【摘要】结合青岛国际会展中心工程的实践, 介绍了大跨度钢结构的拼装、吊装及滑移技术。阐述了滑移时保证混凝土结构安全的技术措施和过渡板滑移的原理, 并提出了加快大跨度钢结构施工速度的设计构造及工艺要求。

【关键词】钢结构屋盖主桁架吊装滑移

1 工程概况

青岛国际会展中心展厅部分为预应力混凝土框架结构,二层主展厅屋面为144 m×60 m钢结构屋盖, 形成了总面

积近8 600 m2 的无柱大空间结构, 以满足展厅使用功能的需要。钢屋盖承重结构为60 m跨的空间钢管桁架, 桁架间距12 m, 主桁架共12 榀, 单榀重量约为40 t , 边桁架共24 榀,单榀重约6 t , 屋面钢结构总重量约900 t 。钢结构平面布置见图1。钢管桁架两端支撑在边桁架上, 边桁架为H型钢平面桁架, 由E 轴至S 轴连续设置, 边桁架的支座采用过渡板与混凝土主体结构的预埋件相连。主桁架为变高度、变宽度的倒三角形空间钢管桁架, 杆件均采用Q345B无缝钢管制作,上弦φ273 mm, 下弦φ299 mm, 腹杆φ273 mm、140 mm, 节点为直接相贯焊接连接, 桁架拱顶最大安装高度约为32 m,单榀桁架的结构形式见图2。

2 工程特点及难点

( 1) 钢结构总量不大, 但造型独特、复杂, 为大跨度空间管桁架。

( 2) 工期紧。工程于2004 年年底开工, 2006 年5 月全部展厅和会议中心的部分区域即要交付使用。

( 3) 展厅钢结构屋面位于建筑平面的中间, 四周均为混凝土结构, 楼面为大体积预应力混凝土结构, 大跨度钢结构安装比较困难。

3 方案选择

( 1) 由于钢结构屋面位于混凝土结构的中央, 如采用在跨外两侧吊装或原位散拼的方案, 将影响四周混凝土结构的施工, 以及装修、安装等工序的穿插施工, 造成总体工期的延长。另外, 因主桁架的造型对称、重心低、结构稳定, 适合于滑移, 而且在混凝土梁上铺设滑移轨道较为方便, 因此经过比较选择了在S 轴线一侧的场地拼装, 分段吊装至26.15 m标高后, 再整体拼装向E 轴线一侧累积整体滑移的方案。

( 2) 起重机械的选择。如采用单榀桁架整体吊装的方案, 则重量达40 t 的主桁架, 安装高度32 m, 回转半径达24 m, 需要采用300 t 以上的吊车。为此选择了主桁架地面整体组装, 分三段吊装的方法。由于最大的吊装单元仅为14 t , 因此选择德国产LTM1160/2 型160 t 汽车式起重机即可满足要求。为了保证起重机的回转半径, U轴线外侧的混凝土结构须待钢结构吊装完成后方可施工; S～U轴线间的26.15 m标高的混凝土结构作为主桁架二次拼装的场地, 以上结构待滑移完成后方可施工。

( 3) 为了加快钢结构屋面的施工速度, 提前穿插屋面板的施工, 选择了过渡板的滑移方案。即: 增加过渡钢板, 使滑移轨道的标高与主桁架的就位标高相同, 滑移至平面位置后钢结构可直接就位。

4 关键技术

4.1 工艺流程  钢结构施工工艺流程见图3。

4.2 拼装及吊装

( 1) 将钢结构散件运到现场后, 在图4 所示的场区内整体拼装为3 个单元, 拼装采用2 台8 t 和1 台16 t 汽车吊。为了加快施工进度, 现场设置了2 个胎架同时拼装。拼装完成后, 采用160 t 汽车吊先将主桁架分3 段吊装至26.15 m楼板的胎架上二次拼装为整体, 再将两侧的边桁架吊装至滑移轨道上与主桁架拼装为一个滑移单元。

( 2) 现场与楼面拼装胎架的形式基本相同。为了不影响滑移, 楼面拼装胎架向滑移一侧设计为可拆卸的形式, 见图5。楼面胎架设在梁或离梁较近的位置上。经验算, 支撑胎架位置的混凝土的局部抗压和抗冲切强度均能满足要求。

 ( 3) 现场拼装时首先放置下弦杆, 再放置两上弦杆, 调整就位后先安装小拼单元两端的腹杆, 依次向中心推移, 全部调整合格后再焊接。构件焊接采用对称焊接法, 施焊时由双数焊工同时进行。长焊缝采用由中间向两端的分中焊接法及分中步退焊法, 也可由数名焊工分区同时进行。焊接顺序以中心向两边同时进行, 使构件产生的变形最小为准。

( 4) 为控制主弦管拼接焊缝的收缩变形, 每个节点设置2 个U型铁, 把焊缝两边的钢管连在一起。楼面拼装的难点是分段桁架拼接口的3 支主弦杆的对接, 要求3 支主弦杆的接口衬管同时插入另一段桁架的主管中, 因此必须保证地面拼装的质量与精度, 以及楼面拼装胎架的制作精度。完成3支主弦杆的对口连接后, 将每个主管接口临时用2 个U型连铁连接固定, 防止松动, 见图6。

( 5) 拼装精度的控制措施。根据加工详图核对胎架的平面位置、高度, 并在胎架上标划出基准点以便摆放构件; 做好工厂内的预拼装及记录, 并根据记录指导现场拼装工作; 根据焊接工艺评定报告提供的对接焊缝收缩量, 预留拼装焊接收缩余量; 拼装过程中随时通过胎架上的基准点和测量仪器来校正、调整拼装质量及精度。

( 6) 主桁架分3 段吊装, 每段长20 m, 中段12 t , 边段14 t , 边桁架6 t 。经验算, 160 t 吊车, 在起重半径24 m、臂长47 m时, 可吊重14.6 t , 能够满足要求。主桁架的中段、边段均采用4 点吊装, 其中段为中心对称体, 吊装比较方便,边段的重心偏向桁架的端部, 吊点设置见图7。

 ( 7) 由于每根钢丝绳的竖向分力为1.2×14/4= 4.2 t ,钢丝绳与水平投影面的夹角约为40°, 吊索的最大拉力为4.2/ (sin40°)= 6.5 t , 所以采用d=2 mm钢丝绳即可满足要求。桁架在吊装工况下的应力分布见图8, 最大应力仅为14 MPa, 远小于钢材强度设计值, 变形也很小, 故在吊装工况下分段桁架结构是安全的。另外, 经验算吊点处管节点的承载力也能满足吊装的要求。

4.3 滑移

( 1) 本工程采用计算机控制的液压同步累积整体滑移技术。在S、E 轴线上铺设轨道, 先将拼装好的第1 榀主桁架及边桁架沿轨道滑移12 m, 再将拼装好的第2 榀桁架和1、2榀桁架间的檩条等次结构共同滑移12 m, 依次拼装、滑移至12 榀后, 实施屋面结构的整体滑移, 整体滑移时结构的总重量约为1 000 t 。

( 2) 滑移参数的设计。滑移牵引系统由2 台TJJ- 2000型液压牵引器组成。每台液压牵引器设计额定水平牵引力为2 000 kN。每台TJJ- 2000 型液压牵引器配置18 根高强度低松弛预应力钢绞线, 作为柔性承重索具, 抗拉强度为1 860 MPa, 直径为15.24 mm, 破断拉力为26.3 t 。荷载不均匀系数取1.2, 滑动摩擦因数取0.2, 则单台液压牵引器的最大工作荷载为:1 000×1.2×0.2/2=120.0 t < 200 t液压牵引器中单根钢绞线的最大工作荷载为:120.0/18=6.67 t 。安全系数为: 26.3/6.67=3.94, 满足要求。

( 3) 滑移轨道设计。滑移轨道采用[25b 型热轧槽钢, 通过预埋板与混凝土大梁连接。槽钢上表面安装标高与柱头预埋钢板相同。轨道槽钢下用钢垫板间断铺垫, 以将滑移荷载均匀传递到混凝土梁上, 见图9。

( 4) 部分滑移轨道下混凝土结构的验算及加固。S 至U轴线位置上的滑移轨道偏离混凝土梁的中心线150 mm, 故

必须验算该部位混凝土板的承载力。按照最不利荷载组合,每个滑移支座承受的竖向力为500 kN, 滑移轨道下部预埋钢板的扩散面积为300 mm×250 mm。混凝土板的局部抗压承载力为:

故, 局部承压满足拼装施工要求。混凝土板的抗冲切承载力为:

可见, 混凝土楼板的抗冲切承载力不能满足滑移施工要求。故应对该部位钢结构下部的两层楼板同时进行加固处理, 加固方法见图9。

( 5) 过渡板滑移。取消钢桁架支座的预埋螺栓, 使滑移轨道的标高与支座预埋钢板的标高相同, 将滑移板作为支座钢板的一部分( 即过渡板) 。滑移就位后, 切除过渡板的多余部分, 将其与支座预埋件焊接为一体, 过渡板的设计构造见图10。采用过渡板滑移无须顶起钢结构支座再撤出滑移板,钢屋面便可直接就位, 因此减少了工序, 加快了施工速度。另外, 由于钢结构就位时, 主桁架间无竖向的相对位移, 其间的次结构和屋面板也不会产生变形, 所以滑移期间即可穿插屋面板的安装。

本工程钢结构滑移时间为30 d, 屋面板施工45 d。如能同时穿插屋面板施工, 滑移结束时将完成屋面板工作量

的1/3～1/2。但由于屋面板材料准备不充分, 滑移过程中仅安装了少量的屋面底板。

5 结语

(1) 对于滑移轨道下混凝土结构的薄弱部位应进行承载力计算和必要的支撑加固处理。

(2) 过渡板滑移可以加快钢结构的施工速度, 并可同时穿插钢结构屋面板的施工。

(3) 大跨度钢结构滑移可以保证周边混凝土结构的同步施工, 以及装修、安装等工序的提前穿插施工。本工程由于采用滑移施工技术使周边混凝土结构和装修、安装等工序得以提前施工了1.5 个月。   《建筑施工》