大跨度大型桁架高空拼裝及同步滑移技術

張光雨，孫 賑

（天津三建建筑工程有限公司，天津 300170）

隨著越來越多大跨度鋼結構被應用在大型公共建筑中，傳統鋼結構施工采用的地面拼裝、高空吊裝工藝顯現出了一定的局限性。對于作業場地狹小、工期緊，現場不具備整體拼裝、吊裝條件的工程來說，加入滑移工藝，可解決大量吊裝設備無法輻射位置的結構安裝難題，節省施工場地，對吊裝設備要求低[1]。本文以薊州國家冬季運動專項訓練基地改建工程速滑館項目為例，對大跨度體育館超大型桁架高空拼裝、同步滑移施工技術進行研究和探討。

1 工程概況

薊州國家冬季運動專項訓練基地改建工程速滑館屋面為鋼結構，由21榀正三角主桁架和5道次桁架構成，材質為Q355B，主次桁架采用剛性連接，通過支座系統將桁架荷載傳遞至混凝土主體框架結構上。見圖1。

圖1 桁架結構構造

速滑館東側、南側、北側緊貼基地院墻，西側緊貼已有建筑；同時薊州區山區運輸路線，不能滿足桁架整體制作運輸吊裝的條件，也無法滿足現場拼裝、吊裝的條件（主要是建筑物中部桁架）。針對工程的外部環境及場地條件限制，在綜合考慮施工安全、質量和工期后，研究出一種以滑移為主，結合傳統拼裝、吊裝工藝，利用主體結構作為“拼裝—滑移—吊裝”施工的載體與軌道，進行屋面鋼結構施工的技術。

滑移系統承受自重、風荷載、桁架載荷，主要起到移動桁架至設計位置的作用，構造包括支座、軌道、爬行器。支座采用盆式彈性支座，雙向可滑動。軌道由型鋼構成，滑移面上均涂黃油，起潤滑作用。爬行器包括頂推耳板、加緊裝置、液壓缸等。見圖2。

圖2 滑移結構構造

2 技術難點

1)桁架跨度大、重量高，安裝難度高。桁架最大質量61.97 t、最大跨度82.685 m，采用Midas計算機軟件對桁架的吊裝和滑移進行桿件受力分析，確保安全施工和工程質量安裝。

2）場地狹窄，安裝難度大。現場場地狹窄，經過綜合研究，決定在1-4軸和12-13軸搭設操作平臺，3-11軸桁架先在操作平臺上拼裝成整體后高空滑移到設計位置，1-2軸及12-13軸桁架直接在操作平臺上就位拼裝，其他軸桁架在地面拼裝成整體后直接吊裝。

3）主桁架跨度大、矢高大、重量大，易失穩破壞。在拼裝和吊裝就位時，將桁架由幾何常變體系變為幾何不變體系。3-11軸滑移桁架的前二榀需拼裝成整體形成空間穩定體系后方可滑移，其他榀桁架就位后及時與之前桁架連接，保證整體穩定。

4）焊接工程量大，質量要求高。2名焊接工同時對稱焊接，多層多道焊，嚴格控制工藝流程，構件應在組裝完成并經檢驗合格后再進行焊接[2]。

3 施工工藝

3.1 工藝流程

建模、計算→測量放線→鋪設滑移軌道→搭設操作平臺→10-11軸桁架整體拼裝→驗收檢查合格→爬行器牽引滑移至4-5軸→拼裝9軸桁架→滑移三榀桁架→其他桁架拼裝、滑移→全部滑移至設計位置后，千斤頂頂升桁架→抽出軌道→桁架就位→就位拼裝1-2軸及12-13軸桁架→吊裝剩余桁架，連接桁架間次構件→檢查驗收。見圖3。

圖3 工藝流程

3.2 操作要點

1）建立模型，進行計算、驗算。結構的計算模型和基本假定應與構件連接的實際性能相符合[3]，采用計算機仿真模擬預拼裝時，模擬的構件或單元的外形尺寸應與實物幾何尺寸相同[4]。

計算結果表明，全過程滑移工況下：桁架最大變形70.1 mm，桿件最大應力比0.25＜0.8，應力滿足要求；最小屈曲特征值為35.4＞1.0，不會發生失穩。見圖4。

圖4 滑移計算模型

吊裝全過程（雙機抬工況）下：桁架最大變形1.3 mm，最大桿件應力比0.034＜0.8，鉤頭最大受力115 kN，鋼絲繩最大拉力89 kN。該吊裝方案使部分桿件的拉壓狀態與原設計狀態相反，但經計算桿件長細比并未超限滿足要求。見圖5。

圖5 吊裝計算模型

2）鋪設滑移軌道。利用支座層通長混凝土梁作為鋪設滑移軌道平臺，滑移軌道采用型鋼構成，滑移面上均涂黃油，起潤滑作用，滑移軌道采用臨時固定措施。事先安裝預埋件，再鋪設軌道，通過擰緊埋件上的絲扣使壓板壓實軌道。見圖6。

圖6 滑移軌道

3）桁架拼裝。拼裝前，采用型鋼及鋼管搭設拼裝平臺，調節水平高度，保證桁架的組裝精度。拼裝場地設置監測點，以控制桁架的高差和尺寸。上下弦桿對接處雙側打坡口，內加襯管，預留10～20 mm間隙，熔透焊接。桁架主管對接接頭必須錯開，上下弦桿對接后，接頭處再加外套管加強，加強套管長度＞400 mm，將加強套管割開成2個半圓形后再施焊，目的是增加焊縫長度。

拼裝構件進行組對，對臨時點焊固定的桁架進行尺寸復核，當尺寸無誤時，再對連接處進行定位焊接。焊材采用E5016焊條（手工焊）或ER50-6焊絲（氣保焊），嚴格按照WPS的參數進行焊接。

4）檢查驗收。拼裝焊接前后，均需對整體尺寸進行復核，發現偏差及時調整。拼裝完成后必須進行嚴格檢查驗收和抽樣復檢，對焊縫應自檢合格后進行監檢，監檢同自檢一樣是產品質量保證體系的一部分，但需由具有資質的獨立第三方來完成[5]，合格后方可進行下一道工序。

拼裝完后，對安裝節點、對接節點以及運輸和吊裝的損傷處進行除銹、補漆，除銹質量等級達到Sa3級。

5）桁架滑移。滑移時要做到平穩緩慢、同步前進，確保桁架緊貼軌道并且與滑移軌道的中心線一致。在滑移的桁架中部2個方向各設置倒鏈，防止桁架滑移時側向失穩。同步液壓爬行器，滑移推進速度不宜＞0.5 m/min。檢測兩邊滑移同步值＜20 mm。兩側同步值檢測無誤，重復上述操作將滑移桁架至指定位置。

6）桁架吊裝。吊裝前需復核基準線和標高線并且對安裝節點、位置、標高、跨度進行實際測量，對桁架的整體尺寸進行復核，達到設計要求后方可吊裝。吊裝時，吊裝作業區域四周應設置明顯標志，嚴禁非操作人員入內[6]。桁架安裝完成時要對桁架的垂直度、彎度進行測量、校正，待校正合格后，即可與鋼柱焊接作最后固定。

4 結語

在滿足屋面鋼結構最終效果及施工安全的前提下，快速高質量地完成了鋼結構施工，避免了工期的延誤。對傳統吊裝施工技術進行優化，通過拼裝—滑移—吊裝的組合施工技術，解決了現場場地狹窄的問題，同時減少了高空吊裝作業風險，對吊裝設備要求低，節約了臺班費，節約了施工成本，縮短了工期，可為類似工程借鑒。