分块滑移方法在钢结构厂房屋面桁架安装中的应用

胡张军

（北京市北泡轻钢建材有限公司，北京 101113）

0 绪论

微创生产厂房位于北京市，地上三层（局部四层），建筑高度29.4m,建筑面积37414.56㎡。钢结构工程主要分布在屋面，为H型钢屋面桁架及桁架间的H型钢支撑、连系杆件。本工程钢结构与其他单位工作面划分复杂，交叉施工的协调与管理为本工程施工中重点控制内容。

钢结构工程屋面桁架单榀构件比较重，桁架全长83.6米，跨度41.445米，钢结构安装时下部混凝土结构已完工，作业环境复杂，安装难度高。有些场合，作业半径受限，用传统吊装无法操作，对这类钢结构的吊装工程要采用特殊施工方法。

用结构分块轨道滑移的施工方法可以解决上述问题。滑移法分为脚手架滑移和轨道滑移。脚手架滑移适用于场地平整、施工高度不高、施工面积大的大跨度钢网架及管桁架钢结构工程。轨道滑移比较灵活，适用于复杂环境，不受高度影响，尤其是对钢结构桁架顶部的施工效果好。轨道滑移主要是在钢结构安装前，先配合土建单位完成预埋件等的施工，土建完成之后，铺设滑移轨道，搭设拼装胎架，对屋面桁架滑移单元分块拼装，分块滑移施工。

1 基础预埋件埋设及钢构件和材料的要求

钢结构的基础预埋工程非常关键，它直接关系到整个安装质量。钢结构基准线、轴线的放线和测量首当其冲，依据是土建提供的基准点。同时要编制进场计划书，内容涉及机具、设备、工具、材料等，安装专用工具要提前预备好。

1.1 预埋件验收

验收到场后的埋件和锚栓，例如合格证、清单等，数量、规格、质量是否符合图纸要求。如有构件缺陷，现场能修改的现场修改，不能修改的返回工厂重新制作修改。

1.1.1 测量定位

测量工根据图纸定位用专用仪器导出柱基中心和标高控制线，要反复校核确保无误。再根据图纸，计算出地脚锚栓间距、埋件中心和标高的具体观测数据。

1.1.2 预埋锚栓

锚栓预埋前制作相应的锚栓定位套架是用来精确定位固定锚栓，防止锚栓位置出现差错以及对锚栓造成破坏。

锚栓定位套架主要由上下两块横隔板组成，而预留孔洞是用来定位锚栓。

1.1.3 预埋锚栓埋设

锚栓埋设流程：预埋件进场验收→按图纸尺寸进行测量放线→安装定位套架→复测标高、轴线→安装锚栓→复检、验收→混凝土浇筑→测量校正→完毕后复检→记录测量数据。

锚栓同定位套架一起吊装就位后，经测量校正，将锚栓固定支架固定在模板上。

1.1.4 预埋件安装注意事项

①应将所有埋设好的螺栓予以保护，锚栓的螺纹保护相当重要，螺纹上要涂黄油并包上油纸，外面再装上套管。

②预埋件的施工属于隐蔽工程，在进行预埋时首先要进行测量，将其X、Y轴线及标高控制在规范规定范围内；在完成埋设后，砼浇注前，要对其进行复测；当土建在浇注砼时，需现场监测，防止砼浇注时引起埋件偏移等。

③钢结构的安装质量与进度受锚栓的埋设精度影响。

1.2 材料保管

为了便于运输，螺栓应放在托板上，采用防水包装，不要轻易打开包装，要分类存放。在使用焊条和焊丝前，要放在隔离的托板上的容器内，并盖帆布。存放衬板、引弧板和熄弧板要注意防水。

2 钢结构滑移施工

钢结构安装在土建结构基本完成后开始，根据本工程特点，拟采用分块滑移进行安装。屋面桁架共7榀，两两划分为一个滑移单元，将屋面桁架分为3个滑移单元；分别在5轴、15轴、25轴设置3条水平滑移轨道；在两榀桁架分段处下方设置拼装平台，胎架上方设H型钢梁。用1台350t汽车吊拼装滑移单元，胎架H型钢梁上方设千斤顶调整标高；滑移单元拼装完成后，使用顶推器将滑移单元顶推滑移至安装位置，卸载；然后拼装下一个滑移单元；第二个滑移单元拼装完成后，使用顶推器将滑移单元顶推滑移至安装位置，卸载；进行两个滑移单元之间的结构吊装；同时进行第三个滑移单元的拼装；第三个单元拼装完成后，使用顶推器将滑移单元顶推滑移至安装位置，卸载；进行两个滑移单元之间的结构吊装；最后一榀桁架不参与滑移，直接在拼装平台上高空原位拼装；用现场塔吊及汽车吊补齐剩余桁架与山墙梁连系杆件。

2.1 滑移操作要点

1）滑移同步控制。

2）滑移轨道设置

滑移轨道采用H型钢。钢梁设置间距为1m的20mm厚的加筋板，钢梁两端与混凝土柱通过预埋件连接。轨道与屋面桁架连接处采用易滑动装置。型钢轨道与下部混凝土框架梁、钢梁采用刚性连接。

3）屋面桁架结构顶推部位加强

在滑移过程中，顶推力直接设置在屋面桁架结构上，在设计时并没有考虑，因此在施工前对顶推部位进行加强，以保证结构在滑移时不被破坏。

4）支座落位

屋面桁架滑移就位后，两端分别设置千斤顶，借助千斤顶使支座落位。

5）滑移施工验算

对屋面桁架各阶段累积滑移过程中，必须对最大内力、最大挠度进行验算；屋面桁架局部和整体变形均应满足设计要求，否则必须对结构采取加固措施。

2.2 滑移单元划分

参与滑移的屋面桁架共划分为3块：

滑移第一单元：F轴-H轴；

滑移第二单元：K轴-M轴；

滑移第三单元：P轴-R轴。

2.3 滑移单元的拼装

2.3.1 屋面桁架的分段

拟将屋面桁架分为7段，分段时上、下弦杆错开，分段长度及重量通过计算得出，满足设计及拼装平台的搭设要求。

2.3.2 拼装平台的设计与计算

为便于滑移单元的高空拼装，在S-V轴间桁架分段处下方设置拼装平台，平台平面尺寸为9.6m*4.2m,为钢框架结构，钢柱截面为H250X250X9X14、H200X200X8X12，钢梁截面为H250X250X9X14、H150X150X7X10，钢柱之间设置柱间支撑，截面为H200X200X8X12。平台钢柱在12.6米标高处混凝土柱顶使用埋件生根，在平台梁顶部设置工字钢垫块、千斤顶调节屋架标高。

2.4 屋面桁架的拼装

2.4.1 拼装工况分析与吊车选用

根据屋面桁架分段及重量情况，最重分段为第六段，长15.6米，重23.931吨，位于S轴，选用1台350吨汽车吊站位于V轴北侧，主臂工况（支腿全伸+142t配重）即可满足拼装起重要求。

2.4.2 屋面桁架段的吊装工艺

为防止桁架段吊装过程中产生扭曲，吊装时保证整段屋面钢桁架在吊装过程中的稳定性，吊装完毕后，马上用缆风绳将其进行临时固定。

吊点在绑扎吊绳时，为避免起吊过程中构件与钢丝绳之间的摩擦造成钢丝绳磨损，故在吊点处设置橡胶垫，确保钢丝绳不被磨损，避免因钢丝绳过度磨损造成突然断裂，保证吊装过程中的安全。

主桁架吊装就位后，先进行安装位置的复测，用临时螺栓进行固定，及时进行测量校正，合格后进行焊接，以此作为稳定体系，向后再拼装下榀桁架。

单榀主桁架吊装就位后，吊车不松钩，桁架两侧在上弦次梁连接板上使用16号槽钢支撑进行加固，槽钢支撑下端设置在拼装平台的钢梁上，槽钢支撑与水平面夹角为40°。

3 屋面桁架安装质量控制

1）加工时严格控制构件的加工质量和精度，确保进场安装的每个构件节点的精度达到设计要求。

2）屋面桁架安装测量及误差控制

本工程的屋面桁架安装线路长，存在安装温度变形、安装精度变形，因此在安装过程中会产生安装累计误差。因此，在屋面桁架安装时必须利用全站仪、经纬仪控制屋面桁架的安装精度。

3）滑移轨道的设置

分别在5轴、15轴以及25轴分别设置三道滑移轨道。15轴滑移轨道直接设置在标高为18.1m的混凝土框架梁上，并与混凝土框架梁以埋件方式进行刚性连接，埋件高于混凝土框架梁50mm。5轴、25轴滑移轨道放置在混凝土柱牛腿上，下翼缘与支座埋板焊接，并穿过屋架预埋锚栓。

4）滑移轨道钢梁的设计与计算

滑移轨道钢梁采取焊接H 型钢，截面为H500X400X20X24，材质为Q345B,15轴滑移轨道钢梁由于其两端焊接在桁架埋板上，滑移轨道钢梁支撑在15轴混凝土柱顶钢埋件上，埋件高于混凝土梁50mm,在柱间距4.8m处圆管柱回顶，故施工工程中工况较好。而5轴和25轴滑移轨道钢梁，其两端焊接在桁架埋板上，属于简支梁，故需对其进行强度、刚度、稳定性验算，如果5轴和25轴滑移轨道钢梁满足施工要求，则15轴滑移轨道钢梁一定满足施工要求。

在对滑移轨道钢梁H500X400X20X24验算之前，需用软件求出滑移单元该部位最大支座反力，作为滑移轨道钢梁荷载取值数据。并且考虑滑移单元滑移至该钢梁跨中时，为最不利工况。即求出滑移单元最大支座反力，再将此集中力施加在滑移轨道钢梁跨中。

对于15轴滑移轨道钢梁，应设计要求，滑移钢梁不得影响其下方的结构混凝土梁，故使用P300X8钢管对15轴18.1米标高混凝土梁进行回顶加固。

5）滑移轨道钢梁侧挡块及滑靴的设置

为保证顶推器的正常使用，需在滑移轨道钢梁H500X400X20X24上翼缘设置侧挡块。滑移轨道结构在滑移过程中，起到承重、导向和横向限制支座水平位移的作用。

滑移轨道的侧挡块在滑移梁两层两侧对称设置，侧挡块规格为-24×40×150mm,起到抵抗滑移支座推力的作用。侧挡块与滑移梁焊接，焊缝采用双面角焊缝，焊脚高度不小于10mm。

6）滑移轨道钢梁的安装要求

本工程中单条滑道的最长长度约为62.4m,为保证滑道内表面的水平度，减少滑移过程中的阻碍、降低滑动摩擦系数，滑道在铺设时应做到：

①滑移梁拼接位置应保证其平整度，不得存在高差；

②滑移梁与混凝土柱搭接位置应保证滑移底板能够顺利通过；

③滑移梁中心线与滑移中心线偏移应控制在±3mm以内；

④钢滑块及滑移梁上表面应在滑移之前应涂抹黄油润滑。

根据计算，荷载最大的15轴顶推点所需的顶推力大小为46.67t。每个滑移单元共设置3个顶推点，每个顶推点布置1台YS-PJ-60型液压顶推器，单台顶推器可顶推60吨，能够满足滑移施工的要求。

表1 液压顶推器配置表

7）滑移到位后卸载

表2 卸载步骤

①将滑移单元滑移到指定位置，将千斤顶放到每个基础支座上（为稳定考虑，千斤顶左右循环布置），顶紧桁架卸载牛腿；

②缓慢加压，将底座顶起2-5cm,逐个将所有千斤顶顶起，观察稳定性；

③切割轨道钢梁，抽出轨道；

④去除底座下挡板并将底座下清理干净；

⑤缓慢放下千斤顶，尽量保持各底座下降速度一致；

⑥焊接固定底座，拆除多余的轨道梁；

⑦每个滑移单元的卸载选用50吨薄型液压千斤顶共计8台，其中5轴和25轴布置千斤顶各2台，15轴布置千斤顶4台；

⑧卸载过程见表2。

4 滑移单元之间的钢梁补装

4.1 钢梁安装工况

本工程滑移单元上、下弦之间钢梁主要为焊接H型钢梁。上弦H钢梁截面有H450X250X8X16、H450X250X10X26，下弦H钢梁截面有H350X250X6X14、H350X250X8X16，单支钢梁最重不超过2 吨，现场3 台塔吊STP160可覆盖全部施工区域，故钢梁吊装全由3台塔吊STP160完成。

4.2 钢梁安装顺序

1）同平面钢构件吊装，采用由里向外、对称吊装的方法进行。

2）立面上钢构件吊装，采用由下至上、顺序安装的方法进行。

总体按照先梁、后水撑的吊装顺序进行吊装。

5 液压同步顶推滑移原理

该技术采用液压顶推器，其顶紧装置具有单向锁定功能。当主液压缸伸出时，顶紧装置工作，自动顶紧滑道侧面；主液压缸缩回时，顶紧装置不工作，与主液压缸同方向移动。

6 结语

液压顶推滑移的施工工艺选用是步进式液压顶推器，采用该设备，后部顶紧，主液压缸产生顶推反力，与之连接的被推移结构向前平移。在操作启动过程中无延时，动作精确度好，且不会在滑移过程中产生相对滑动。步进式的工作过程中，同步误差在每个行程完成后自然消除，无累积误差，同步精度很高。优点总结如下：

1）可施工大跨度钢结构，技术成熟，有大量丰富经验可供借鉴，安全性有保证；

2）过程中采用计算机同步控制，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、安全性；

3）液压同步顶推设备、设施体积、重量较小，机动能力强，倒运和安装方便；

4）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。