大跨度钢桁架带柱累积滑移施工技术研究

高并强

(中铁十二局集团建筑安装工程有限公司，山西太原 030024)

滑移法是用于大跨度、超重量钢结构的一种新兴施工工艺，它具有操作灵活、安全可靠、节约设备及机具投入、占用施工场地小、缩短工期等特点。滑移法施工主要由滑移轨道、临时支撑胎架、滑移动力装置组成，目前使用最广泛的滑移施工方法为液压爬行器顶推式滑移。近年来，滑移法在“鸟巢”体育馆、上海世博会主题馆及大型机场航站楼已得到广泛应用，滑移施工技术已日臻成熟。但滑移施工技术主要限于平面内滑移或滑移单元重心不高的施工工况，对于大跨、高位重心的工况滑移尚无成熟的施工经验，本文主要研究钢屋盖带柱滑移施工技术在济南西站站房Ⅱ区钢屋盖施工中的应用。

1 工程概况及难点

济南西站位于济南总体规划中主城区的西部腊山新区的西客站片区;北到小清河，南到腊山河北路，东到二环西路，西到京福高速公路。济南西站站房由站房Ⅰ区、站房Ⅱ区组成，总建筑面积99786 m2。

站房Ⅱ区主体结构体系竖向采用钢管混凝土柱，水平方向采用预应力混凝土梁板+型钢混凝土梁板的混合结构。基本柱网为21.5 m ×24 m 和 21.5 m ×17.5 m，屋面主体结构采用钢管柱+空间变截面倒三角形管桁架结构。其屋面体系钢管柱均由地下通廊相应部位的钢管混凝土框架柱变径后延伸至楼面，屋面模型图如图1所示。

图1 站房Ⅱ 区屋盖模型图

站房Ⅱ区钢结构屋盖分为A，B，C三个区。A区宽116.4 m，长99 m;B 区宽116.4 m，长77.5 m;C 区宽107 m，长25 m。其中A区和B区结构间有300 mm的间隙。A，B区为空间变截面倒三角管桁架结构，结构顶标高为+41.600 m，分别有5榀和4榀主桁架。主桁架长约116 m，宽2.5 m，高从2.5 m到4.5 m渐变，单榀桁架重约100 t，C区屋盖为平面钢架，跨度分别为24 m，59 m，上部钢梁，系杆、支撑采用的截面有H型钢，方管和圆管。

钢结构屋盖主次桁架间相贯焊接，型钢梁及斜撑等附属杆件多采用螺栓连接，其中主桁架及型钢梁，弧形梁等杆件均为弧形。屋盖钢结构总重约3000 t，钢材材质均为Q345B。由于屋盖施工时正线已经铺通并进行铺架运输，站台和雨棚也处于紧张施工阶段，采用吊装法将与其他工作存在严重的施工干扰;高空滑移法虽然需要大量的临时措施，由于施工工期短，且与土建可交叉施工，于是选择了钢屋盖带柱累积滑移施工。

2 钢屋盖带柱累积滑移施工

2.1 滑移系统布置

站房Ⅱ区钢屋盖带柱滑移的滑移轨道采用50 kg/m型标准铁轨，共设置四条，分别位于Ⅱ-9，Ⅱ-10，Ⅱ-13，Ⅱ-14轴，每条轨道位于轴线正中位置，轨道与滑移钢梁之间的连接采用钢压板形式连接，间距500 mm，每组轨道上根据滑移支座的布置及其对应的理论反力值，配置满足同步顶推滑移顶推力的液压爬行器，以保证滑移过程中钢结构屋盖的稳定和安全。

2.2 轨道梁布置

利用现有高架层Ⅱ-9，Ⅱ-10，Ⅱ-13，Ⅱ-14轴线混凝土梁作为轨道梁，在混凝土梁架设型钢，型钢上焊接固定滑移轨道。轨道布置平、立面图如图2，图3所示。

图2 滑移轨道平面布置图

由于钢柱分段点高出楼板面1.2 m，针对这个高差，我们采用在轨道下设型钢梁的方式，型钢面与钢柱上表面齐平，型钢截面选择□1200×700×25×30，保证轨道铺设后轨道面标高平滑一致，如图4，图5所示。

通过型钢梁调整，轨道可直接通长布置，滑移过程中不用停顿。型钢梁在使用的过程中，除轨道压板等少量焊接操作外，严禁在型钢梁上动火、焊接，其与钢柱、混凝土梁上预埋件的连接均采用安装螺栓、卡码等连接方式，如图6所示。

图3 滑移轨道布置立面图

图4 轨道布置立面图

图5 A—A剖视图

图6 型钢梁卡码示意图

为避免滑移时屋盖产生侧移，在上节柱柱底板下焊接限位板，限位板规格为100×80×20，间距略大于轨道面宽，如图7所示。

图7 柱底限位板示意图

2.3 拼装胎架布置

本工程高空拼装平台，承担了高空桁架对接拼装，散件安装时人员停留的功能，需综合考虑屋架的跨度、屋架高度和自重进行设计。屋盖结构主桁架间距最大为21.5 m;中间设计6道次桁架，其中4道在轴线位置，其余2道在跨中布置;次桁架间连接有型钢梁。主桁架宽2.5 m，高从2 m到4 m渐变，重量近80 t，是滑移单元高空拼装的最主要内容。根据结构这些特点，操作平台采用分列布置的格构式型钢柱作为主要承重构件，下面拉设安全网，做好安全围护工作。

操作平台内侧支撑架落在高架候车楼楼面上，标高为17.310 m，外侧支撑架落在轨道层楼板上，标高为5.350 m，其在17.310 m标高通过水平撑与楼板连接。支撑架均顶在桁架下弦，则操作平台格构式柱大致高度有10 m，18 m，28 m，35 m等多种规格。操作平台整体平立面布置图如图8所示。

2.4 施工流程

济南西站站房Ⅱ区钢屋盖带柱累积滑移施工流程如下:1)在高架西端搭设滑移、拼装胎架，桁架及屋盖在拼装胎架上组装成吊装单元，在滑移胎架上组拼滑移单元;2)安装布置轨道梁、铺设滑移轨道;3)钢结构带柱滑移;4)钢结构带柱累积滑移;5)卸载。

图8 操作平台立面图

3 带柱滑移关键技术

3.1 质量控制

根据《钢结构工程施工质量验收规范》及《钢结构设计规范》规定，单层钢柱的垂直度允许偏差应小于h/1000，且不应大于10.0;结构体系的挠度不应大于L/500。否则，将对原屋面结构产生不利影响。

屋盖变形主要表现为下挠和径向滑动，在滑移和卸载过程中，两者是相关联的，合理的径向限位既能降低对滑道产生的侧向推力，又能减少桁架的下挠。下挠变形监测通过监测桁架关键点标高变化来实现，利用仪器直接观测桁架关键点标高。

本工程中间跨度大，四周悬挑，卸载及滑移过程中，在桁架跨中及两端各设置一观测点用于结构的变形观测。

滑移施工通过采用全站仪对结构体系滑移前、滑移中、卸载后进行测量，结构体系变形值均在规范允许范围内。

3.2 滑移单元的抗倾覆设计

滑移单元由桁架、屋面檩条、钢管柱组成，滑移单元的高度最高为24 m，最低为16 m，桁架最大跨度为59 m，其几何中心与重心不重合，而且重量主要集中在上部，重心位置较高，滑移过程中易倾覆，在滑移过程中减小滑移加速度，变形缝处的桁架单元与其前一滑移单元通过杆件连接，滑移到位后，再断开连接。经ANSYS有限元建模分析，滑移过程中滑移单元未发生失稳现象。

3.3 带柱滑移单元的边界条件设计

滑移单元下部的钢管柱原与地下通廊相应部位钢柱变径延伸至楼板的钢管柱连为一体，为了屋盖滑移将钢管柱距楼板高度1.2 m处断开，滑移单元的钢管柱底端为自由端，即改变了原设计空间桁架体系的边界条件。在整个滑移行进过程中，结构体系处于一种可动的状态，为了确保滑移过程中结构体系的稳定性，对滑移单元进行加固，使滑移单元为一刚体，末端约束屋面结构与滑移轨道接触的部位除了由滑移轨道提供竖直方向的约束，并没有其他约束，即柱脚仅施加Z向约束，X，Y方向释放。经过ANSYS有限元结构分析软件对各滑移单元进行施工状态计算分析，确定各滑移单元挠度分布、轨道竖向反力、结构应力分布等设计参数均在规范允许范围之内。

3.4 带柱滑移的同步控制技术

带柱滑移施工采用液压同步滑移技术，该技术采用电脑控制，通过数据反馈和控制指令传递，可全自动实现同步动作、姿态矫正、负载均衡、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能，其驱动设备采用组合式液压爬行器，液压爬行器一端以楔形夹块与滑移轨道连接，另一端以铰接点形式与滑移胎架或构件刚性连接，中间利用液压油缸驱动爬行。此设备可抛弃反力架，省去了反力点的加固问题，省时省力。但由于楔形夹块与滑移轨道连接时，采用摩擦力紧锁，各个爬行器的楔形夹块与滑移轨道的摩擦面不同、紧锁时间的误差，导致同步滑移中仍有偏差，从而使滑移单元产生较大的变形。经滑移中采用计算机同步控制和人工测量控制，滑移中结构体系的变形均在控制之内。

3.5 各种工况下的模拟计算

为了确保滑移过程中结构体系的安全，采用有限元软件对滑移及卸载状态下的工况进行模拟计算，找出最不利状态，进行加固处理。

4 结语

济南西站站房Ⅱ区钢屋盖成功的应用了高位重心带柱累积滑移施工技术，不但成功克服了滑移单元重心高、易倾覆的难点，而且保证了滑移单元的各控制点的同步性，安装的各项指标非常理想，不但得到了建设单位的认可，而且得到了业内专家的好评。以其工艺的技术合理性，操作简易性，安全可靠性，就位的高精度性，取得了良好的社会效益和经济效益，为今后我国大型钢结构屋架的安装施工提供了实践经验。

［1］蒋国明.大跨空间钢结构累积旋转滑移施工技术［J］.钢结构，2009，24(8)：69-74.

［2］中国钢结构协会.建筑钢结构施工手册［M］.北京：中国计划出版社，2001.