超高層錐形鋼屋架高空累積滑移施工技術(shù)

朱朝峰 徐金圣 陳旭 余晶

摘要： 根據(jù)武漢長江傳媒大廈屋面錐形鋼屋架結(jié)構(gòu)特點，通過方案對比確定采用超高層高空累積滑移施工技術(shù)，并對高空累積滑移施工步序進行了闡述。針對累積滑移施工實際，采用ANSYS有限元軟件對累積滑移施工工況進行了仿真分析，并對滑移軌道進行了詳細設計。施工時，選用了計算機控制液壓同步頂推滑移系統(tǒng)，實現(xiàn)了各個滑移頂推點的同步性。整個施工過程安全、經(jīng)濟、高效，各項檢測指標符合設計要求。

Abstract： According to the structural characteristics of conical steel roof truss of Wuhan Yangtze River Media building roof.Through the comparison of the scheme to determine the use of ultra high altitude cumulative sliding construction technology. and the high accumulative sliding construction step are described. In view of the fact that the cumulative slip construction， the ANSYS finite element software is used to simulate and analyze the accumulative sliding construction condition of ultra high altitude. At the time of construction， the computer controlled hydraulic synchronous push sliding system is adopted to realize the synchronization of each sliding pushing point. The whole construction process is safe， economical and efficient， and all the indexes meet the design requirements.

關(guān)鍵詞：超高層；高空累積滑移；錐形鋼屋架；有限元；同步頂推

Key words： super high-rise building；high altitude cumulative sliding；conical steel roof truss；finite element；synchronous push

中圖分類號：TU758.11 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）25-0138-03

1 工程概況

武漢長江傳媒大廈地上48層，地下2層，屋頂為錐形鋼結(jié)構(gòu)，建筑高度241.5m。建筑外形呈現(xiàn)出一種匯聚、向上、流動的形態(tài)，頂部收為錐形，抽象表達出“筆尖”的意象（見圖1）。屋頂鋼結(jié)構(gòu)由11榀跨度為29.52m、高度為33.45～36.85m的錐形鋼屋架平行布置構(gòu)成，其中A～F軸6條軸線上對應的6榀錐形鋼屋架直接與結(jié)構(gòu)鋼骨柱焊接連接，剩余的5榀錐形鋼屋架通過預埋錨栓與混凝土結(jié)構(gòu)樓板連接，每榀鋼屋架之間通過鋼梁焊接連接，A軸和F軸上各設有6根鋼結(jié)構(gòu)抗風柱（如圖2所示）。

2 高空累積滑移施工總體思路

2.1 技術(shù)特點分析

①本工程鋼屋架結(jié)構(gòu)形狀為錐形，且鋼屋架自身高度為36.85m，導致結(jié)構(gòu)重心位置高，在滑移過程中整體穩(wěn)定性差，施工控制難度大。

②本工程錐形鋼屋架最大安裝高度達241.5m，風荷載大，對滑移施工過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響大。

③在方案對比上，若采用高空散拼法，需要搭設大量的鋼支撐胎架用于錐形鋼屋架的安裝，占用工作面大；塔吊起重特性導致錐形鋼屋架構(gòu)件拆分數(shù)量多，拼裝誤差難以控制。本工程采用累積滑移的施工方法，只需要在A軸～B軸之間搭設鋼支撐胎架用于單榀錐形鋼屋架安裝即可，通過累積滑移完成整個錐形屋架安裝，占用工作面少、施工安全防護面小，并且安裝區(qū)域靠近塔身，載重量大，構(gòu)件拆分數(shù)量減少，拼裝精度得到提高。

2.2 施工方案確定

按照錐形鋼屋架結(jié)構(gòu)布置特點，將施工范圍內(nèi)鋼屋架滑移采取“分單元累積滑移”的施工方法，即在結(jié)構(gòu)的一端搭設拼裝滑移胎架，按照鋼屋架的布置，首先拼裝單個滑移單元的第一、第二榀鋼屋架，利用“液壓同步頂推滑移”系統(tǒng)將其頂推滑移4.2m后暫停滑移，再進行第三榀鋼屋架的拼裝，按照同樣的方法將完成單個滑移單元的拼裝，最后利用“液壓同步頂推滑移”系統(tǒng)將單個滑移單元整體滑移至設計安裝位置，完成安裝（如圖3所示）。

3 高空累積滑移施工及保障措施

3.1 累積滑移施工步驟

①首先安裝標高204.65m至212.40m范圍內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)柱，并在柱頂安裝第一級滑移軌。搭設A軸～B軸之間單榀錐形鋼屋架安裝用鋼支撐胎架及第二級滑移軌道，并安裝A軸上的鋼屋架及鋼結(jié)構(gòu)抗風柱。

②A軸鋼屋架、抗風柱安裝完成后與塔吊附著結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)定框架體系，塔吊附著在A軸交6、7軸的抗風柱上，附著標高為220.45m，為保證塔吊安全施工，通過鋼框架把抗風柱與核心筒有效連接，把水平荷載傳到核心筒。

③在A軸～B軸之間的鋼支撐胎架上拼裝F軸及相鄰軸線上的鋼屋架，并安裝連系鋼梁。兩榀待滑移的鋼屋架結(jié)構(gòu)焊接、監(jiān)測、涂裝完成后，測試滑移頂推設備，進行第一次滑移。

④拼裝第三榀待滑移的鋼屋架，并通過安裝鋼梁與第一次滑移的兩榀鋼屋架結(jié)構(gòu)形成整體。

⑤待第三榀滑移鋼屋架結(jié)構(gòu)焊接、監(jiān)測、涂裝完成，調(diào)試設備進行第二次滑移。

⑥重復上述步驟，依次滑移、拼裝、焊接、監(jiān)測、涂裝剩下幾榀鋼屋架。鋼屋架單元滑移安裝示意如圖4所示。

⑦ 如圖5所示，滑移就位后，從B軸開始完成各型鋼柱上下交接處的焊接連接，隨后依次切斷型鋼柱間的軌道梁卸荷，同時依次完成型鋼柱側(cè)板的焊接封閉工作。

3.2 滑移施工保障措施

①型鋼柱安裝普遍存在測量誤差，為減小累積滑移后產(chǎn)生型鋼柱對口錯邊，并減小累積滑移產(chǎn)生的累積偏差，在拼裝滑移鋼屋架前，先復測待對接型鋼柱的實際位置，據(jù)此來確定拼裝鋼屋架的相對位置，保證滑移就位時每個對接口都能有較高精度的對接。鋼屋架拼裝按照由下到上，由兩側(cè)到中間的順序進行拼裝。

②施工現(xiàn)場風荷載較大的情況下，禁止進行滑移施工。滑移施工過程中，若需長時間暫停施工，則必須保證錐形鋼屋架滑動到軌道支座處，避免在軌道跨中長時間停留。

③應保證滑道表面水平度，減少滑移過程中造成滑動摩擦系數(shù)的阻礙和降低。安裝滑道系統(tǒng)時，應做到軌道梁與柱頂鋼板、軌道與軌道梁接觸緊密；軌道中心線偏差控制在±3mm以內(nèi)；軌道兩端標高偏差控制在2mm以內(nèi)；在滑移之前應對滑道涂抹黃油潤滑。

4 累積滑移仿真計算要點

施工前的結(jié)構(gòu)設計一般都是在結(jié)構(gòu)整體力學模型建成后一次加入結(jié)構(gòu)所要承受的全部使用荷載然后進行整體分析。然而，在結(jié)構(gòu)施工過程中，結(jié)構(gòu)的真實加載過程和受力狀態(tài)并非一次完成，而是根據(jù)施工工藝，按照施工順序進行。基于此，對錐形鋼屋架累積滑移施工進行仿真分析要解決的問題主要包括：1）屋面鋼結(jié)構(gòu)拼裝、滑移過程中的受力狀態(tài)跟結(jié)構(gòu)安裝完成后使用時的受力狀態(tài)不盡相同。在大量的施工荷載和恒載施加在暫態(tài)結(jié)構(gòu)上，很有可能是危險的。因此，需要考察在結(jié)構(gòu)施工過程中是否存在整體及局部構(gòu)件承載能力和變形超限的問題，因此，需要對各階段的暫態(tài)結(jié)構(gòu)進行分析計算。2）屋面鋼結(jié)構(gòu)在累計滑移施工過程中結(jié)構(gòu)在風荷載作用下的抗傾覆能力以及由于各滑移點不同步對結(jié)構(gòu)的影響。

5 滑移軌道系統(tǒng)

5.1 軌道布置及設計

錐形鋼屋架結(jié)構(gòu)位于204.650m標高的樓面上，且鋼屋架自身高度為36.85m，參與滑移的錐形鋼屋架高度為29.2m，其結(jié)構(gòu)重心高，為保證高空滑移的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和高空抗風穩(wěn)定性，采取4條高低滑軌，分別設置于5～8軸，單條軌道長度約為43.2m（見圖6a）。第1級軌道軌頂標高為212.85m，第2級軌道軌頂頂標高為227.15m。第1級軌道承受上部滑移結(jié)構(gòu)的大部分荷載。在進行軌道設計時，提出了兩種方案：1）方案1，在已經(jīng)安裝鋼柱上焊接牛腿，再在牛腿上安裝軌道梁。通過在滑移鋼屋架上安裝臨時支撐及滑移裝置達到與軌道的連接形成滑移接觸對；2）方案2，在已安裝鋼柱上安裝封口板，在封口板上安裝軌道梁，通過在滑移鋼屋架最下段鋼柱子上的封口鋼板與軌道形成滑移接觸對。方案1存在浪費鋼材，精度不好控制的缺點，因此第1級滑移軌道采用方案2（見圖6b）。第2級滑移軌道軌道梁位于鋼支撐胎架上，通過在滑移鋼屋架上安裝的臨時支撐及滑移裝置與軌道形成滑移對（見圖6c）。滑移軌道由H300×300×10×15軌道梁和50kg/m鋼軌組成。

5.2 軌道梁計算

錐形鋼屋架在滑移施工過程中，滑移力通過鋼軌傳遞至軌道梁。當錐形鋼屋架滑移至軌道梁跨中時，對軌道梁最不利。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》GB50017-2003進行強度、穩(wěn)定性及變形驗算，在計算強度和穩(wěn)定時，荷載設計值除了考慮荷載分項系數(shù)外，尚需考慮動力系數(shù)。在計算變形時，直接根據(jù)荷載標準值進行計算。軌道梁應力比應控制在0.85以下，撓度控制在1/400。采用有限元軟件ANSYS進行計算，軌道梁最大豎向位移3.94mm，最大水平位移3.53mm，軌道梁最大應力比為0.65，軌道梁滿足施工要求。

6 計算機控制液壓同步頂推滑移系統(tǒng)

6.1 頂推滑移系統(tǒng)優(yōu)勢

計算機控制液壓同步頂推滑移系統(tǒng)由液壓頂推器、液壓泵源系統(tǒng)、計算機同步控制及傳感檢測系統(tǒng)組成。該頂推滑移系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：1）選用步進式液壓頂推器，其反力結(jié)構(gòu)利用滑道設置，省去了反力點的加固問題；2）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，啟動過程中無延時，動作精確度好。3）滑移過程中采用計算機同步控制，液壓系統(tǒng)傳動加速度極小、且可控，能夠有效保證整個安裝過程的穩(wěn)定性和安全性。這為滑移過程中錐形鋼屋架、下部支承結(jié)構(gòu)以及所有臨時措施的安全性增加了保障；4）液壓同步頂推設備、設施，體積和重量較小，機動能力強，方便倒運和安裝；5）滑移頂推、反力點等與其他臨時結(jié)構(gòu)合并設置，加之液壓同步滑移動荷載極小的優(yōu)點，可使滑移臨時設施用量降至最小。

6.2 頂推器配置

在累積滑移過程中，頂推器所施加的推力和所有滑移座與滑道間的摩擦力f達到平衡。摩擦力f=滑移鋼屋架自重荷載×1.2×0.15（滑移鋼屋架與軌道之間的摩擦系數(shù)取0.2，1.2為摩擦力的不均勻系數(shù)）。錐形鋼屋架滑移單元的最大自重約為620t。則頂推滑移過程中所需的頂推力為：f=620×1.2×0.2=148t。本工程在每條軌道上設置1個頂推點，每個頂推點配置1臺液壓頂推器共配置4臺，單臺液壓頂推器的額定頂推驅(qū)動力為100t，則頂推點的總頂推力設計值為400t>148t，能夠滿足滑移施工的要求。

7 結(jié)語

長江傳媒大廈工程屬于超高層建筑，主體結(jié)構(gòu)完成后頂層操作平面較小，且錐形鋼屋架噸位大，結(jié)構(gòu)形狀復雜，重心高，施工難度大。綜合考慮安全、經(jīng)濟、技術(shù)等因素，采用超高層錐形鋼屋架累積滑移施工技術(shù)。施工前，通過軟件對累積滑移施工工況進行有限元分析，對滑移軌道進行了詳細設計，確保了累積滑移施工的順利進行。由于前期工作準備充分，方案合理，措施到位，安裝施工結(jié)束后，經(jīng)相關(guān)測量檢測，全部數(shù)據(jù)均在控制范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求。本工程的高空錐形鋼屋架滑移安裝經(jīng)驗無疑是成功的，對類似工程有很好的指導意義和參考價值。

參考文獻

[1]GB50009-2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]GB50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，20003.

[3]王新敏.ANSYS工程結(jié)構(gòu)數(shù)值分析[M].北京：人民交通出版社，2007.

[4]王新敏，李義強，許宏偉.ANSYS結(jié)構(gòu)單元分析與應用[M].北京：人民交通出版社，2011.

[5]陳永生，朱海峰，揭曉余.鋼結(jié)構(gòu)高空累積滑移技術(shù)應用[J].施工技術(shù)，2008，37（5）：53-55.

[6]李國建，陳靜波.蘇州現(xiàn)代傳媒廣場大高差懸鏈狀鋼結(jié)構(gòu)累積滑移施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2015，44（22）：8-14.