風(fēng)雨操場鋼屋蓋滑移施工關(guān)鍵技術(shù)

鄒建磊，李 昂，范銳釗，趙國強(qiáng)

（北京市機(jī)械施工有限公司，100045 北京）

1 工程概況

中國傳媒大學(xué)風(fēng)雨操場的屋蓋采用立體桁架結(jié)構(gòu)（圖1），南北向5%的坡度起坡。屋蓋平面投影尺寸為58.8m×88m，結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高約23.194m。風(fēng)雨操場結(jié)構(gòu)由12榀主桁架和鋼系桿構(gòu)成，桁架斷面均為倒三角形，主桁架長58.8m，上弦面寬4m，最大高度5.114m，單榀桁架最重42.188t；立體桁架桿件均采用圓鋼管，節(jié)點(diǎn)為相貫節(jié)點(diǎn)，支座為抗震球鉸支座（固定鉸支座），支承于混凝土主體結(jié)構(gòu)。

圖1 風(fēng)雨操場軸測圖

2 施工方案選擇

由于本工程的鋼管桁架體量較大，鋼屋架的現(xiàn)場組拼和安裝工作是整個工程的重要工序，直接影響到工程的總體質(zhì)量和工程進(jìn)度。因而必須制定并采用科學(xué)的施工方法，合理安排工序方能確保整個工程優(yōu)質(zhì)高速完成。

針對本工程的特點(diǎn)，確定了“風(fēng)雨操場桁架分段拼裝，累積滑移”的技術(shù)方案”。安裝方案的優(yōu)點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)如下。

1）優(yōu)點(diǎn) ①施工過程中受力狀態(tài)與實(shí)際設(shè)計狀態(tài)比較接近；②技術(shù)先進(jìn)、成熟，有豐富的滑移、吊裝的經(jīng)驗；③相對與土建配合較少、交叉施工少；④在地面進(jìn)行拼裝作業(yè)，減少了高空焊接的作業(yè)量，焊接質(zhì)量易保證；⑤減少了高空作業(yè)，施工安全性好。

2）關(guān)鍵點(diǎn) ①需要精心劃分鋼結(jié)構(gòu)加工、運(yùn)輸、組裝單元；②對現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)校正、焊接措施要求較高；③高空對接精度要求高。

所有管桁架均采用工廠加工制作，現(xiàn)場地面拼裝的施工方法；現(xiàn)場設(shè)有拼裝區(qū)域，區(qū)域的選擇以便于吊裝為原則；在拼裝平臺處設(shè)有拼裝胎架，胎架用工字鋼自行加工制作，以保證拼裝為原則；每榀桁架在拼裝臺上拼裝完成后，用汽車起重機(jī)直接吊裝就位。

3 滑移施工方案

3.1 安裝方法

在已建成土建結(jié)構(gòu)上鋪設(shè)滑移梁及軌道，滑移梁端部及底部與混凝土預(yù)設(shè)的埋件連接牢固，并在剪力墻位置搭設(shè)安裝操作平臺及拼裝胎架。主桁架分成5段分別在地面進(jìn)行拼裝，然后用120t汽車起重機(jī)把拼好的分段桁架吊運(yùn)到拼裝胎架上，在拼裝胎架上進(jìn)行單榀拼裝，拼裝完成后，滑移出拼裝臺，繼續(xù)拼裝下一榀主桁架，完成兩榀桁架拼裝后，安裝其間的聯(lián)系桿件，按照此方法繼續(xù)拼裝其余桁架直至完成全部桁架安裝，圖2為主桁架軸測圖。

圖2 主桁架軸測圖

3.2 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)配置

利用我公司專用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)（圖3、圖4）作為支撐，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)截面1.2m×1.2m。補(bǔ)齊拼裝平臺的2個角。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)示意圖一

圖4 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)示意圖二

3.3 滑移設(shè)備布置

在每個軌道上布置1臺滑移爬行器。

本工程結(jié)構(gòu)滑移屬于滑移摩擦力，牽引力公式選用F≥mG。m為滑動摩擦系數(shù)（通常取m=0.2）；G為滑移重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值。

前7次頂推重量的最大牽引力F1=m×G=0.2×403.5=80.7t。

每個爬行器的反力是40.35t。本工程爬行器額定頂推力為42t，采用2個爬行器，所以滿足頂推要求。按最后一次頂推重量計算。

牽引力F1=mG=0.2×453.6=90.72t。

每個爬行器的反力是45.36t。所以本工程最后一次頂推是每側(cè)放2個，共4個爬行器，每個爬行器額定頂推力為42t，所以滿足頂推要求。

3.4 滑移軌道

由于滑移的屋面鋼結(jié)構(gòu)較重，滑移距離長，桁架跨度較大，所以滑移軌道的設(shè)計十分重要。

滑移軌道（圖5）鋪設(shè)在兩側(cè)A軸和H軸混凝土梁上，軌道通過與埋設(shè)在混凝土梁中的埋件焊接固定，每個軸線距離（8m）內(nèi)設(shè)置2個埋件。本工程東北東南2個角滑移平臺位置利用800×300×30×40mm的箱型梁作為滑移梁，滑移梁上面標(biāo)高正好與混凝土梁標(biāo)高一樣，然后將鋼軌鋪設(shè)在滑移梁和混凝土梁上。鋼梁延長部分及鋼軌與混凝土梁固定示意圖如圖6～圖7所示。

圖5 滑軌布置圖

圖6 鋼梁延長部位示意圖

圖7 鋼軌與混凝土梁固定示意圖

滑道采用50kg的重軌（圖8）。滑道接縫處用砂輪打磨平整、光滑。滑移鋼軌在整個水平滑移中起承重導(dǎo)向和橫向限制滑板水平位移的作用。

圖8 50型重軌截面圖

為保證滑道底面的水平度，降低滑動摩擦系數(shù)，牽引滑移軌道梁及滑移軌道在制作安裝時，應(yīng)做到以下幾方面。

①滑移軌道梁在焊接后對上表面的平面度進(jìn)行變形矯正；②滑移軌道上表面應(yīng)進(jìn)行手工除銹，打磨光滑；③軌道中心線與滑移梁中心線偏移度控制在3mm以內(nèi)；④每段滑移軌道接頭高差目測為零，焊縫接頭處應(yīng)打磨平整；⑤正式滑移前軌道與滑靴各接觸面需涂抹黃油以減小摩擦系數(shù)；⑥滑靴形式：設(shè)置鋼板與桁架支座焊接，下方兩側(cè)設(shè)限位板。

3.5 滑移節(jié)點(diǎn)

要求千斤頂滑移頂推耳板工裝的開孔中心，距離鋼軌面445mm（圖9、圖10）。

3.6 滑移流程

使用120t汽車起重機(jī)把在地面拼裝好的第二榀主桁架的5個分段依次吊到操作平臺并拼接；拼裝第三榀主桁架及其兩榀主桁架間的聯(lián)系桿；將拼裝好的兩榀桁架滑移出拼裝胎架；拼裝第四榀主桁架及其兩榀主桁架間的聯(lián)系桿；將拼裝好的桁架滑移出拼裝胎架，拼裝第五榀主桁架及其兩榀主桁架間的聯(lián)系桿，安裝第二榀桁架靠近A軸的馬道；按上述步驟依次拼裝并滑移第六榀和第七榀桁架；按上述步驟依次拼裝并滑移第八榀和第九榀桁架；在原位散件安裝第十一榀主桁架及其兩榀主桁架間的聯(lián)系桿；在原位散件安裝第十二榀主桁架及其兩榀主桁架間的聯(lián)系桿；在原位散件安裝第一榀主桁架及其兩榀主桁架間的聯(lián)系桿，安裝完成。累積滑移如圖11所示。

圖9 頂推節(jié)點(diǎn)示意圖

圖10 滑移頂推耳板工裝

圖11 累積滑移示意圖

3.7 卸載

桁架滑移就位后，通過在桁架下弦設(shè)置千斤頂進(jìn)行整體卸載（圖12）。為保證卸載的統(tǒng)一性，盡量使用新的設(shè)備，統(tǒng)一千斤頂規(guī)格及型號。卸載時由指揮人員統(tǒng)一下達(dá)指令。

圖12 卸載示意圖

將桁架整體頂起后，撤出滑移梁和鋼軌，拆除滑靴，將支座塞入，安裝。

4 累積滑移驗算

模型兩端部分為原位拼裝，不進(jìn)行滑移，滑移從中間部分開始，單榀累計滑移，總平面圖如圖13所示。

圖13 風(fēng)雨操場總平面圖

累積滑移到第九段總重453.6t，摩擦系數(shù)0.2，平衡時滑移力為90.72t。以支撐處下兩側(cè)弦桿施加45.36t 水平推力進(jìn)行桿件驗算，位移、反力與結(jié)構(gòu)應(yīng)力比如圖14～圖16所示。

經(jīng)過受力驗算，結(jié)構(gòu)位移、反力與桿件應(yīng)力比均能滿足受力要求。

5 結(jié)語

大跨度鋼屋蓋高空累積滑移技術(shù)與一般施工技術(shù)相比，具有經(jīng)濟(jì)快速、滑移設(shè)備體積小、自重輕、承載能力大、設(shè)備自動化程度高、操作靈活方便、安全性好、可靠性高、適用面廣、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于空間狹小的場地，彌補(bǔ)了諸多方案的不足。

圖14 結(jié)構(gòu)位移圖(mm)

圖15 反力圖(t)

圖16 桿件應(yīng)力比