大型钢结构换柱滑移安装施工技术——基于高空特殊环境

邱志章

(福建省闽南建筑工程有限公司 福建泉州 362100)

大型钢结构换柱滑移安装施工技术
——基于高空特殊环境

邱志章

(福建省闽南建筑工程有限公司 福建泉州 362100)

结合工程实际情况，总结了一套高空特殊环境大型钢结构滑移换柱安装施工技术。文章着重介绍了其工艺操作要点及质量控制措施。实践证明采用技术先进、安全可靠、高效环保的“高空定点拼装、累积滑移、整体卸载落位、换柱”等施工技术,完全可以完成大跨度钢屋盖结构安装。

大型钢结构；复杂环境；换柱滑移；整体落位

0 引言

近年来，随着我国经济的又一次腾飞，各地大型建筑纷纷拔地而起，特别是大型的商场、展览城等大型的建筑。为了满足内部采光的要求，一些大型的建筑内部均设置一些超大型采光井,这就给一些大跨度、大空间钢结构工程施工提出更高的要求。建筑物内中庭不能进行钢结构的吊装，且在高空屋面不等标高的等特殊环境下，如何解决复杂环境下高空大跨度钢结构整体拼装、单层钢结构整体滑移、钢结构整体卸载就位、换柱滑移，提出了更高的要求。

基此，本文拟以石狮某工程项目为案例，着重介绍在高空特殊环境下大型钢结构换柱滑移安装施工技术工艺操作要领及其质量控制措施，为类似项目施工提供参考。

1 工程概况

石狮某项目位于石狮市灵秀镇，是一组集专业商业市场和综合办公塔楼为一体的大型建筑群体，由商业A区、商业B区、办公2#楼组成，总建筑面积约33万m2，工程总造价6.138亿元。工程商业A区大中庭屋面设计为大跨度钢结构彩光天棚，结构形式采用弧形钢梁、型钢柱拼装而成。横向为单跨，跨度32.8m，钢架总重224.2t，屋面结构标高22.690m，钢屋架东北侧第一个纵跨设计支撑于出屋面电梯间两根现浇钢筋混凝土柱上，其余支撑均为矩型钢柱。由于施工场地条件限制，该钢结构屋架无法进行机械吊装，而采用了累积拼装滑移施工技术进行施工。该项目钢结构屋架三维效果如图1所示。

图1 钢结构屋架三维效果图

2 工艺原理

选择交通方便、场地平整的一端作为固定的吊装场地，首先将钢结构吊装至屋面，在屋面一端作业平台进行分段(采用2榀屋架带钢柱组合成一个单元)拼装、起吊，然后吊装至滑移轨道上，利用导轨通过固定点将整品屋架依次向前滑移一榀的距离，再接着连接第三榀屋架，再向前滑移，先远后近，反复进行，至所有屋架到指定位置。对于局部不等标高的位置进行重新增设临时转换钢柱进行继续滑移，整体继续滑移到最终位置。最后通过液压千斤顶整体提升，卸掉导轨后，固定安装。

3 操作要点

3.1 施工准备

(1)认真熟悉图纸，尤其是钢构件节点图。根据平面图标注所示及结合构件节点详图，对每一根钢构件截面尺寸、规格进行细化，绘制钢构件细化图纸，确定各相关资源需要量及结合现场实际情况确定施工方案。

(2)为了保证钢结构吊装的安全和质量，按设计资料和施工方案，进行施工技术交底和工人上岗操作培训。

(3)钢结构吊装前认真收集各建筑结构书面的水准控制点、结构梁上预埋件、柱脚螺栓的准确标高和建筑结构和钢结构之间的轴线测量情况的相关资料。

(4)吊装前仔细检查索具、工具是否齐全，符合安全要求。所有钢架编号，控制线是否齐全。安全设施是否齐备，道路是否平整，起重设备是否完好。钢构拼装检验批，报验、验收合格。 混凝土主体结构全部施工结束，并有工序交接资料。

(5)对关键控制点进行复核后，及时在钢结构预埋件安装位置画线，并在钢结构预埋安装部位设置焊接定位角钢。做到标记齐全，位置准确、色泽鲜明。画出钢斜柱及钢柱支座底板的中心线，位置准确并在支座底板范围外面中心线用红漆画三角型记号。

(6)为了保证屋面的安全，将滑移过程的荷载进行组合，并对混凝土柱、梁进行验算，不能满足时立即进行加固。

3.2 滑移轨道铺设

轨道设置如图2所示。

图2 轨道设置图

(1)沿框架柱上的框架梁顶设置两条滑移轨道，滑移轨道中心线应与下部混凝土平台大梁轴线重合，采用300mm×300mm×12mm钢方管作为支撑轨道。

(2)滑移轨道采用500mm×500mm×20mm钢垫片，与主体结构连接固定采用Ф30螺栓，植入深度20倍直径，钢垫片尽量安排每根轨道的端部及框架柱位置下，并利用钢垫片调节导轨的水平度；保证轨道与主体结构连接牢固，可靠。轨道梁下表面与平台大梁上表面间的间隙采用枕木垫实。

(3)轨道与轨道的连接采用焊接，并要求保证焊接牢固、平直。用水平仪对两导轨面找平，使其平行在同一水平面上。

(4)不同平面上的轨道安装时确实保证上、下轨道在同一轴线上。

(5)导轨安装完成后再次认真复核导轨的轴线位置、平整度。

3.3 钢构件的吊运

(1)主梁因长度大不能满足运输条件，采取工厂分段加工，整体预拼装后分段出厂。

(2)按照安装流水顺序由中转堆场配套运入现场的钢构件，利用现场的装卸机械尽量将其就位到安装机械的回转半径内，并遵循“重近轻远”的原则。钢柱和钢屋架等大件放置，依据吊装工艺作平面布置设计，避免在场二次倒运困难。钢梁、支撑等可按吊时顺序配套供应准放。

(3)吊运时软材料保护好钢构件，不能破坏油漆面。

(4)钢柱、梁下设置枕木。

3.4 钢结构的拼装

(1)钢结构的散件运到现场后，将其分批吊装至屋面的作业平台上进行整体组装。

(2)钢柱吊装前将滑板按柱位间距安装并锁定在滑槽内，柱吊装到位后将柱底板用螺栓联结在滑板上，柱垂直度调整好后设立临时支撑,每根柱设4根Ф48钢管,每根3m,作为钢柱临时支撑(临时支撑固定点在浇筑屋面砼时预埋铁件或螺栓)。将钢柱的平面位置、标高、垂直度等进行校正，使其符合施工验收规范和滑移对钢柱精度的要求。第二榀钢柱的吊装同上。完成后吊装横梁。

(3)弧形梁吊装就位后，调整垂直度设置临时固定点，临时固定点设置在离梁两端1/3处采用Ф48mm×3.5mm钢管斜撑在屋面梁上临时固定,临时固定预防钢构件侧翻(临时固定点可在浇筑屋面砼时预埋铁件,与钢管进行焊接)。

(4)按上述顺序安装对称的钢柱、钢梁。

(5)钢梁吊装采用专用吊具，两点绑扎吊装。吊升中必须保证使钢梁保持水平状态。在安装柱与柱之间的主梁时，测量即时跟踪校正柱与柱之间的距离，并预留安装余量，特别是节点焊接收缩量，确保达到控制变形，减小或消除附加应力的目的。

(6)梁与柱节点的连接，原则上对称施工，互相协调。

(7)最后安装剪刀撑及檩条，使其形成稳定的空间结构，完成了一个单位的拼装。柱、梁临时支撑必须在整节构件安装完成后拆除，对个别位置油漆破坏及时进行补漆，补漆采用人工补涂刷。

按上述顺序安装第二单元，直到全部钢屋架拼装滑移到位。

3.5 钢结构累积整体滑移

(1)钢结构完成两节(三榀)屋架的组装后，可以开始进行滑移。对于钢结构采用累积滑移的安装工艺，自西向东方向进行滑移安装，每滑移一榀再安装一榀。

(2)在屋面结构梁上设置方钢滑轨，在滑轨上分段拼装钢屋架，通过在屋架钢柱下设置滑板(CRM履带式重物移运器)，实现钢屋架滑移。

滑板规格选型，则根据钢屋架总重量计算单根钢柱最大集中应力确定。滑板居中布置在滑轨与钢柱之间，并保持平直。

在滑移过程中，安排专人实时观察各个钢柱下滑板的状态，发现滑板偏离滑轨或角度不正时，立即停滑，将钢柱用千斤顶顶起，调正滑板位置。

(3)钢结构滑移最大牵引力通过计算确定。根据牵引力大小，进行手动葫芦及牵引支座选型。牵引支座采用钢板(钢板规格大小及焊缝长度经计算确定)焊接在滑移轨道正前方。

(4)滑移牵引工具采用手动葫芦。葫芦后方挂在牵引支座上，前方钩住屋架钢柱下部节点，手动葫芦铁链不够长可采用钢丝绳接长。通过收紧手动葫芦链条拉动屋架滑行。

(5)在两侧滑移轨道上设置统一刻度标尺，每50mm为一个小刻度，每1m为一大刻度，同时，轨道上标注屋架钢柱轴线位置。钢屋架牵引滑移，由专人指挥，两侧滑轨同步进行滑移，并安排专人同步监测两侧滑移行进距离及滑移速度是否一致。

(6)当钢结构滑移过程中出现偏移时，采用边滑移边纠偏的方法，偏移大的一端先滑移一定距离后停滑，偏移小的一端再滑移。依此重复数次，直到恢复正常滑移。

(7)钢结构滑移到位后，在滑板的前后采用钢楔临时定位。

3.6 不同平面(高低跨屋面)顶梁换柱

针对不同标高(如不上人屋面的标高为25.74与上人屋面标高为22.69不一致时)致使滑移受阻时，采取累积滑移至高低跨交界处，设置临时支撑柱顶梁换柱的方法，使滑移工作继续进行。换柱滑移施工过程如图3所示，具体方法步骤如下：

图3 换柱滑移施工过程示意图

(1)当钢屋架整体滑移至高低跨屋面交界处时，在第一榀钢构架柱头600mm位置处加设钢柱截面300mm×300mm×40mm作为顶梁临时支撑柱1下设滑板，同时在柱中部增加水平连系梁及剪刀撑,以增强换柱后整体屋架的刚度。

(2)顶梁临时支撑柱制作应准确，不得有正偏差。出现负偏差时采用钢楔形进行调整，较大时应加设钢板。在钢梁上方翼缘的两侧各设置一个吊环点位，2个吊环焊接完成后并冷却达到强度后，在其上各设置1个手拉葫芦，进行顶梁临时支撑柱的吊装。在第一榀原钢柱上焊接临时支撑牛腿，在钢柱两侧设置2个液压千斤顶，将结构顶起脱离支撑轨道，将滑板固定在顶梁临时支撑柱1下，顶梁临时支撑柱1就位，再次复核临时支撑柱1的轴线位置、垂直度、平整度，焊接完成后撤掉千斤顶，使顶梁临时支撑柱完全受力。

(3)切割原钢柱1，并继续滑移至上层轨道500mm范围内，在柱头位置下设置滑板。为了控制柱头的能直接受力在上层轨道，钢柱切割应控制好钢柱的尺寸，不应有正偏差，可以有负偏差。误差较大时在钢短柱下设置钢板及钢楔使其完全受力。完成支撑结构转换后，切割顶梁临时支撑柱1并继续滑移。

(4)继续滑移至第2榀钢屋架时，再一次增设顶梁临时支撑柱2，同样顶梁临时支撑柱中部增加水平连系梁及剪刀撑。切割第2榀原钢柱2，继续滑移，完成支撑结构转换后，切割顶梁临时支撑柱2，继续滑移到位。按上述顺序循环进行，直到全部钢屋架滑移就位。

3.7 钢结构整体卸载、就位

(1)滑移到位后，在每个钢柱下部设置钢结构卸载点，钢结构卸载点设置在原混凝土结构主梁上，严禁放置在屋面板上，在卸载点的钢柱上做牛腿，用销轴将支撑牛腿与钢柱连接，油缸顶升时作为支撑点。每个卸载点设置2台20t液压千斤顶。

(2)在卸载点的两侧各布置一台20t的卸载千斤顶。千斤顶顶升将钢柱及支撑结构脱离轨道面25mm。具体的卸载步骤说明如下：

①卸载油缸伸缸程150mm，钢柱脱离轨道面350mm，拆除钢柱下滑板。

②第一次卸载150mm(支撑结构标高从500mm降低到350mm)，将钢柱支撑梁脱离滑板面20mm，卸载油缸缩缸150mm，钢柱支撑梁结构支撑在垫块上。拆除卸载油缸下第一块垫块150mm，卸载油缸伸缸150mm。

③第二次卸载150mm(支撑结构标高从350mm降低到200mm)：将钢柱支撑梁脱离20#槽钢面20mm，拆除钢柱支撑梁下拆除20#槽钢，卸载油缸缩缸150mm，钢柱支撑梁结构支撑在300×300×12方钢上，钢柱柱底板螺栓孔应与原混凝土结构预埋螺栓就位准确，确保第三卸载顺利完成。

④第三次卸载200mm(支撑结构标高从200mm降低到0mm)：将钢柱支撑梁脱离300mm×300mm×12mm方钢面20mm，卸载油缩缸200mm，拆除钢柱支撑梁下300×mm300mm×12mm方钢及500mm×500mm×20mm钢垫片，钢柱支撑梁结构支撑在原混凝土结构上。

(3)油缸缩缸，完成受力体系的转换。取走预留的轨道部分，切掉钢柱底部的支撑结构。随后拆除下部滑移轨道等滑移设施。钢柱下部垫好垫板，做好卸载前的准备。

(4)取走卸载油缸，将牛腿切除，完成卸载。

3.8 焊接或螺栓连接

(1)整体滑移到位并降至设计安装标高后，开始调整标高后进行连接。

(2)一个接头上的高强度螺栓，应从螺栓群中部开始安装，逐个拧紧。初拧、复拧、终拧都注意从螺栓群中部开始向四周扩展逐个拧紧，每拧一遍应用不同颜色的油漆做上标志，防止漏拧。

(3)接头如有高强度螺栓连接又有电焊连接时，按先紧固后焊接的施工工艺顺序进行，先终拧完高强度螺栓再焊接焊缝。

(4)高强度螺栓的紧固顺序从刚度大的部位向不受约束的自由端进行，同一节点内从中间向四周，以使板间密贴。

(5)柱底板下预留的空隙，可能用高强度、微膨胀、无收缩砂浆以捻浆法填实。

3.9 钢屋架的验收

整体屋架施工完成后，由监理单位组织施工总承包单位、分包单位等进行验收，验收合格后进入下道工序的施工。

4 质量要求

(1)滑道安装要求如下：滑道中心线与轨道梁中心线偏移度控制在3mm以内；滑道的接头高差不大于1mm；同跨轨道水平投影轨距偏差控制在10mm之内。

(2)滑移轨道在整个钢骨架累积滑移过程中起到承重、导向和横向限制支座水平位移的作用。滑移轨道对应于平台大梁的中心线设置。

(3)钢柱吊装就位后，经检测符合要求后，再进行固定,形成空间刚度单元。在吊装作业时，当天能完成安装构件都及时形成稳定的空间体系。

(4)滑移统一指挥，两条滑行轨道设专人监测滑行情况，并随时将监测结果反馈给指挥人员。

(5)滑移过程观测：观测滑移同步情况(通过预先在两条轨道上所标出的刻度来随时测量复核每个支座滑移的同步性)。支座与轨道卡位状况，以及铁滑龟夹紧装置与轨道夹紧状况。

工程效果图如图4所示。

图4 工程效果图

5 结语

本文通过对在高空复杂环境对不等标高平面上钢结构滑移换柱的技术难题进行攻关，阐述了高空复杂钢结构滑移换柱安装工艺原理、施工方法、质量控制措施。该方法应用于石狮国际轻纺城物流交易中心等工程，较目前传统的施工方法具有安全性、可靠性、先进性。通过对这一项施工技术的深入研究，作者于2017年2月完成了企业施工工法，目前正进行省级工法的申报。本施工方法的成功应用，为拟建类似项目提供重要参考依据，具有推广应用价值。

Large steel structure column sliding installation technology ——Based on special high altitude environment

QIUZhizhang

(FuJian Minnan construction enginering Co.,Ltd,Quanzhou 362100)

According to the actual situation of the project, summed up a set of special space special environment of large high altitude steel structure sliding column installation and construction technology, and introduces the operation points and quality control measures. Practice has proved that the technology of advanced, safe, reliable, high efficiency and environmental protection, such as the construction of the high altitude fixed point, the cumulative slip, the overall unloading fall, change the column, and other construction technology, completed the installation of large span steel roof structure.

Large steel structure；Complex environment；Column replacement；Global fall

邱志章(1971.6- )男，高级工程师，国家一级注册建造师。

E-mail:287074844@qq.com

2017-04-24

TU391

A

1004-6135(2017)09-0049-05