跨越大型洞口的斜坡轨道上钢结构整体滑移施工技术.pdf

建筑施工第45卷第11期2191跨越大型洞口的斜坡轨道上钢结构整体滑移施工技术王建党 袁长发 余长孔贵州桥梁建设集团有限公司 贵州 贵阳 550014摘要：结合工程实例，介绍球冠形采光顶钢结构斜坡轨道整体滑移施工重点技术，包含钢结构拼装，斜坡轨道布设，跨越圆形采光井段的轨道加固支撑，钢结构整体滑移、顶升及降落等工艺。斜坡轨道上钢结构的整体滑移施工经验，对施工操作区间有限、滑轨跨越大型孔洞的工程具有一定的借鉴作用。关键词：球冠形采光顶；钢结构；斜坡轨道；整体滑移中图分类号：TU755 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2023)11-2191-03 DOI：10.14144/ki.jzsg.2023.11.012Integral Sliding Construction Technology of Steel Structure on Slope Track Crossing Large OpeningsWANG Jiandang YUAN Changfa YU ChangkongGuizhou Bridge Construction Group Co.,Ltd.,Guiyang 550014,Guizhou,ChinaAbstract:Combined with the engineering example,this paper introduces the key construction technologies of integral sliding of steel structure slope track of spherical crown lighting roof,including steel structure assembly,slope track layout,track reinforcement support across the circular lighting shaft section,integral sliding,jacking and landing of steel structure.The experience of integral sliding construction of steel structure on slope track has a certain reference for the projects with limited construction operation area and sliding track crossing large openings.Keywords:spherical crown lighting roof;steel structure;slope track;integral sliding移轨道为斜坡轨道，对滑移速率的均匀性及结构变形控制有较高的要求，需要采用特殊措施；二是滑移轨道跨越大型采光井洞口，对跨越采光井洞口段的轨道变形需要严格控制，需要对滑移轨道进行支撑加固，确保在钢结构整体平移过程中轨道的变形不影响滑移作业的正常进行。1 工程概况贵阳市龙洞堡天合中心项目4#楼和5#楼连廊顶部采光顶幕墙，采光顶位于4层裙楼的顶部。采光顶幕墙骨架为球冠形钢结构，球冠底部直径15 m，高度2.75 m，钢结构总质量20.45 t，单件最大质量0.5 t。采光顶结构主龙骨采用300 mm100 mm8 mm钢矩管，次龙骨采用100 mm 100 mm4 mm钢矩管，采光顶底部距离西侧消防通道地面高度15.5 m，采光顶中心距离西侧裙楼边缘24.5 m（图1）。5#楼采光顶下沉广场4B#楼4A#楼6#楼3#楼AA2#楼24.5 m34.7 m三维视图N消防车道N图1 采光顶位置示意2 施工难点分析采光顶施工前，南侧的4#楼和西侧的5#楼已经封顶，滑移工艺是利用能够控制同步的牵引设备，将分成若干个稳定体的结构沿轨道由拼装位置水平移动到设计位置的施工工艺。基本流程是在结构设计的安装部位与吊车之间设置临时钢结构拼装区，通过吊车将钢结构构件吊装至拼装区进行钢结构组拼，焊接拼装组成滑移整体，并完成相应的防腐、防火、防锈等处理后，通过滑移轨道采用人工牵引将钢结构组装体移到设计位置，钢构牵引滑行到位后，用千斤顶将钢结构顶升，然后将钢构与预埋件焊接安装，完成钢构的安装。该工艺的优点是可解决大量吊装设备无法辐射位置的结构安装难题，节约施工场地，对吊装设备要求低；缺点是要求结构平面外刚度大，需要铺设轨道，多点牵拉时同步控制难度大。一些大型钢结构平移的成功案例已有相关文献1-4介绍，这些案例都是在水平的滑移轨道上实施，未查阅到在斜坡轨道上进行钢结构整体平移的相关案例，也未查阅到轨道跨越大型洞口进行钢结构整体平移施工的先例。本文介绍的钢结构整体平移施工具有以下2个鲜明特点：一是滑作者简介：王建党（1968），男，博士，高级工程师。通信地址：贵州省贵阳市南明区机场路天合中心3号楼904室（550014）。电子邮箱：收稿日期：2023-08-14结构施工STRUCTURE CONSTRUCTION202311Building Construction2192采光顶东侧及北侧为下沉式广场，其结构已施工完毕，所有施工塔吊均已拆除，且在采光顶以西狭小的空间内已经完成设备基础施工，给整个采光井钢结构施工带来很大的困难。项目部经过研究，提出3种施工方案，并进行安全及经济性对比分析，最后选定了整体平移的施工方案。方案1：采用原位吊装散拼技术。如果采用该方案，需要在图1消防车道位置架设大型吊车。吊车按照工作幅度52.2 m，吊臂最小臂长60 m，吊重0.5 t，安全系数为2考虑，需要AC250-1型吊车1台。选用该型号吊车租金高，施工工期长，因此不适合本工程。方案2：在图1消防车道位置用小型吊车将构件吊到屋面，然后再转运到采光井位置，搭设支架进行原位拼装。如采用该方案，需要在采光井位置设立多个扒杆或龙门架进行安装，钢结构的纵横向平移难度大，钢结构构件的精确定位难以保证，构件在转运及安装过程中的安全性难以保证，且整个施工工期长，因此不适合。方案3：在图1消防车道位置用小型吊车将构件吊到屋面，在屋面上整体组织钢结构，然后采用轨道滑移技术将整个钢结构平移到设计位置。采用该技术施工快，费用低且以前有类似的施工经验，安全性能得到保证。项目部组织专家对上述3种施工方案进行技术、经济及施工安全论证后，选用了异位拼装，整体滑移到施工位置的施工工艺。即在异位将成品钢构拼装完成后，通过安装滑动轨道及相关装置，将钢构件移动到设计部位，用千斤顶将构件顶起后，拆除滑动装置，再将钢构与预埋件焊接连接，完成整个钢结构的施工。若采用整体平移法施工，将面临以下难点：1）由于场地狭窄，钢结构拼装平台只能搭设在已经施工的设备混凝土条形基础上，设备条基比钢结构安装位置高60 cm，要将钢结构滑移到设计位置，需要纵向搭设斜坡滑移轨道，在斜坡轨道上滑移钢结构，需要控制好滑移速度，无形中增加了施工难度。2）由于滑移轨道需要跨越采光井洞口，跨越段轨道在平移过程中的刚度及挠度需满足施工要求。3 施工工艺3.1 拼装平台搭设拼装前在预定拼装场地搭设工作平台。钢结构组装平台搭设在设备条基上，采用钢管架搭在设备条基上，条基外悬空部位设临时混凝土支墩，作为工字钢横梁的支撑点，在径向主龙骨下设置水平槽钢，槽钢两端设置竖向支撑，支撑顶端与槽钢接触端焊接。平台骨架上面满铺脚手板。组装平台长16 m，宽16 m，比球冠形钢结构直径（15 m）略大。组装平台搭设如图2所示。拼装平台搭设完毕后，通过吊车将钢结构构件吊至拼 图2 组装平台搭设 装区进行钢结构组拼，焊接拼装组成整体后，完成相应的防腐、防火、防锈等处理。3.2 轨道设计本工程轨道设计考虑以下4个因素：轨道走向平行于楼板下部的框架梁，轨道设置在框架梁上或紧邻框架梁；考虑到拼装区施工场地有限，轨道延伸至拼装区的场地满足拼装要求；轨道跨越采光井洞口的悬空段（在几何关系上，轨道与圆形采光井结构相割的弦长）尽可能短，以减小结构整体滑移时轨道的变形，同时轨道跨越采光井洞口的悬空段越短，采光井环形梁上设置的支撑轨道的三角形支撑尺寸越小，支撑作用更好；轨道的走向与位置决定了与钢结构底部相交处安装滑轮的位置，滑轮应确保钢结构在滑移过程中的整体稳定性，尤其是在斜坡轨道段整体平移时，避免因滑移失速造成钢结构整体倾覆。在考虑上述因素基础上，经过对跨越采光井洞口的悬空段轨道的变形（按照最大挠度不大于20 mm考虑）及强度验算，以滑轮为支点，对钢结构的整体稳定性进行验算，确定了轨道相割采光井洞口的最大矢高为1.35 m，两个轨道之间的距离为12.3 m。经有限元软件分析，结构在自重作用下的应力、结构在牵引滑移作用下的变形位移均满足要求。整个滑移轨道受力最不利的情况为：当采光顶钢结构前端滑移支点滑移到悬空轨道中点时，经有限元软件计算，轨道的应力及变形亦符合要求。确定轨道位置及间距时，既要考虑滑移时钢结构的稳定性及安全性，还要考虑轨道下混凝土楼板的安全性。本工程施工时，一条轨道沿框架梁走向在其正上部布置，另一条轨道铺设在楼板上，为了保证楼板不开裂，经原结构设计单位核算，按照3 kN/m2的荷载值在轨道下方采用钢管架进行回顶。为了确保轨道跨越洞口段的变形不超出设计计算最大值，在跨越洞口段的采光井环形梁上设置三角形支撑对轨道进行顶支加固。3.3 测量放线在钢结构异位组装前，过采光顶的中心，用墨水弹一条与设计滑移轨道走向平行的线，作为滑移方向控制线，再根据滑移轨道的设计位置弹2条滑移轨道外边线。以组装滑移方向控制线为中心，在组拼区弹出球冠形钢结构底部圆的轮廓线。在圆的轮廓线上按照设计的支墩王建党、袁长发、余长孔:跨越大型洞口的斜坡轨道上钢结构整体滑移施工技术建筑施工第45卷第11期2193位置（位于圆的弧线上）弹出每个支墩的位置中心线，支墩平面布置及支墩做法如图3所示。钢结构支撑点位钢构下端方木素混凝土墩子原结构梁板钢构径向柱1-图3 支墩构造示意3.4 滑轨铺设每个滑移装置由H型钢（HW150 mm150 mm 7 mm100 mm）与3个轴承（纵向排列）组成，并采用黄油作润滑剂。本工程共设置4组。滑移轨道下部采用混凝土支墩支撑，每道滑轨相邻两个支墩中心点间距为1.35 m。为便于混凝土组装平台范围内临时支墩的拆除，临时支墩与裙楼顶板之间铺设2层塑料布作为隔离层。为避免结构滑移过程中下部楼板产生裂纹，一条轨道设置在楼板结构梁体正上方，另一条轨道的楼板下采用钢管回顶。对于跨越采光井部位的滑轨，经计算，采光井悬空段滑轨下部均匀设置3道三角形钢支撑，三角形支撑安装在采光井的圈梁上，可以满足跨越采光井段轨道的变形要求（按最大变形20 mm考虑）。轨道铺设平面如图4所示。预埋三角形钢支架钢结构就位区钢结构拼装平台区钢结构支撑钢柱外矮墙内矮墙采光井轨道支撑2-轴承点位滑移轨道M1270不锈钢螺栓组钢结构承托钢板18#工字钢轨道轴承限位条节点图4 滑轨铺设3.5 施工要点1）每条轨道距离切割球冠底部圆弧的最大弦高为1 m，钢结构半球体支点（4点）落在轨道上。2）轨道中心距离球体边缘1.35 m，轨道连接处接口两侧采用连接板焊接，接口平面保证平整。3）轨道按2%的坡度由拼装区域向采光顶位置倾斜。4）一条轨道支点安装在下部钢筋混凝土楼板的梁体上，另一条轨道紧邻板底混凝土梁并与之平行设置，支墩间距1.35 m，每个支点安装后置埋件一块，滑道焊接在该后置埋件上，焊缝高度8 mm。所有支点位置的梁底设置钢管反支撑构造，确保梁柱在滑移过程中不变形。5）滑道端部必须设置限位块，防止球冠体钢结构因操作不当滑出轨道。3.6 滑移牵引本工程钢结构屋面按照最大质量20.45 t考虑，滑动摩擦系数采用0.01，计算最大牵引力为0.205 t，选用倒链人工水平牵引设备，采用8.3 mm钢丝绳。为确保钢结构在滑移过程中不产生变形，在钢结构底部环形钢梁位置，沿环梁圆心对向拉结6道8.3 mm的钢丝绳，用螺栓和卡口拧紧，固定对称点位，防止钢结构半球体在滑移过程中因牵引而变形。牵引过程中每条轨道均设一人跟随滑道前轮进行巡视，出现异常情况立即停止牵引，并用自制的下部带有四氟滑板及缓冲橡胶层的铁靴，防止滑轮滑动过程中的失速及卡顿现象，确保钢结构基本在斜坡轨道上匀速滑移。3.7 钢结构就位顶升及卸落钢结构就位前，在采光井内外矮墙内的混凝土板内按照预设的位置放置千斤顶，千斤顶基本按照等间距布设，每条滑轨外各设2个，2条滑轨中间设2个，千斤顶位于钢结构球冠体主立柱支点位置。本工程共设6个50 t的DYG50-200超高压同步千斤顶（自身高度375 mm，起升高度200 mm），千斤顶自身高度小于花池深度（400 mm）。千斤顶具体放置位置见图5。采光井三角撑千斤顶滑移轨道内矮墙外矮墙ABBA（a）采光顶顶升支座布置外矮墙内矮墙混凝土楼板三角撑采光井环形梁千斤顶滑移轨道（b）A-A剖面（c）B-B剖面外矮墙内矮墙滑移轨道三角撑混凝土楼板采光井环形梁图5 采光顶顶升支座布置示意在千斤顶放置前需准确定位出支点位置，内外矮墙内的千斤顶必须放置水平，在每个千斤顶下端先预置一块300 mm200 mm10 mm的镀锌钢板，每块钢板4颗以（下转第2201页）王建党、袁长发、余长孔:跨越大型洞口的斜坡轨道上钢结构整体滑移施工技术建筑施工第45卷第11期2201 图7 铝合金支座（T码）安装 图8 天沟施工完成示意4）根据屋面排板图先定位天沟位置线，再定位屋脊定位线，将板抬到安装位置，以T码支座定位屋面板，屋面板就位时先对准板端控制线，然后将搭接边用力压入前一块板的搭接边，使用手动咬合钳沿顺流水方向进行预锁边，然后使用专用电动锁边机进行锁边咬合。5）中间单元屋脊板采用连续屋脊施工工艺，屋面板经索道运送至屋面后，使用专用设备现场压制成形（图10）。数控屋面板成型机高架车道索道金属屋面 图9 屋面板加工运输示意 图10 连续屋脊施工示意4 结语通过对大型高铁站房在极端天气下金属屋面的设计与施工进行系统分析和研究，充分吸取机场航站楼和高铁车站发生风揭和渗漏水的经验教训，在设计时除按照百年一遇雨水重现期进行取值计算外，仍需考虑到高铁站房作为大型公建的使用属性，把屋面天沟尽量设置在室外区域，避免有漏水情况时对室内设施和人员产生影响，影响建筑运营；对坡度不大的屋面采用连续屋脊板；屋面采光天窗排烟开启窗尽量放在建筑侧面，避免顶开发生故障或密封不严造成渗漏水。以上措施的采取强化了屋面防水效果，保证了大型高铁站房在极端天气下的正常使用功能，可为类似工程建设提供借鉴。1 吴耀华,郑春林,蔡昭昀.强台风对建筑金属屋面围护系统破坏的调 查分析J.工业建筑,2018,48(8):208-212.2 赵玉磊.双曲面异形铝镁锰金属屋面施工技术J.中国建筑金属结 构,2022(2):58-59.3 李越.直立锁边金属屋面板性能化抗风设计方法研究D.哈尔滨:哈尔滨工业大学,2022.4 王成.直立锁缝屋面系统风致响应及概率评估方法研究D.重庆:重庆大学,2022.5 李松阳.直立锁边金属屋面系统抗风性能的参数研究D.武汉:湖 北工业大学,2021.6 王宏磊.航站楼金属屋面设计研究D.西安:西安建筑科技大学,2020.杨石杰:极端天气下的大型高铁站房金属屋面系统防水设计与施工（上接第2193页）M12160的化学锚栓植入内外矮墙内的混凝土楼板中。本工程采用PLC同步顶升系统，误差可控制在1 mm之内。顶升初值的设定由系统操作员输入PLC，按计算荷载的70%90%加压，加压采用间断逐级加载，每次加载的时间为2 s。加压后由专人检查千斤顶支点处支墩是否倾斜达到2 m，如已达到该值，关闭该顶升点的千斤顶，如未达到，进行下一级加载，直至所有顶升点超出内外矮墙。顶升完成后，拆除滑移轨道，再采用PLC同步顶升系统降落千斤顶至安装高度，焊接其他相关位置采光顶支点，最后拆卸千斤顶完成滑移工程，如图6所示。图6 钢结构就位4 结语本工程采用钢结构整体轨道滑移施工技术，克服了狭窄空间钢结构无法原位组拼的施工难题，仅仅用12 d时间即安全可靠地完成了整个钢结构的施工，不但节约工期及成本，而且工程质量得到了很好的保证。在分析计算的基础上，通过在洞口环形梁上架设三角形支撑，成功地解决了斜坡轨道滑移牵引过程中结构变形以及跨越采光井孔洞轨道变形大的问题；在整体滑移过程中，通过钢丝绳拉结钢结构构件，避免了滑移过程中的钢结构变形问题。通过自制的下部带有四氟滑板及橡胶缓冲层的铁靴，解决了钢结构滑移过程中失速及卡顿的问题，通过PLC同步顶升及卸落技术成功地完成了在斜坡轨道上钢结构的平稳就位。1 鲍广鉴,曾强,陈柏全.大跨度空间钢结构滑移施工技术J.施工技 术,2005,34(10):2-4.2 王云飞,崔振中,许勇,等.特大型钢结构整体顶推平移技术J.施工 技术,2004,33(11):23-25.3 唐立伟,李丽.谈大型钢结构整体液压同步顶推平移技术J.黑龙江 科技信息,2009(4):275.4 吴欣之,王云飞,朱伟新,等.重庆江北机场航站楼巨型钢结构整体 平移安装技术J.建筑钢结构进展,2005,7(4):11-16.