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    中山博覽中心屋蓋累積滑移安裝工藝
    
                                  
                    
    作者：陳 偉 等    					
    
					時間：2009-12-22 20:26:03					[收藏]
    
               
    
                
    中山博覽中心項目常年展廳屋蓋采用大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)，主桁架最大跨度90m，采用國內(nèi)先進的累積滑移工藝進行安裝，成功解決了由于施工場地內(nèi)存在地下室結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致大型吊裝設(shè)備無法直接進入跨內(nèi)吊裝以及與其他專業(yè)無法交叉施工、工期緊張等施工難題，取得了良好的經(jīng)濟效益。				
    				
    

               
    
               
      
				
      
關(guān)鍵詞：大跨度鋼結(jié)構(gòu)；鋼管桁架；累積滑移；同步控制
      

      
1.工程概況
      
中山博覽中心項目位于廣東省中山市博愛六路，紫馬嶺南門公園對面，由美國SOM建筑師事務(wù)所與廣東省建筑設(shè)計研究院聯(lián)合設(shè)計。其總占地面積250000?，建筑面積120000?，建筑物總高度為28m，是一座集展覽、會議、服務(wù)等功能為一體的新型現(xiàn)代風(fēng)格建筑，也是中山市重點工程和中山歷史上最大的建設(shè)工程，建成之后將成為中山市標(biāo)志性建筑，如圖1所示。
      

      

      
中山博覽中心項目按照使用功能分為常年展廳、綜合展廳、中央廣場、會議中心等四個部分，見圖2所示。該工程地上主體結(jié)構(gòu)主要為大跨度空間鋼管桁架結(jié)構(gòu)，總用鋼量約18000t，其中主桁架最大跨度90m，截面矢高4.5m～10m，整個屋蓋鋼結(jié)構(gòu)成波浪型。托架沿B、G、K、N軸分四列布置，主桁架沿226軸布置與托架垂直連接，形成三跨連續(xù)桁架梁，跨度自北至南分別為54m、54m、90m。主桁架下弦主要采用φ660×14的鋼管，上弦主要采用φ610×14的鋼管，腹桿采用φ508×20、φ356×10等，主桁架間距18m，單榀最大約重130t。托架亦采用鋼管桁架結(jié)構(gòu)，跨度36m，通過盆式橡膠支座架與格構(gòu)鋼柱或混凝土核心筒結(jié)構(gòu)相連。
      
建筑結(jié)構(gòu)新穎，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝精度要求高，構(gòu)件連接全部為相貫連接，施工難度大。其中常年展廳屋蓋桁架下部樓層，由下至上分為地下一層地下室結(jié)構(gòu)、地上一層型鋼桁架結(jié)構(gòu)、兩側(cè)二層混凝土結(jié)構(gòu)；常年展廳上空屋蓋桁架結(jié)構(gòu)下方由于存在地下室結(jié)構(gòu)，大型吊裝設(shè)備無法直接進入施工場地內(nèi)，給常年展廳屋頂桁架結(jié)構(gòu)安裝帶來不小的難題。本文接下來主要講述常年展廳屋頂桁架結(jié)構(gòu)的安裝工藝。
      
2.施工工藝
      
2.1施工工藝選擇
      
根據(jù)常年展廳的結(jié)構(gòu)特點，如采用加固地下室，吊車進入場地內(nèi)吊裝或高空散拼以及整體提升等方法，雖能夠完成此部分結(jié)構(gòu)的安裝，但措施費巨大且屋頂桁架下方區(qū)域其他專業(yè)將無法施工，對工期十分不利。為保證整體工程按時完工，必須保證各專業(yè)立體交叉施工，基于以上客觀因素考慮，我們決定采用“累積滑移”的施工技術(shù)，制定了“跨外平臺拼裝、逐段累積、同步滑移”的施工工藝,如下圖3所示。
      

      

      
2.2 滑移施工工藝
      
2.2.1滑移工藝思路
      
首先進行高空胎架及滑移軌道設(shè)計、搭設(shè)，然后在地面胎架上分段拼裝主桁架、托架桿件（其中托架拼裝成整體、桁架分三段進行），再利用150t履帶吊將各托架和分段桁架吊至拼裝平臺上整體拼裝，最后安裝次桁架、水平支撐及檁條，形成空間滑移單元。滑移單元由兩榀主桁架、托架和次結(jié)構(gòu)組成，每拼裝完一個滑移單元，屋蓋整體向14軸線方向滑移18m，拼裝平臺隨之騰空，進行下一個18m單元拼接。所有桁架累積滑移到距設(shè)計位置約1m時，暫停滑移工作，進行桁架支座安裝，最后進行整體桁架屋蓋的滑移到位，進行卸載、桁架與支座連接工作，滑移施工完成。
      
2.2.2高空拼裝平臺搭設(shè)
      
為了避免占用結(jié)構(gòu)內(nèi)施工區(qū)域以及避免對部分地下室樓板進行加固，將拼裝平臺設(shè)計在結(jié)構(gòu)外，見圖4所示；同時結(jié)合主桁架及托架重量、吊車的起重能力以及常年展廳上方屋頂兩側(cè)托架中部支撐基本對稱的特點，選擇18m跨拼裝單元作為一個滑移單位，因此高空拼接平臺只需搭設(shè)18m寬即可滿足使用要求。高空拼裝平臺如此設(shè)計，可提高起重設(shè)備利用率，，降低機械措施費用，減少平臺搭設(shè)材料投入量。
      
2.2.3滑移軌道選擇
      
針對常年展廳屋頂桁架截面高、剛度大的特點，利用計算機仿真模擬滑移進行分析，得出現(xiàn)場僅采用2條間距為90m的軌道（軌道兩側(cè)均懸挑9m），既可完成常年展廳上方90m跨屋頂桁架的累積滑移安裝。主桁架跨中不需要額外增設(shè)一條軌道，支撐于間距為90m的軌道上的滑移單元，其跨中撓度和局部桿件受力，均能滿足國家規(guī)范的相關(guān)要求。
      
2.2.4滑移軌道搭設(shè)
      
鑒于圖紙設(shè)計常年展廳屋頂桁架結(jié)構(gòu)，支撐于南北兩側(cè)（B軸線和G軸線上）混凝土核心筒內(nèi)砼柱或鋼管格構(gòu)柱的特點，通過預(yù)埋鋼結(jié)構(gòu)埋件，增加聯(lián)系鋼梁等方式，在B軸線和G軸線上架設(shè)兩條滑移軌道，滑移軌道采用QU100鋼軌，見圖4所示。
      

      

      
2.2.5高空平臺拼裝
      
桁架結(jié)構(gòu)在高空平臺上拼裝時，預(yù)先通過計算機模擬其下?lián)献冃沃担凑帐┕ひ筮M行起拱或反變形設(shè)置，保證結(jié)構(gòu)滑移前拆除支撐后主桁架的撓度值符合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求，確保結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量。
      
2.2.6拼裝單元滑移
      
當(dāng)相鄰兩榀桁架拼裝完成后，利用液壓千斤頂（爬行器）進行拼裝單元的同步控制液壓頂推累積滑移，滑移過程如圖5所示。
      

      

      
完成滑移一個拼裝單元后，在拼裝平臺上進行下一榀桁架單元的拼裝，然后再進行滑移……直至最后一個單元滑移完畢，見圖6所示。
      

      

      
2.2.7滑動支座安裝及結(jié)構(gòu)卸載固定
      
當(dāng)整體桁架結(jié)構(gòu)滑移離設(shè)計安裝位置1.5m時，割除支座位置軌道，進行滑動支座安裝，然后進一步進行滑移。當(dāng)整體結(jié)構(gòu)滑移到設(shè)計位置后，利用千斤頂進行逐點分級卸載，最終進行結(jié)構(gòu)固定。
      
3.累積液壓頂推滑移特點
      
本工程中根據(jù)現(xiàn)場施工條件和鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的外形特點，采用了鋼結(jié)構(gòu)桁架累積液壓滑移安裝的施工工藝，主要有以下特點和優(yōu)勢：
      
1）采用液壓爬行器作為動力裝置，與傳統(tǒng)的卷揚機鋼絲繩牽引不同，爬行機器人滑移過程的推進力及推進速度完全可測和可控。計算機系統(tǒng)通過傳感器檢測爬行機器人的推進力及速度，控制各機器人之間的協(xié)調(diào)同步，當(dāng)有意外超載或同步超差時，系統(tǒng)會及時做出調(diào)整并發(fā)出報警信號，從而使滑移過程更加安全可靠；
      
2）滑移軌道充分利用原有結(jié)構(gòu)進行支撐，既方便安裝又節(jié)約成本；
      
3）滑移不受屋蓋底部場地限制，可以土建作業(yè)同時展開，解決了二者同時施工的矛盾，節(jié)約工期；
      
4）由于爬行器與構(gòu)件剛性連接，易同步控制，結(jié)構(gòu)安裝就位準(zhǔn)確性高；
      
5）累積滑移步驟性強，易于形成流水作業(yè)，提高了施工效率。
      

      
4.安全施工及質(zhì)量保障措施
      
4.1拼裝胎架及軌道搭設(shè)基礎(chǔ)設(shè)計
      
為了保證構(gòu)件高空拼裝的質(zhì)量以及滑移過程的安全，施工前應(yīng)該拼裝胎架及軌道支撐基礎(chǔ)情況進行慎重考慮，對于部分座落在天然土層上的支撐，參照地質(zhì)勘探報告數(shù)據(jù)進行基礎(chǔ)設(shè)計，對于可能出現(xiàn)的基礎(chǔ)沉降，應(yīng)在胎架和軌道支撐設(shè)計時預(yù)留沉降值。
      
4.2計算機仿真技術(shù)應(yīng)用
      
由于屋蓋桁架在滑移過程中工況與設(shè)計使用狀態(tài)不同，為保證其在滑移過程中各構(gòu)件的受力狀態(tài)符合相關(guān)規(guī)范要求，對滑移進行了全過程進行計算機仿真分析。采用有限元結(jié)構(gòu)分析軟件SAP2000建立計算模型，為保證仿真分析能夠反映滑移工況，計算過程主要注意以下事項：
      
1）模型建立盡量接近滑移實際情況，以使分析具有參考意義；
      
2）邊界條件考慮現(xiàn)場實際約束；
      
3）荷載施加要考慮模型與實際結(jié)構(gòu)的差異。
      
4.2.1計算機仿真共對全部10個滑移工況分別進行了分析，如圖7所示，考慮結(jié)構(gòu)自重、滑移荷載、風(fēng)載、溫度荷載的不同組合和影響，通過分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)滑移施工系統(tǒng)設(shè)計比較合理、結(jié)構(gòu)整體剛度較大、除個別桿件須要加強外，結(jié)構(gòu)整體上可以承受各滑移工況。計算機仿真分析幫助了解了滑移結(jié)構(gòu)的整體受力性能，確保了滑移施工的順利進行。
      

      

      
4.2.2建立模擬計算機預(yù)拱模型，技術(shù)先行指導(dǎo)施工，通過千斤頂回頂前一滑出拼裝平臺的滑移單元桁架，糾正與下一榀拼裝滑移桁架單元的高差（見圖8），保證相鄰次桁架安裝精度。
      

      

      
4.3滑移過程監(jiān)測
      
本工程滑移距離長、結(jié)構(gòu)自重大，結(jié)構(gòu)加工、拼裝精度要求高，為保證滑移施工的順利實施，對滑移過程跟蹤監(jiān)測，尤其對屋蓋滑移過程桁架以及軌道梁的撓度進行實時監(jiān)控，如圖9所示，對于出現(xiàn)的超出設(shè)計預(yù)期的變形、較大的聲響等情況，及時通知現(xiàn)場滑移施工總指揮，以按照應(yīng)急預(yù)案及時采取對應(yīng)的處理措施，確保滑移安全、順利的實施。
      
滑移施工過程中，在每次構(gòu)件高空胎架拼裝前，對拼裝平臺支撐點標(biāo)高進行抄測，對于出現(xiàn)的沉降值，在拼裝時進行標(biāo)高補償，以保證每榀桁架結(jié)構(gòu)的拼裝質(zhì)量。
      

      

      
4.4結(jié)構(gòu)加固 
      
為了保證累積滑移的安全順利進行，必須保證滑移軌道及滑移單元的安全可靠，現(xiàn)場分別采取措施對滑移軌道梁進行加固，見圖10所示；為了滑移單元兩端托架和主桁架結(jié)構(gòu)受力出現(xiàn)不對稱性，對托架、主桁架以及通過計算機模擬計算得出的應(yīng)力比超標(biāo)的桿件，進行加固處理，見圖11所示。
      

      

      
5.結(jié)語
      
中山博覽中心常年展廳屋蓋鋼桁架累積滑移施工，克服了施工現(xiàn)場交叉施工、惡劣天氣等各種不利因素，僅采用2條間距90m的滑移軌道完成了90m×198m區(qū)域的屋頂桁架結(jié)構(gòu)滑移安裝，成功解決了屋蓋結(jié)構(gòu)與下部混凝土結(jié)構(gòu)無法同時作業(yè)的難題，最大限度地保證了各專業(yè)交叉施工，節(jié)約了大量的措施費用，僅用46天完成了常年展廳屋蓋3700t鋼結(jié)構(gòu)的安裝，比原計劃提前兩個月，為整個工程的順利竣工提供了充分保障，取得了良好地經(jīng)濟價值和社會效益。
      
本工程常年展廳上方90m跨屋蓋鋼結(jié)構(gòu)累積滑移施工，僅采用90m間距的兩條軌道，突破了以往大跨度鋼結(jié)構(gòu)滑移需跨中設(shè)置一條軌道的技術(shù)難題，減少了軌道搭設(shè)材料和滑移設(shè)備投入；同時屋蓋最大滑移距離198m，與國內(nèi)同類鋼結(jié)構(gòu)滑移工程相比較，雙軌間距及累積滑移距離均位于前列，同時也為國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)累積滑移技術(shù)運用進一步積累了經(jīng)驗。
      
此外，大量計算機仿真模擬技術(shù)地應(yīng)用，也為本工程累積滑移安裝地成功實施提供重要的理論數(shù)據(jù)支持。
      

      
參考文獻 
      
[1] 趙英泰，王旭峰．《現(xiàn)代空間鋼結(jié)構(gòu)高空滑移法施工技術(shù)》．建筑鋼結(jié)構(gòu)進展．2006.12
      
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[3] 胡鴻志，廖雪穎，劉震華．《大跨度鋼桁架滑移施工技術(shù)》．建筑技術(shù)．2007.7
      
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