宋秀英

摘 要：呼和浩特汽車客運(yùn)東樞紐站綜合站務(wù)樓屋蓋采用大跨度拱形鋼管桁架結(jié)構(gòu)。由于拱形桁架跨度大、重心高、混凝土拱墩占據(jù)位置大、塔吊不宜布置等特點(diǎn)，通過對(duì)散拼分段吊裝和整理滑移安裝技術(shù)的研究分析，確定了采用“構(gòu)建工廠加工制作、現(xiàn)場(chǎng)拼裝滑移單元、整體頂進(jìn)滑移安裝”的施工技術(shù)。重點(diǎn)介紹了大跨度鋼管拱滑移安裝整體思路、分段拼裝、滑移安裝等施工工藝。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；拱形桁架；屋蓋；滑移安裝；施工技術(shù)

中圖分類號(hào)：U446 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）18-0001-04

1 概 述

大跨度鋼管桁架結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用在各類大型車站、體育場(chǎng)館、機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓等重要公共設(shè)施，隨著大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的蓬勃發(fā)展，其施工工藝和安裝技術(shù)也在不斷創(chuàng)新和提高，常規(guī)的桁架分段吊裝技術(shù)在一些特殊工程或特殊施工環(huán)境下已無法滿足施工需求。本文以呼和浩特汽車客運(yùn)東樞紐站綜合站務(wù)樓屋蓋施工，介紹大跨度拱形鋼管桁架滑移安裝技術(shù)，為今后同類工程施工提供參考。

2 工程概況

呼和浩特汽車客運(yùn)東樞紐站綜合站務(wù)樓，建筑面積26 912 m2，建筑總高度22.55 m，地下一層，地上二層（局部設(shè)夾層），總長(zhǎng)168 m，跨度108 m。屋蓋為大跨度鋼管拱結(jié)構(gòu)（鋼管拱為φ1200×20高結(jié)鋼鋼管，定位半徑為93 m），共有18榀鋼管桁架組成，每榀鋼管桁架之間采用變截面H型鋼梁連接，每2榀連成一個(gè)拼裝單元，共形成9個(gè)拼裝單元，如圖1所示。

每個(gè)拼裝單元之間采用折形變截面H型組合鋼梁連接，折點(diǎn)相貫焊在圓鋼管上，作為面外支撐體系，如圖2所示。屋蓋總用鋼量為1 450 t。

屋蓋主拱鋼管桁架跨度為72.518 m，布置在7軸和14軸區(qū)域，鋼管拱腳伸入拱形鋼筋混凝土拱柱內(nèi)，形成屋蓋整體架構(gòu)體系，如圖3所示。

3 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

①加工精度控制難。 由于本工程主拱用材料為Q345C材質(zhì)的高建鋼，管徑達(dá)1 200 mm，并且需彎弧加工，因此加工難度極大。

②安裝技術(shù)難度大。在鋼結(jié)構(gòu)安裝施工中，土建單位的主體施工仍未完成，同時(shí)伴有裝修的交叉施工，為此鋼結(jié)構(gòu)安裝施工時(shí)必須保證不對(duì)其他施工造成較大的干擾，屋蓋鋼管拱分段吊裝施工技術(shù)無法滿足現(xiàn)場(chǎng)需要，最終選擇的滑移安裝施工是本工程的控制難點(diǎn)和重點(diǎn)。

③焊接量大且要求。本工程屋蓋鋼結(jié)構(gòu)多數(shù)為鋼接節(jié)點(diǎn)，且由于構(gòu)建體量大，必須在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝，焊縫質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)高，焊接施工是本工程的重點(diǎn)之一。

④支撐系統(tǒng)的設(shè)置及使用要求高。本工程鋼結(jié)構(gòu)安裝需要設(shè)置支撐系統(tǒng)，由于結(jié)構(gòu)重量極重，同時(shí)安裝高度較高，支撐系統(tǒng)的設(shè)置和使用要求非常高。

⑤施工安全控制難度大。本工程有大量的高空現(xiàn)場(chǎng)焊接，現(xiàn)場(chǎng)焊接的火花控制很重要；同時(shí)由于本工程最大高度46m，高空作業(yè)是本工程安全控制的重點(diǎn)之一。

4 總體思路

4.1 整體設(shè)想

每榀鋼管桁架之間采用變截面H型鋼梁連接，每2榀連成一個(gè)拼裝單元，18榀鋼管桁架共組成9個(gè)拼裝單元。現(xiàn)場(chǎng)施工以2個(gè)拼裝單元為一個(gè)滑移組，共組成4個(gè)滑移組，分四次滑移到位（共完成16榀鋼管桁架滑移），最后一個(gè)拼裝單元（2榀鋼管桁架）在拼裝胎架上拼裝、卸載和安裝，完成屋蓋鋼管拱桁架安裝。

4.2 施工區(qū)域劃分

根據(jù)工程特點(diǎn)，將本工程鋼結(jié)構(gòu)劃分為兩個(gè)施工區(qū)域，第一個(gè)區(qū)域?yàn)槠囱b區(qū)域；第二個(gè)區(qū)域?yàn)榛瓢惭b區(qū)域。分區(qū)布置圖，如圖4所示。

4.3 滑移方案要點(diǎn)

①根據(jù)結(jié)構(gòu)體系的布置特點(diǎn)，擬采用縱向A-d軸線155.9 m范圍內(nèi)鋼拱結(jié)構(gòu)進(jìn)行液壓同步累積2個(gè)拼裝單元組成1個(gè)滑移組進(jìn)行滑移施工，A軸以東和d軸以西懸挑部位屋蓋鋼結(jié)構(gòu)采用高空原位拼裝。

②在南側(cè)C和A軸線鋼結(jié)構(gòu)屋蓋下設(shè)置臨時(shí)支撐架，如圖5所示，采用履帶吊高空原位散件，拼裝成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)拼裝單元，如圖6所示，完成后在鋼管拱下之間設(shè)置鋼絞線。在7軸和14軸設(shè)置滑移軌道，軌道采用鋼柱支撐，鋼柱采用側(cè)向剛性拉桿保持側(cè)向穩(wěn)定性，鋼管拱滑移單元經(jīng)焊接探傷合格后進(jìn)行卸載，然后作為第一個(gè)拼裝單元向前滑出。

③第一個(gè)拼裝單元滑移到位后暫?；疲ɑ?8.0 m，相鄰兩單元間距），按照第一個(gè)單元拼裝方法，開始拼裝第二單元鋼拱結(jié)構(gòu)，拼裝完成后卸載，再安裝第一和第二單元之間的折形變截面H型鋼組合梁，如圖7所示，焊接完成后繼續(xù)推動(dòng)第一單元向前滑移，此時(shí)將帶動(dòng)第二單元向前滑出。將2個(gè)拼裝單元滑移到設(shè)計(jì)指定位置。分別滑移四次，最后一個(gè)拼裝單元不用滑移直接卸載安裝就位，完成鋼結(jié)構(gòu)屋蓋安裝。

④鋼管拱結(jié)構(gòu)拼裝單元組滑移到設(shè)計(jì)位置（鋼拱管柱腳連同滑移組一起）后，交與土建捆扎鋼筋、支模、澆筑混凝土，待柱腳混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后。（同時(shí)土建需對(duì)4根預(yù)應(yīng)力張拉索的其中2根進(jìn)行張拉。）對(duì)鋼拱管進(jìn)行混凝土澆筑，混凝土鋼拱管的混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后，進(jìn)行鋼絞線、滑移、臨時(shí)措施的拆除，同時(shí)安裝東西方向兩側(cè)懸挑鋼構(gòu)件。

5 施工工藝

5.1 施工準(zhǔn)備

5.1.1 測(cè)量放線

根據(jù)該工程的幾何形狀，建立測(cè)量控制網(wǎng)，每個(gè)控制網(wǎng)的基準(zhǔn)點(diǎn)距離30～50 m，以確保測(cè)量精度及分區(qū)吊裝的要求。

基準(zhǔn)網(wǎng)的邊長(zhǎng)精度及平面封閉角精度必須滿足邊長(zhǎng)精度1/15 000，封閉角精度應(yīng)滿足±10 "。

結(jié)合平面特點(diǎn)，建立豎向高程基準(zhǔn)點(diǎn)，組成閉合水準(zhǔn)網(wǎng)。

5.1.2 吊機(jī)準(zhǔn)備

依據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和吊機(jī)起重性能，鋼管拱分6段進(jìn)行吊裝，分段位置設(shè)置臨時(shí)支撐架，采用120 t履帶吊將分段鋼管吊裝至高空進(jìn)行拼裝。履帶吊站位在A軸南側(cè)。

吊重分析。由鋼管拱分段可知，最大分段重量為7.1噸，選擇吊裝最不利構(gòu)件進(jìn)行分析，履帶吊站位在距離C軸線20 m處，吊裝時(shí)取吊裝半徑為20 m，采用1臺(tái)120 t帶副臂履帶吊進(jìn)行吊裝滿足吊裝要求。

5.1.3 鋼管拱分段

根據(jù)深化設(shè)計(jì)及吊機(jī)起重性能，將72 m鋼管（截面φ1 200×20 mm）拱分成6段，采用履帶吊車吊裝至高空組拼，分段位置及各分段重量，如圖8所示。

5.2 拼裝胎架安裝

5.2.1 拼裝胎架設(shè)計(jì)要求

①拼裝胎架設(shè)置應(yīng)避開主拱節(jié)點(diǎn)位置，滿足焊工的施焊空間。為了便于結(jié)構(gòu)的滑移，胎架的位置須避免與結(jié)構(gòu)滑移時(shí)碰撞，選定在二層最東邊一跨做為拼裝胎架位置。

②拼裝胎架必須保證有足夠的剛度和穩(wěn)定性，拼裝中每一個(gè)拼裝段必須形成穩(wěn)定體系結(jié)構(gòu)，兩端應(yīng)設(shè)置人字撐地桿進(jìn)行加固。

③在組裝平臺(tái)上劃出鋼管端面定位線、中心線及分段長(zhǎng)度位置線，作為結(jié)構(gòu)拼裝驗(yàn)收的依據(jù)。

④臨邊四周間隔3 m設(shè)置φ48 mm高度1.5 m鋼管立柱，立柱頂部固定生命線。在東南側(cè)設(shè)置爬梯一副。

5.2.2 拼裝胎架受力計(jì)算（采用midas8.0計(jì)算軟件）

其一，荷載情況。

①恒荷載：自重（D）—由程序自動(dòng)計(jì)算，考慮1.05倍自重系數(shù)；

②活荷載：結(jié)構(gòu)傳給支撐架荷載（L）按midas計(jì)算最大反力考慮，如圖9所示，考慮200 mm的偏心。

荷載組合：COMB—1.2D+1.4 L（承載能力極限狀態(tài)）。

其二，變形情況。如圖10所示。

其三，應(yīng)力情況。如圖11所示。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，支撐架構(gòu)件最大應(yīng)力比為0.27，發(fā)生在支撐柱上，受力滿足規(guī)范要求。

5.3 主拱管拼裝

5.3.1 拼裝流程

彈線→胎架搭設(shè)→找平校正→構(gòu)件清理→桿件拼裝→焊前預(yù)熱→桿件焊接→焊后處理→無損探傷→尺寸檢查

5.3.2 拼裝方法

第一步：在地面平臺(tái)上，劃出拱架管中心線及輪廓線的投影線。拱的長(zhǎng)度方向，按每個(gè)節(jié)點(diǎn)預(yù)放2 mm的焊接收縮余量放線，寬度方向不放收縮余量。

根據(jù)放線尺寸，按主桁架每個(gè)節(jié)點(diǎn)間設(shè)兩個(gè)支撐架的原則，設(shè)立弧形胎架及模板，胎架高度應(yīng)便于全位置焊接，胎架距節(jié)點(diǎn)中心約800 mm，以不影響腹桿的裝焊。

現(xiàn)場(chǎng)拼裝過程中，先定出端部一個(gè)節(jié)點(diǎn)位置的空間三維坐標(biāo)，定其為原點(diǎn)O（0，0，0），然后測(cè)出另一個(gè)端部節(jié)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，據(jù)此，結(jié)合圖紙尺寸和定位，定出其余節(jié)點(diǎn)相對(duì)坐標(biāo)。

第二步：依次安裝兩段平行的一號(hào)主拱。

第三步：將拱管間的H型鋼連系梁安裝就位。

按照此方法將其后的剩余拱管及聯(lián)系鋼梁安裝完成。

5.4 鋼管拱加載預(yù)應(yīng)力

為保證鋼拱就位前保持設(shè)計(jì)狀態(tài)，拼裝過程中須設(shè)置張拉索，張拉步驟簡(jiǎn)述：

①鋼拱在支撐架上安裝完成后，將張拉設(shè)備安裝到位；

使用5 MP壓力（約6 t力）將張拉索收緊；

②將1、1a處支撐架拆除；

③拆除后鋼拱會(huì)向兩側(cè)略微下?lián)?，測(cè)量鋼拱下?lián)现?，并操作張拉設(shè)備將鋼拱張拉至卸載前狀態(tài)（參考?jí)毫?0 t）；

④張拉完成后繼續(xù)拆除2、2a處支撐架，測(cè)量鋼拱下?lián)现担⒉僮鲝埨O(shè)備將鋼拱張拉至卸載前狀態(tài)（參考?jí)毫?5 t）；

⑤繼續(xù)張拉，使張拉力達(dá)到60 t，張拉過程中注意觀察拱腳，以拱腳微微向內(nèi)收縮為宜。（3、3 a拆除時(shí)鋼拱變形較大，需提前張拉）；

⑥拆除3、3a支撐架；

⑦測(cè)量拱腳位置位移，調(diào)整張拉設(shè)備使鋼拱處于設(shè)計(jì)狀態(tài)（參考?jí)毫?0 t）；

⑧鋼拱滑移到位后，待兩側(cè)混凝土墩強(qiáng)度達(dá)到要求后再拆除張拉索。

5.5 鋼管拱滑移施工

本工程中采用液壓同步頂推滑移的施工工藝。選用步進(jìn)式液壓頂推器，是一種通過后部頂緊，主液壓缸產(chǎn)生頂推反力，從而實(shí)現(xiàn)與之連接的被推移結(jié)構(gòu)向前平移的專用設(shè)備。此設(shè)備的反力結(jié)構(gòu)利用滑道設(shè)置，省去了反力點(diǎn)的加固問題。

液壓頂推器與被推移結(jié)構(gòu)通過銷軸連接，傳力途徑非常直接，啟動(dòng)過程中無延時(shí)，動(dòng)作精確度好。由于其反力點(diǎn)為步進(jìn)頂緊式接觸，不會(huì)在滑移過程中產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，所以同步控制效果更好。步進(jìn)式的工作過程，使得同步誤差在每個(gè)行程完成后自然消除，無累積誤差，同步精度很高。

5.5.1 滑移軌道布置

滑移軌道結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)滑移過程中，起到承重、導(dǎo)向和橫向限制支座水平位移的作用。屋面滑移施工共設(shè)置2條通長(zhǎng)滑道，分別設(shè)置于7軸和14軸，單條滑道長(zhǎng)度約為160 m。軌道梁選用焊接H型鋼，材質(zhì)Q345B，截面規(guī)格為：H700×300×14×24 mm。滑移軌道選用16 a熱軋槽鋼，材質(zhì)為Q235B，利用滑移軌道的側(cè)擋板與軌道梁固定。軌道的側(cè)擋板采用規(guī)格為-20×40× 150 mm的鋼板，在滑移軌道兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置，間距為450 mm，起到對(duì)槽鋼翼緣加固、以及抵抗滑移支座處可能側(cè)向推力的作用。

第1、2個(gè)拼裝單元為第一滑移組，第3、4拼裝單元為第二滑移組，第5、6拼裝單元為第三滑移組，第7、8拼裝單元為第四滑移組，第9拼裝單元不需要滑移。每個(gè)滑移組整體滑移時(shí)，在每條滑道設(shè)置1組頂推點(diǎn)，頂推點(diǎn)分別設(shè)置在第1、3、5、7拼裝單元桁架支撐柱柱腳處，每個(gè)頂推點(diǎn)設(shè)置1臺(tái)YS-PJ-50型液壓頂推器，單個(gè)滑移組共計(jì)配置2臺(tái)液壓頂推器?；兰绊斖泣c(diǎn)布置，如圖12和圖13所示。

側(cè)擋板與槽鋼軌道及預(yù)埋件連接采用焊接連接，單塊側(cè)擋板所承受的頂推反力為500÷4=125 kN。焊縫設(shè)計(jì)高度hf= 10 mm時(shí)，焊縫設(shè)計(jì)強(qiáng)度：

N=？滓×0.7hf×lw=160×0.7×10×（150-2×10）=150 kN

滿足設(shè)計(jì)要求。

5.5.2 動(dòng)力設(shè)備驗(yàn)算

摩擦力F=滑靴在結(jié)構(gòu)自重作用下豎向反力×1.05×1.2×0.15（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)，1.05為動(dòng)荷載系數(shù)）。本工程中滑移最大重量約為260 t（每?jī)蓚€(gè)拼裝單元為一個(gè)滑移組），則滑移所需的最大頂推力為：

F=260×1.05×1.2×0.15=50 t

根據(jù)以上計(jì)算，并依據(jù)滑移經(jīng)驗(yàn)，本工程中每個(gè)滑移組設(shè)置2臺(tái)YS-PJ-50型液壓頂推器，每條軌道上布置一臺(tái)。單臺(tái)YS-PJ-50型液壓頂推器的額定頂推驅(qū)動(dòng)力為50 t，則總頂推力為100 t>50 t，能夠滿足滑移施工的要求。

5.5.3 滑移施工方法

其一，施工流程，如圖14所示。

其二，滑移過程控制要點(diǎn)：

①在一切準(zhǔn)備工作做完之后，且經(jīng)過系統(tǒng)的、全面的檢查無誤后，現(xiàn)場(chǎng)滑移作業(yè)總指揮檢查并發(fā)令后，才能進(jìn)行正式進(jìn)行滑移作業(yè)。

②在液壓滑移過程中，注意觀測(cè)設(shè)備系統(tǒng)的壓力、荷載變化情況等，并認(rèn)真做好記錄工作。

③在滑移過程中，測(cè)量人員應(yīng)通過鋼卷尺配合測(cè)量各牽引點(diǎn)位移的準(zhǔn)確數(shù)值，以輔助監(jiān)控滑移單元滑移過程的同步性。

④滑移過程中應(yīng)密切注意滑道、液壓頂推器、液壓泵源系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、傳感檢測(cè)系統(tǒng)等的工作狀態(tài)。

⑤現(xiàn)場(chǎng)無線對(duì)講機(jī)在使用前，必須向工程指揮部申報(bào)，明確回復(fù)后方可作用。通訊工具專人保管，確保信號(hào)暢通。

6 滑移安裝施工技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

①屋蓋采取單元累計(jì)滑移法施工，避開了與下部結(jié)構(gòu)立面交叉施工、吊裝機(jī)械無法進(jìn)入或無法輻射等問題。

②兩條軌道滑移設(shè)備通過計(jì)算機(jī)同步控制，在滑移推進(jìn)過程中，各榀鋼管拱的同步滑移姿態(tài)平穩(wěn)，滑移同步控制精度高。

③滑移推進(jìn)力均勻，加速度極小，在滑移的起動(dòng)和停止工況時(shí)，屋蓋鋼結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生不正常抖動(dòng)現(xiàn)象。

④操作方便靈活、安全可靠，牽引就位精度高。

⑤可大大節(jié)省機(jī)械設(shè)備、勞動(dòng)力、支撐措施等資源。

7 結(jié) 語

目前，此工程的施工已完成。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)交叉作業(yè)多、吊裝機(jī)械無法進(jìn)入或無法輻射的情況下，采用構(gòu)件分段拼裝后整體單元滑移施工技術(shù)，有效解決了上述施工難題，施工精度高，操作方便靈活，節(jié)省機(jī)械設(shè)備和勞動(dòng)力投入，解決了交叉作業(yè)難題，達(dá)到了提高施工效率，降低成本投入的良好效果。

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