超高层锥形钢屋架高空累积滑移施工技术

朱朝峰 徐金圣 陈旭 余晶

摘要： 根据武汉长江传媒大厦屋面锥形钢屋架结构特点，通过方案对比确定采用超高层高空累积滑移施工技术，并对高空累积滑移施工步序进行了阐述。针对累积滑移施工实际，采用ANSYS有限元软件对累积滑移施工工况进行了仿真分析，并对滑移轨道进行了详细设计。施工时，选用了计算机控制液压同步顶推滑移系统，实现了各个滑移顶推点的同步性。整个施工过程安全、经济、高效，各项检测指标符合设计要求。

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.

关键词：超高层；高空累积滑移；锥形钢屋架；有限元；同步顶推

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

中图分类号：TU758.11 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）25-0138-03

1 工程概况

武汉长江传媒大厦地上48层，地下2层，屋顶为锥形钢结构，建筑高度241.5m。建筑外形呈现出一种汇聚、向上、流动的形态，顶部收为锥形，抽象表达出“笔尖”的意象（见图1）。屋顶钢结构由11榀跨度为29.52m、高度为33.45～36.85m的锥形钢屋架平行布置构成，其中A～F轴6条轴线上对应的6榀锥形钢屋架直接与结构钢骨柱焊接连接，剩余的5榀锥形钢屋架通过预埋锚栓与混凝土结构楼板连接，每榀钢屋架之间通过钢梁焊接连接，A轴和F轴上各设有6根钢结构抗风柱（如图2所示）。

2 高空累积滑移施工总体思路

2.1 技术特点分析

①本工程钢屋架结构形状为锥形，且钢屋架自身高度为36.85m，导致结构重心位置高，在滑移过程中整体稳定性差，施工控制难度大。

②本工程锥形钢屋架最大安装高度达241.5m，風荷载大，对滑移施工过程中的结构稳定性影响大。

③在方案对比上，若采用高空散拼法，需要搭设大量的钢支撑胎架用于锥形钢屋架的安装，占用工作面大；塔吊起重特性导致锥形钢屋架构件拆分数量多，拼装误差难以控制。本工程采用累积滑移的施工方法，只需要在A轴～B轴之间搭设钢支撑胎架用于单榀锥形钢屋架安装即可，通过累积滑移完成整个锥形屋架安装，占用工作面少、施工安全防护面小，并且安装区域靠近塔身，载重量大，构件拆分数量减少，拼装精度得到提高。

2.2 施工方案确定

按照锥形钢屋架结构布置特点，将施工范围内钢屋架滑移采取“分单元累积滑移”的施工方法，即在结构的一端搭设拼装滑移胎架，按照钢屋架的布置，首先拼装单个滑移单元的第一、第二榀钢屋架，利用“液压同步顶推滑移”系统将其顶推滑移4.2m后暂停滑移，再进行第三榀钢屋架的拼装，按照同样的方法将完成单个滑移单元的拼装，最后利用“液压同步顶推滑移”系统将单个滑移单元整体滑移至设计安装位置，完成安装（如图3所示）。

3 高空累积滑移施工及保障措施

3.1 累积滑移施工步骤

①首先安装标高204.65m至212.40m范围内的钢结构柱，并在柱顶安装第一级滑移轨。搭设A轴～B轴之间单榀锥形钢屋架安装用钢支撑胎架及第二级滑移轨道，并安装A轴上的钢屋架及钢结构抗风柱。

②A轴钢屋架、抗风柱安装完成后与塔吊附着结构形成稳定框架体系，塔吊附着在A轴交6、7轴的抗风柱上，附着标高为220.45m，为保证塔吊安全施工，通过钢框架把抗风柱与核心筒有效连接，把水平荷载传到核心筒。

③在A轴～B轴之间的钢支撑胎架上拼装F轴及相邻轴线上的钢屋架，并安装连系钢梁。两榀待滑移的钢屋架结构焊接、监测、涂装完成后，测试滑移顶推设备，进行第一次滑移。

④拼装第三榀待滑移的钢屋架，并通过安装钢梁与第一次滑移的两榀钢屋架结构形成整体。

⑤待第三榀滑移钢屋架结构焊接、监测、涂装完成，调试设备进行第二次滑移。

⑥重复上述步骤，依次滑移、拼装、焊接、监测、涂装剩下几榀钢屋架。钢屋架单元滑移安装示意如图4所示。

⑦ 如图5所示，滑移就位后，从B轴开始完成各型钢柱上下交接处的焊接连接，随后依次切断型钢柱间的轨道梁卸荷，同时依次完成型钢柱侧板的焊接封闭工作。

3.2 滑移施工保障措施

①型钢柱安装普遍存在测量误差，为减小累积滑移后产生型钢柱对口错边，并减小累积滑移产生的累积偏差，在拼装滑移钢屋架前，先复测待对接型钢柱的实际位置，据此来确定拼装钢屋架的相对位置，保证滑移就位时每个对接口都能有较高精度的对接。钢屋架拼装按照由下到上，由两侧到中间的顺序进行拼装。

②施工现场风荷载较大的情况下，禁止进行滑移施工。滑移施工过程中，若需长时间暂停施工，则必须保证锥形钢屋架滑动到轨道支座处，避免在轨道跨中长时间停留。

③应保证滑道表面水平度，减少滑移过程中造成滑动摩擦系数的阻碍和降低。安装滑道系统时，应做到轨道梁与柱顶钢板、轨道与轨道梁接触紧密；轨道中心线偏差控制在±3mm以内；轨道两端标高偏差控制在2mm以内；在滑移之前应对滑道涂抹黄油润滑。

4 累积滑移仿真计算要点

施工前的结构设计一般都是在结构整体力学模型建成后一次加入结构所要承受的全部使用荷载然后进行整体分析。然而，在结构施工过程中，结构的真实加载过程和受力状态并非一次完成，而是根据施工工艺，按照施工顺序进行。基于此，对锥形钢屋架累积滑移施工进行仿真分析要解决的问题主要包括：1）屋面钢结构拼装、滑移过程中的受力状态跟结构安装完成后使用时的受力状态不尽相同。在大量的施工荷载和恒载施加在暂态结构上，很有可能是危险的。因此，需要考察在结构施工过程中是否存在整体及局部构件承载能力和变形超限的问题，因此，需要对各阶段的暂态结构进行分析计算。2）屋面钢结构在累计滑移施工过程中结构在风荷载作用下的抗倾覆能力以及由于各滑移點不同步对结构的影响。

5 滑移轨道系统

5.1 轨道布置及设计

锥形钢屋架结构位于204.650m标高的楼面上，且钢屋架自身高度为36.85m，参与滑移的锥形钢屋架高度为29.2m，其结构重心高，为保证高空滑移的结构稳定性和高空抗风稳定性，采取4条高低滑轨，分别设置于5～8轴，单条轨道长度约为43.2m（见图6a）。第1级轨道轨顶标高为212.85m，第2级轨道轨顶顶标高为227.15m。第1级轨道承受上部滑移结构的大部分荷载。在进行轨道设计时，提出了两种方案：1）方案1，在已经安装钢柱上焊接牛腿，再在牛腿上安装轨道梁。通过在滑移钢屋架上安装临时支撑及滑移装置达到与轨道的连接形成滑移接触对；2）方案2，在已安装钢柱上安装封口板，在封口板上安装轨道梁，通过在滑移钢屋架最下段钢柱子上的封口钢板与轨道形成滑移接触对。方案1存在浪费钢材，精度不好控制的缺点，因此第1级滑移轨道采用方案2（见图6b）。第2级滑移轨道轨道梁位于钢支撑胎架上，通过在滑移钢屋架上安装的临时支撑及滑移装置与轨道形成滑移对（见图6c）。滑移轨道由H300×300×10×15轨道梁和50kg/m钢轨组成。

5.2 轨道梁计算

锥形钢屋架在滑移施工过程中，滑移力通过钢轨传递至轨道梁。当锥形钢屋架滑移至轨道梁跨中时，对轨道梁最不利。根据《钢结构设计规范》GB50017-2003进行强度、稳定性及变形验算，在计算强度和稳定时，荷载设计值除了考虑荷载分项系数外，尚需考虑动力系数。在计算变形时，直接根据荷载标准值进行计算。轨道梁应力比应控制在0.85以下，挠度控制在1/400。采用有限元软件ANSYS进行计算，轨道梁最大竖向位移3.94mm，最大水平位移3.53mm，轨道梁最大应力比为0.65，轨道梁满足施工要求。

6 计算机控制液压同步顶推滑移系统

6.1 顶推滑移系统优势

计算机控制液压同步顶推滑移系统由液压顶推器、液压泵源系统、计算机同步控制及传感检测系统组成。该顶推滑移系统具有以下优点：1）选用步进式液压顶推器，其反力结构利用滑道设置，省去了反力点的加固问题；2）液压顶推器与被推移结构通过销轴连接，传力途径非常直接，启动过程中无延时，动作精确度好。3）滑移过程中采用计算机同步控制，液压系统传动加速度极小、且可控，能够有效保证整个安装过程的稳定性和安全性。这为滑移过程中锥形钢屋架、下部支承结构以及所有临时措施的安全性增加了保障；4）液压同步顶推设备、设施，体积和重量较小，机动能力强，方便倒运和安装；5）滑移顶推、反力点等与其他临时结构合并设置，加之液压同步滑移动荷载极小的优点，可使滑移临时设施用量降至最小。

6.2 顶推器配置

在累积滑移过程中，顶推器所施加的推力和所有滑移座与滑道间的摩擦力f达到平衡。摩擦力f=滑移钢屋架自重荷载×1.2×0.15（滑移钢屋架与轨道之间的摩擦系数取0.2，1.2为摩擦力的不均匀系数）。锥形钢屋架滑移单元的最大自重约为620t。则顶推滑移过程中所需的顶推力为：f=620×1.2×0.2=148t。本工程在每条轨道上设置1个顶推点，每个顶推点配置1台液压顶推器共配置4台，单台液压顶推器的额定顶推驱动力为100t，则顶推点的总顶推力设计值为400t>148t，能够满足滑移施工的要求。

7 结语

长江传媒大厦工程属于超高层建筑，主体结构完成后顶层操作平面较小，且锥形钢屋架吨位大，结构形状复杂，重心高，施工难度大。综合考虑安全、经济、技术等因素，采用超高层锥形钢屋架累积滑移施工技术。施工前，通过软件对累积滑移施工工况进行有限元分析，对滑移轨道进行了详细设计，确保了累积滑移施工的顺利进行。由于前期工作准备充分，方案合理，措施到位，安装施工结束后，经相关测量检测，全部数据均在控制范围内，满足规范要求。本工程的高空锥形钢屋架滑移安装经验无疑是成功的，对类似工程有很好的指导意义和参考价值。

参考文献

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