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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構，主桁架最大跨度90m，采用國內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存在地下室結構，導致大型吊裝設備無法直接進入跨內吊裝以及與其他專業無法交叉施工、工期緊張等施工難題，取得了良好的經濟效益。

    關鍵詞：大跨度鋼結構；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建筑師事務所與廣東省建筑設計研究院聯合設計。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、服務等功能為一體的新型現代風格建筑，也是中山市重點工程和中山歷史上最大的建設工程，建成之后將成為中山市標志性建筑，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。該工程地上主體結構主要為大跨度空間鋼管桁架結構，總用鋼量約18000t，其中主桁架最大跨度90m，截面矢高4.5m～10m，整個屋蓋鋼結構成波浪型。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構，跨度36m，通過盆式橡膠支座架與格構鋼柱或混凝土核心筒結構相連。
    建筑結構新穎，結構復雜，安裝精度要求高，構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構、地上一層型鋼桁架結構、兩側二層混凝土結構；常年展廳上空屋蓋桁架結構下方由于存在地下室結構，大型吊裝設備無法直接進入施工場地內，給常年展廳屋頂桁架結構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構的安裝工藝。
    2.施工工藝
    2.1施工工藝選擇
    根據常年展廳的結構特點，如采用加固地下室，吊車進入場地內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構的安裝，但措施費巨大且屋頂桁架下方區域其他專業將無法施工，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，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計、搭設，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、托架和次結構組成，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
    為了避免占用結構內施工區域以及避免對部分地下室樓板進行加固，將拼裝平臺設計在結構外，見圖4所示；同時結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18m寬即可滿足使用要求。高空拼裝平臺如此設計，可提高起重設備利用率，，降低機械措施費用，減少平臺搭設材料投入量。
    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，得出現場僅采用2條間距為90m的軌道（軌道兩側均懸挑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，均能滿足國家規范的相關要求。
    2.2.4滑移軌道搭設
    鑒于圖紙設計常年展廳屋頂桁架結構，支撐于南北兩側（B軸線和G軸線上）混凝土核心筒內砼柱或鋼管格構柱的特點，通過預埋鋼結構埋件，增加聯系鋼梁等方式，在B軸線和G軸線上架設兩條滑移軌道，滑移軌道采用QU100鋼軌，見圖4所示。

    2.2.5高空平臺拼裝
    桁架結構在高空平臺上拼裝時，預先通過計算機模擬其下撓變形值，并按照施工要求進行起拱或反變形設置，保證結構滑移前拆除支撐后主桁架的撓度值符合鋼結構設計規范要求，確保結構安裝質量。
    2.2.6拼裝單元滑移
    當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滑動支座安裝及結構卸載固定
    當整體桁架結構滑移離設計安裝位置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。當整體結構滑移到設計位置后，利用千斤頂進行逐點分級卸載，最終進行結構固定。
    3.累積液壓頂推滑移特點
    本工程中根據現場施工條件和鋼結構屋蓋的外形特點，采用了鋼結構桁架累積液壓滑移安裝的施工工藝，主要有以下特點和優勢：
    1）采用液壓爬行器作為動力裝置，與傳統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調同步，當有意外超載或同步超差時，系統會及時做出調整并發出報警信號，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構進行支撐，既方便安裝又節約成本；
    3）滑移不受屋蓋底部場地限制，可以土建作業同時展開，解決了二者同時施工的矛盾，節約工期；
    4）由于爬行器與構件剛性連接，易同步控制，結構安裝就位準確性高；
    5）累積滑移步驟性強，易于形成流水作業，提高了施工效率。

    4.安全施工及質量保障措施
    4.1拼裝胎架及軌道搭設基礎設計
    為了保證構件高空拼裝的質量以及滑移過程的安全，施工前應該拼裝胎架及軌道支撐基礎情況進行慎重考慮，對于部分座落在天然土層上的支撐，參照地質勘探報告數據進行基礎設計，對于可能出現的基礎沉降，應在胎架和軌道支撐設計時預留沉降值。
    4.2計算機仿真技術應用
    由于屋蓋桁架在滑移過程中工況與設計使用狀態不同，為保證其在滑移過程中各構件的受力狀態符合相關規范要求，對滑移進行了全過程進行計算機仿真分析。采用有限元結構分析軟件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）邊界條件考慮現場實際約束；
    3）荷載施加要考慮模型與實際結構的差異。
    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，考慮結構自重、滑移荷載、風載、溫度荷載的不同組合和影響，通過分析結果發現滑移施工系統設計比較合理、結構整體剛度較大、除個別桿件須要加強外，結構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構的整體受力性能，確保了滑移施工的順利進行。

    4.2.2建立模擬計算機預拱模型，技術先行指導施工，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滑移過程監測
    本工程滑移距離長、結構自重大，結構加工、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控，如圖9所示，對于出現的超出設計預期的變形、較大的聲響等情況，及時通知現場滑移施工總指揮，以按照應急預案及時采取對應的處理措施，確保滑移安全、順利的實施。
    滑移施工過程中，在每次構件高空胎架拼裝前，對拼裝平臺支撐點標高進行抄測，對于出現的沉降值，在拼裝時進行標高補償，以保證每榀桁架結構的拼裝質量。

    4.4結構加固
    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構受力出現不對稱性，對托架、主桁架以及通過計算機模擬計算得出的應力比超標的桿件，進行加固處理，見圖11所示。

    5.結語
    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區域的屋頂桁架結構滑移安裝，成功解決了屋蓋結構與下部混凝土結構無法同時作業的難題，最大限度地保證了各專業交叉施工，節約了大量的措施費用，僅用46天完成了常年展廳屋蓋3700t鋼結構的安裝，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，取得了良好地經濟價值和社會效益。
    本工程常年展廳上方90m跨屋蓋鋼結構累積滑移施工，僅采用90m間距的兩條軌道，突破了以往大跨度鋼結構滑移需跨中設置一條軌道的技術難題，減少了軌道搭設材料和滑移設備投入；同時屋蓋最大滑移距離198m，與國內同類鋼結構滑移工程相比較，雙軌間距及累積滑移距離均位于前列，同時也為國內鋼結構累積滑移技術運用進一步積累了經驗。
    此外，大量計算機仿真模擬技術地應用，也為本工程累積滑移安裝地成功實施提供重要的理論數據支持。

    參考文獻
    [1] 趙英泰，王旭峰．《現代空間鋼結構高空滑移法施工技術》．建筑鋼結構進展．2006.12
    [2] 邱俊，胡澄，陶春來．《大跨度鋼梁高空滑移施工技術應用》．江蘇建筑．2006.4
    [3] 胡鴻志，廖雪穎，劉震華．《大跨度鋼桁架滑移施工技術》．建筑技術．2007.7
    [4] 唐兵傳，賈艷峰，吳圣杰．《蘇州國際博覽中心鋼結構施工技術》．施工技術．2005.10
    [5] 閻耀，張新健，顧軍．《蘇州國際博覽中心鋼結構工程施工和質最控制》．建筑施工．2005.5
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