大跨度钢屋盖曲面网架的高空累积滑移

魏爱生 徐玉飞 张 婷 刘火明 蒋 丰

中国建筑第八工程局有限公司西南分公司 四川 成都 610041

1 工程概况

成都凤凰山体育中心体育馆屋盖平面为椭圆形，中间最长为183 m、最宽为153 m，悬挑长度在19～24 m之间。网架面积23 000 m2，重约2 300 t，网架构件截面规格为P140 mm×4 mm～P500 mm×30 mm，焊接球规格为WSR4014～WSR9040（产品代号），材质为Q345B。根据建筑造型和比赛演出吊挂需求，结合结构受力特点，屋盖钢结构采用正放四角锥网架结构。网架支承于下部环形看台钢筋混凝土柱上。

2 施工重难点分析

1）钢网架为曲面不规则椭圆形，且构件多，现场拼装要求精度高（图1）。

2）钢网架覆盖整个看台顶部，内场可供操作的空间小。

图1 体育馆曲面网架示意

3）钢网架两端悬挑，悬挑宽度短向18.645 m、长向22.952 m。

4）安装高度最高处达49.75 m，高空作业安全管理难度大。

3 施工方案选择

施工前，对大跨度网架施工可能采用的高空散拼、分块吊装、先提升中间向看台区域逐步向其他区域扩展、累积滑移等方案的优劣进行综合比选，最终确定项目钢网架安装采用累积滑移，即在场地北侧的地下室顶板完成后，在其上搭设钢结构组装平台，网架在地面分块拼装完成后，在平台上进行分块组装，分区域累积滑移，滑移完成后，再进行两端悬挑区域的分块后补安装[1-2]。经计算，本项目网架分7次进行累积滑移（图2）。

图2 滑移区域划分示意

4 主要施工方法

4.1 施工工艺流程

施工工艺流程为：施工准备→安装工作平台及滑移轨道→网架地面分块拼装→吊至提升平台组装→第1个网架滑移单元滑移→重复进行第2—7个网架滑移单元累积滑移→网架滑移就位→分块吊装两端悬挑区域网架→网架卸载→拆除胎架、轨道梁及轨道→网架变形监测。

4.2 施工准备

1）技术准备：进行图纸会审，完成深化图设计并报审；制定并确定施工方案，进行专家论证；对作业人员作技术交底；完成焊接工艺评定，完善前期所有报验资料。

2）材料准备：工程所需的各种构件、杆件等加工到位，所有胎架搭设的型钢、木跳板等措施材料准备到位。

3）机械设备准备：吊车、焊机、顶推装置、监测等各种机械、设备准备到位。

4）现场准备：施工人员进场并完成教育培训，各类埋件及轴线标高测量到位，现场建立测量控制网，拼装场地提供到位。

4.3 工作平台及滑移轨道安装

4.3.1 拼装平台安装

拼装平台采用从地下室顶板开始搭设，长160 m、宽30 m、高36.4 m，钢柱采用φ609 mm×16 mm圆管制作成6 m一节标准节安装。长度和宽度方向均设置2排支撑，支撑截面为φ 219 mm×16 mm，平台面层满铺4 000 mm×200 mm×50 mm木跳板，总计使用面积4 800 m2。拼装平台搭设如图3所示。平台安装前对主支撑下部对应地下室顶板进行加固。

4.3.2 滑移轨道安装

网架滑移轨道系统主要由滑移轨道、轨道梁及滑移支撑胎架组成，其中滑移轨道用于提供滑移所需的水平反力，滑移梁及滑移支撑胎架用于承受整个滑移过程中的自重荷载。滑移梁一部分支撑在滑移支撑架上，一部分支撑在混凝土梁上。设置标高相同的3条滑移轨道，中间一条位于中心线，其余2条位于混凝土梁上。支撑柱采用φ609 mm×16 mm，中间格构撑采用φ89 mm×4 mm，组成格构柱，每组配备3道支撑，立柱采用间距2 m等边三角形布置（图4）。

图3 拼装平台安装示意

图4 滑移轨道布置示意

滑移轨道梁采用双拼H型钢，规格为HW900 mm×300 mm，每条轨道长度195 m，采用工厂加工运输至现场安装。滑移导滑槽分2种情况，一种为放置在钢滑移轨道梁上，一种为放置在混凝土梁上。将侧挡块（沿轨道通长设置，间距300 mm）焊接在轨道梁上。在滑移过程中，轨道起到横向限位的作用，侧挡块起到对顶紧块施加反作用力的作用，如图5所示。

图5 导滑槽与轨道梁示意

4.4 网架地面分块拼装

根据结构具体吊装分片对钢构件进行现场拼装。拼装前，根据结构各构件的空间位置进行计算机实体模拟。根据结构线形设置胎架，并在地面进行定位放线。

采用1台80 t履带吊、1台80 t汽车吊进行拼装吊装，配置6台25 t汽车吊进行网架拼装。按放线位置进行杆件布置。在没有约束的条件下，检测构件分段间的端口情况，包括间隙、错位、坡口、相对空间距离与方位。

在验收合格后，画出对合线、中心线、水平线等标记，然后开始拼装。

拼装过程中进行检查，保证产品的使用精度。

4.5 网架高空对接安装

网架高空对接在拼装平台上进行，每个累积滑移块分为7个吊装段，提前设置好后装杆件，采用履带吊吊装至平台进行对接安装，如图6所示。根据吊装段的不同，分别采用1台400 t和1台650 t履带吊进行吊装。

图6 高空对接拼装支撑架布置及吊装段示意

4.6 网架累积滑移

根据体育馆屋盖结构特点，经模拟分析计算，将钢屋盖分为7个滑移单元和2个原位拼装单元，原位拼装单元位于屋盖南侧和北侧，待全部滑移单元滑移完成并卸载后进行拼装。

为加快进度，在滑移前，在拼装平台上进行空调风管与马道的安装，马道与风管仅作临时固定，不得改变整体网架受力状态。

整个屋面网架滑移共设置18个滑移顶推点。每个顶推点设置1台YS-PJ-50型液压顶推器，共计18台YS-PJ-50型液压顶推器，顶推器由主液压缸、顶紧装置、连接耳板、侧向挡板、电气液压控制系统等组成，额定顶推力为500 kN，如图7所示。

图7 顶推位置及顶推器构造示意

累积滑移顶推设备采用计算机同步控制，通过主液压缸伸缩步进式顶推构件，带动整片网架同步滑移。首片网架顶推滑移至设定位置后，安装第2片网架，与滑移推出的首片网架进行连接，形成整体后，进行第2次滑移，以此类推，直至需要滑移的区域连成整体，实现累积滑移。

滑移过程中，在每一滑移单元滑移前，选取合适位置做好控制点标记，滑移过程中跟踪测量，保证3条轨道上的网架结构同步滑移，在滑移即将就位时，增大测量频率，根据测量数据做精细调整，和滑移操作人员及时沟通，保证滑移单元的精准落位。

4.7 两端悬挑区域网架安装

南北两侧悬挑区域需等到中间滑移区域滑移到位之后，在南、北两侧设置临时承重支撑架，对悬挑区域进行分块吊装、高空焊接成整体。临时承重支撑架采用2 m×2 m×1.5 m装配式结构，支撑架采用主肢φ89 mm×4 mm，腹杆φ60 mm×3.5 mm，顶部分配梁采用B400 mm×250 mm×14 mm×14 mm，补长柱采用φ245 mm×10 mm圆管，长度约800 mm，如图8所示。

图8 支撑架构造示意

4.8 网架卸载

全部网架安装完成后，从中间往两侧对称对四周支座全部封闭焊接，对整个结构安装情况进行全面检查后，实施卸载。卸载整体顺序是先卸载中间支撑点，再卸载四周支撑点。采用千斤顶分2级循环进行卸载，第1次卸载30 mm，第2次卸载到位。

卸载过程中对网架位移及变形进行监测，并进行测量监控分析，确保卸载过程安全。

4.9 临时措施拆除

网架的临时措施球及临时措施杆件拆除时，采用葫芦及其他吊带将其与主体结构构件连接，在保证安全的情况下，方可拆除。

临时措施球及临时措施杆件拆除后，拆除所有支撑胎架、轨道梁及轨道，钢网架安装结束。

5 施工监测

为验证网架安装效果，保证结构安全，委托第三方专业监测单位，对钢网架进行变形、温度及应力监测，实时提交监测报告。

5.1 应力及温度监测

对体育馆中部三角形桁架和环桁架三角桁架进行应力、温度监测，共布78个振弦式应变传感器。应力和温度数据采用静态采集仪进行同时采集，如图9所示。

图9 应力、温度监测点及振弦式传感器

5.2 变形监测

变形监测采用徕卡全站仪进行，根据结构形式，选取在钢网架中部下弦杆布设3个棱镜作为监测点，采用全站仪对监测点进行三向坐标数据采集。

5.3 监测频次

根据施工方案，确定本工程的监测频率为：设备安装后监测1次作为初始值，两侧悬挑区补杆完成、网架完成监测1次，卸载完成监测1次，其余时间每个月监测1次。

5.4 监测结果

钢屋盖网架安装后结构由支撑支持，构件仅承受自重荷载，应力值较小，支撑拆除后由于结构自重荷载的施加，应力值稍微增大，但变化值在合理范围内，目前构件应力远小于黄色预警值（0.5倍的设计强度），结构处于稳定状态，后续跟踪监测。

在钢屋盖网架安装、网架支撑拆除过程中，对网架下弦杆变形监测点进行监测，此施工过程结构变形较小（最大11 mm），结构处于稳定状态。

6 结语

本工程基于超大跨度曲面形网架的施工特点，采用中间区域高空累积滑移、两端分块吊装就位的施工工艺，不仅解决了网架施工场地限制的技术难题，减少了高空拼接量，保证了质量与安全，而且实现了空调风管与马道一起滑移，为其他工序在内场的合理穿插创造了条件，节省了成本，缩短了工期。