組成1個(gè)節(jié)間），5個(gè)節(jié)間拼成1個(gè)單元（有6榀桁架），然后將單元整體牽引到位的安裝方法。整個(gè)屋面桁架由5個(gè)單元組成。雖然在拼裝單元時(shí)就進(jìn)行牽引移位，但最大的牽引體為1個(gè)單元。1個(gè)單元的跨度為126 m，長(zhǎng)度為90 m，牽引的計(jì)算質(zhì)量為1 575 t（包括施工荷載100 t），單元牽引的最大距離為200 m。

圖1 屋蓋鋼結(jié)構(gòu)示意

2 計(jì)算機(jī)同步控制整體滑移系統(tǒng)的確定

計(jì)算機(jī)同步控制整體滑移系統(tǒng)采用液壓設(shè)備進(jìn)行牽引的方式，可以分為滑移系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)同步控制系統(tǒng)。

2.1 滑移系統(tǒng)

滑移系統(tǒng)由軌道及滑靴組成?；ヅc鋼結(jié)構(gòu)連接，牽引過(guò)程中，在軌道內(nèi)滑行。軌道采用槽鋼結(jié)構(gòu)，既可以作為滑移的導(dǎo)向，也可以確?；七^(guò)程中整體結(jié)構(gòu)的軸向偏差在可控范圍內(nèi)。軌道固定在預(yù)埋于混凝土結(jié)構(gòu)的埋件上，并利用型鋼（比如槽鋼）進(jìn)行側(cè)向定位。軌道的兩端為主結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的固定支座安裝位置，因此支座處專門(mén)設(shè)計(jì)一段可拆除軌道，保證整體結(jié)構(gòu)滑移到位后，卸載轉(zhuǎn)換到固定支座上（圖2）。

圖2 軌道結(jié)構(gòu)

滑靴采用承載能力為30 t的滾輪小車。在以前同類施工過(guò)程中，我們大多采用帶有減摩材料的滑塊作為滑移設(shè)備，這樣雖然構(gòu)造簡(jiǎn)單，一定程度上減小了摩擦力，但由于是滑動(dòng)摩擦，摩擦力遠(yuǎn)大于滾動(dòng)摩擦，所需的牽引力增大，增加了牽引設(shè)備的投入。并且由于滑塊在滑移過(guò)程中損耗極大且為一次使用設(shè)備，無(wú)法重復(fù)使用，造成施工成本的增加，此次我們使用了可載重的滾輪小車作為滑移設(shè)備，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，并且是滾動(dòng)摩擦，摩擦力大大減小，使得牽引設(shè)備的質(zhì)量可以大大降低。滾輪小車作為設(shè)備可反復(fù)投入使用，這樣節(jié)省了設(shè)備投入，降低了施工成本。此次我們根據(jù)工程具體工況選用了承載力為30 t的滾輪小車，但根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格還有承載力為80 t甚至更高承載力的定型產(chǎn)品可供選擇，因此在以后的同類工程施工中，我們還可以根據(jù)不同的施工工況選用其他的定型載重滾輪小車（圖3）。

圖3 滾輪小車構(gòu)造

根據(jù)單元的組成，將牽引滑移的支承點(diǎn)設(shè)在每榀桁架的兩端，每個(gè)支承點(diǎn)設(shè)2組承重車組。假設(shè)單元荷載均布，則整個(gè)屋蓋單元由24個(gè)車組承重，每個(gè)車組承受1 575/24=65.625 t荷載。采用ER-30型滾柱載重小車（額定荷載30 t），在槽鋼中行走，則用3臺(tái)滾輪小車就可以了（3臺(tái)小車的額定荷載為90 t，90/65.625=1.37，此時(shí)要求3臺(tái)小車受力均勻，即要求滾道平整）。根據(jù)試驗(yàn)情況，滾輪小車的摩擦因數(shù)為1.5%左右，如果摩擦因數(shù)計(jì)為2%應(yīng)該是較為保險(xiǎn)的。

實(shí)際施工過(guò)程中，桁架一端的每組承重車組采用了單排3臺(tái)滾輪小車；桁架另一端的每組承重車組采用了雙排4臺(tái)滾輪小車。

無(wú)論是三小車還是四小車組成的車組均要求小車架的上平面與車架框下平面接觸均勻。各小車的滾輪應(yīng)在同一平面，相互之間的高差不大于0.2 mm。車組上鉸座頂面離滑槽面的高度可以利用調(diào)整螺栓來(lái)調(diào)整定位。

牽引車組按照要求組裝后，在裝入滑道之前，將小車浸入潤(rùn)滑油（機(jī)油）中進(jìn)行潤(rùn)滑，以免加快滾輪的磨損。牽引車組放入滑道時(shí)應(yīng)對(duì)中，車組應(yīng)與滑道平行不得歪斜。

2.2 牽引系統(tǒng)

牽引系統(tǒng)由液壓泵站、穿心式液壓千斤頂、鋼絞線、固定反力架等組成。

屋蓋單元計(jì)算質(zhì)量為1 575 t，牽引力為315 kN，屋蓋單元兩端的固定支反力如果相等，則兩端的牽引力各為157.5 kN。我們采用LSD-40型穿心式提升千斤頂（額定提升能力400 kN），牽引索采用單根φ15.24 mm的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線（破斷拉力260 kN），用2根索牽引屋蓋單元的一側(cè)（總破斷拉力520 kN，520/157.5=3.3）。后期牽引時(shí)出于安全考慮，一側(cè)采用了3根索。

2.3 同步控制系統(tǒng)

同步控制的實(shí)現(xiàn)，是以一個(gè)千斤頂作為基準(zhǔn)，另一個(gè)跟隨。當(dāng)跟隨千斤頂伸出長(zhǎng)度少于基準(zhǔn)千斤頂達(dá)到一定數(shù)值后，基準(zhǔn)千斤頂停止伸缸，跟隨千斤頂伸缸；同理當(dāng)跟隨千斤頂伸出長(zhǎng)度大于基準(zhǔn)千斤頂達(dá)到一定數(shù)值后，跟隨千斤頂停止伸缸，基準(zhǔn)千斤頂繼續(xù)伸缸。數(shù)值參數(shù)可任意設(shè)置，以滿足不同工況要求，將兩端牽引偏差控制在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)。

控制系統(tǒng)由1個(gè)總控箱和2個(gè)分控箱組成。每個(gè)分控箱控制1臺(tái)液壓泵站。各分控箱與總控箱通過(guò)通信線連接，總控箱對(duì)各分控箱采集信號(hào)并發(fā)出控制指令?？偪叵淇梢宰詣?dòng)控制2個(gè)或多個(gè)牽引點(diǎn)同步牽引滑移，當(dāng)總控箱解除聯(lián)鎖，每個(gè)分控箱可以單獨(dú)控制某個(gè)牽引點(diǎn)的滑移。在牽引過(guò)程中，每完成一個(gè)動(dòng)作，就會(huì)觸發(fā)相應(yīng)的狀態(tài)信號(hào)發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將此狀態(tài)信號(hào)為條件做下一個(gè)相應(yīng)動(dòng)作。

3 大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的施工過(guò)程

3.1 計(jì)算機(jī)同步控制整體滑移的實(shí)施

反力架安裝到牽引點(diǎn)，與滑道埋件焊接，反力架后端用鋼筋或槽鋼與后面的滑道焊牢。牽引千斤頂安放到反力架上用螺栓固定。

連接設(shè)置好控制閥組、液壓泵站、操作控制柜。

牽引系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)同步控制系統(tǒng)安裝完畢后進(jìn)行空載調(diào)試（牽引鋼絞線不穿入千斤頂），空載調(diào)試完成后安裝好牽引鋼絞線。

牽引之前清理軌道，清理干凈的滑槽內(nèi)（兩側(cè)和底部）均勻地涂抹上潤(rùn)滑油，不涂抹潤(rùn)滑脂以免沾染雜物。

牽引時(shí)，在牽引千斤頂位置、液壓泵站位置、位移測(cè)量位置、滾輪載重小車、滑道等部位派專人監(jiān)護(hù)，隨時(shí)注意千斤頂伸縮、上下錨具更替開(kāi)閉、液壓泵站運(yùn)轉(zhuǎn)、壓力變化、桁架中心位移距離、滾輪載重小車運(yùn)轉(zhuǎn)、滑道清潔潤(rùn)滑等情況。

牽引時(shí)桁架南北兩側(cè)牽引點(diǎn)的前后差不得超過(guò)500 mm，當(dāng)牽引點(diǎn)超差時(shí)應(yīng)作調(diào)整。在牽引到達(dá)指定位置之前約200 mm處，停止整體牽引，由操作人員逐漸調(diào)整到位。在牽引到位位置應(yīng)設(shè)置擋塊，以免牽引過(guò)頭。

3.2 大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的整體落架

當(dāng)6榀桁架組成的屋蓋單元牽引到位后，控制牽引千斤頂使鋼絞線松弛下來(lái)，拆除鋼絞線固定錨。牽引過(guò)程中，鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的荷載通過(guò)滑靴作用到軌道上，因此滑移到位后，要將其安全轉(zhuǎn)換到設(shè)計(jì)指定的固定支座上。為了保證安全落架，我們采用了液壓自鎖千斤頂集群工作的方式。

首先，利用24只液壓自鎖千斤頂將結(jié)構(gòu)頂起，使鋼結(jié)構(gòu)的載荷轉(zhuǎn)換到集群千斤頂上。集群千斤頂?shù)牟贾眉纫ＷC結(jié)構(gòu)局部承載力可行，又要避開(kāi)固定支座空間位置。然后，將滑靴及可拆卸軌道拆除，安裝固定支座。確保固定支座可靠安裝后，集群千斤頂同步工作，下降整體鋼結(jié)構(gòu)，落架至支座上，進(jìn)行固定，整體鋼結(jié)構(gòu)屋蓋安裝完成。

4 結(jié)語(yǔ)

廣州國(guó)際會(huì)展中心鋼屋蓋滑移安裝的成功實(shí)施，創(chuàng)新了大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)整體安裝工藝，為后續(xù)許多工程的實(shí)施提供寶貴的技術(shù)支撐，也為鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展和高新技術(shù)在施工行業(yè)的推廣應(yīng)用作出了貢獻(xiàn)。