大跨度大型桁架高空拼装及同步滑移技术

张光雨，孙 赈

（天津三建建筑工程有限公司，天津 300170）

随着越来越多大跨度钢结构被应用在大型公共建筑中，传统钢结构施工采用的地面拼装、高空吊装工艺显现出了一定的局限性。对于作业场地狭小、工期紧，现场不具备整体拼装、吊装条件的工程来说，加入滑移工艺，可解决大量吊装设备无法辐射位置的结构安装难题，节省施工场地，对吊装设备要求低[1]。本文以蓟州国家冬季运动专项训练基地改建工程速滑馆项目为例，对大跨度体育馆超大型桁架高空拼装、同步滑移施工技术进行研究和探讨。

1 工程概况

蓟州国家冬季运动专项训练基地改建工程速滑馆屋面为钢结构，由21榀正三角主桁架和5道次桁架构成，材质为Q355B，主次桁架采用刚性连接，通过支座系统将桁架荷载传递至混凝土主体框架结构上。见图1。

图1 桁架结构构造

速滑馆东侧、南侧、北侧紧贴基地院墙，西侧紧贴已有建筑；同时蓟州区山区运输路线，不能满足桁架整体制作运输吊装的条件，也无法满足现场拼装、吊装的条件（主要是建筑物中部桁架）。针对工程的外部环境及场地条件限制，在综合考虑施工安全、质量和工期后，研究出一种以滑移为主，结合传统拼装、吊装工艺，利用主体结构作为“拼装—滑移—吊装”施工的载体与轨道，进行屋面钢结构施工的技术。

滑移系统承受自重、风荷载、桁架载荷，主要起到移动桁架至设计位置的作用，构造包括支座、轨道、爬行器。支座采用盆式弹性支座，双向可滑动。轨道由型钢构成，滑移面上均涂黄油，起润滑作用。爬行器包括顶推耳板、加紧装置、液压缸等。见图2。

图2 滑移结构构造

2 技术难点

1)桁架跨度大、重量高，安装难度高。桁架最大质量61.97 t、最大跨度82.685 m，采用Midas计算机软件对桁架的吊装和滑移进行杆件受力分析，确保安全施工和工程质量安装。

2）场地狭窄，安装难度大。现场场地狭窄，经过综合研究，决定在1-4轴和12-13轴搭设操作平台，3-11轴桁架先在操作平台上拼装成整体后高空滑移到设计位置，1-2轴及12-13轴桁架直接在操作平台上就位拼装，其他轴桁架在地面拼装成整体后直接吊装。

3）主桁架跨度大、矢高大、重量大，易失稳破坏。在拼装和吊装就位时，将桁架由几何常变体系变为几何不变体系。3-11轴滑移桁架的前二榀需拼装成整体形成空间稳定体系后方可滑移，其他榀桁架就位后及时与之前桁架连接，保证整体稳定。

4）焊接工程量大，质量要求高。2名焊接工同时对称焊接，多层多道焊，严格控制工艺流程，构件应在组装完成并经检验合格后再进行焊接[2]。

3 施工工艺

3.1 工艺流程

建模、计算→测量放线→铺设滑移轨道→搭设操作平台→10-11轴桁架整体拼装→验收检查合格→爬行器牵引滑移至4-5轴→拼装9轴桁架→滑移三榀桁架→其他桁架拼装、滑移→全部滑移至设计位置后，千斤顶顶升桁架→抽出轨道→桁架就位→就位拼装1-2轴及12-13轴桁架→吊装剩余桁架，连接桁架间次构件→检查验收。见图3。

图3 工艺流程

3.2 操作要点

1）建立模型，进行计算、验算。结构的计算模型和基本假定应与构件连接的实际性能相符合[3]，采用计算机仿真模拟预拼装时，模拟的构件或单元的外形尺寸应与实物几何尺寸相同[4]。

计算结果表明，全过程滑移工况下：桁架最大变形70.1 mm，杆件最大应力比0.25＜0.8，应力满足要求；最小屈曲特征值为35.4＞1.0，不会发生失稳。见图4。

图4 滑移计算模型

吊装全过程（双机抬工况）下：桁架最大变形1.3 mm，最大杆件应力比0.034＜0.8，钩头最大受力115 kN，钢丝绳最大拉力89 kN。该吊装方案使部分杆件的拉压状态与原设计状态相反，但经计算杆件长细比并未超限满足要求。见图5。

图5 吊装计算模型

2）铺设滑移轨道。利用支座层通长混凝土梁作为铺设滑移轨道平台，滑移轨道采用型钢构成，滑移面上均涂黄油，起润滑作用，滑移轨道采用临时固定措施。事先安装预埋件，再铺设轨道，通过拧紧埋件上的丝扣使压板压实轨道。见图6。

图6 滑移轨道

3）桁架拼装。拼装前，采用型钢及钢管搭设拼装平台，调节水平高度，保证桁架的组装精度。拼装场地设置监测点，以控制桁架的高差和尺寸。上下弦杆对接处双侧打坡口，内加衬管，预留10～20 mm间隙，熔透焊接。桁架主管对接接头必须错开，上下弦杆对接后，接头处再加外套管加强，加强套管长度＞400 mm，将加强套管割开成2个半圆形后再施焊，目的是增加焊缝长度。

拼装构件进行组对，对临时点焊固定的桁架进行尺寸复核，当尺寸无误时，再对连接处进行定位焊接。焊材采用E5016焊条（手工焊）或ER50-6焊丝（气保焊），严格按照WPS的参数进行焊接。

4）检查验收。拼装焊接前后，均需对整体尺寸进行复核，发现偏差及时调整。拼装完成后必须进行严格检查验收和抽样复检，对焊缝应自检合格后进行监检，监检同自检一样是产品质量保证体系的一部分，但需由具有资质的独立第三方来完成[5]，合格后方可进行下一道工序。

拼装完后，对安装节点、对接节点以及运输和吊装的损伤处进行除锈、补漆，除锈质量等级达到Sa3级。

5）桁架滑移。滑移时要做到平稳缓慢、同步前进，确保桁架紧贴轨道并且与滑移轨道的中心线一致。在滑移的桁架中部2个方向各设置倒链，防止桁架滑移时侧向失稳。同步液压爬行器，滑移推进速度不宜＞0.5 m/min。检测两边滑移同步值＜20 mm。两侧同步值检测无误，重复上述操作将滑移桁架至指定位置。

6）桁架吊装。吊装前需复核基准线和标高线并且对安装节点、位置、标高、跨度进行实际测量，对桁架的整体尺寸进行复核，达到设计要求后方可吊装。吊装时，吊装作业区域四周应设置明显标志，严禁非操作人员入内[6]。桁架安装完成时要对桁架的垂直度、弯度进行测量、校正，待校正合格后，即可与钢柱焊接作最后固定。

4 结语

在满足屋面钢结构最终效果及施工安全的前提下，快速高质量地完成了钢结构施工，避免了工期的延误。对传统吊装施工技术进行优化，通过拼装—滑移—吊装的组合施工技术，解决了现场场地狭窄的问题，同时减少了高空吊装作业风险，对吊装设备要求低，节约了台班费，节约了施工成本，缩短了工期，可为类似工程借鉴。