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武漢新芯FAB12B鋼結構工程高空滑移施工技術

作者：戴 陽 等    
時間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]
武漢新芯集成電路制造有限公司FAB12B鋼結構工程為鋼桁架結構，其鋼桁架位于15.5m砼結構樓層上，桁架下弦為設備技術層、上弦做為屋蓋。施工場地狹小,施工采用同步滑移技術，科學的劃分了滑移單元，并采取有效的同步控制措施，實現了多條軌道的同步滑移，取得了良好的效果。
    關鍵詞：鋼桁架 砼結構樓層 同步滑移 同步控制

    1、工程概況：
    武漢新芯集成電路制造有限公司FAB12B鋼結構工程為鋼桁架結構，其鋼桁架位于15.5m標高砼結構樓層上，桁架下弦做為設備技術層、上弦做為屋蓋。工程建筑總長126米，跨度94米，柱距8.4米，鋼桁架高度8-9米，建筑面積約12000平方米，屋面坡比1：30。主體結構采用焊接H型鋼組合式桁架,所有坡口及節點區焊縫均為熔透焊縫,焊縫等級為一級，焊接要求較高。鋼桁架材質均采用Q345B，結構總用鋼量為3200噸，安裝使用10.9S級扭剪型高強螺栓連接。 樓面、屋面均采用鋼承板現澆混凝土組合樓板,單脊雙坡。該工程施工場地狹小，導致安裝施工難度大，施工采用同步滑移技術，科學的劃分了滑移單元，并采取有效的同步控制措施，實現了多條軌道的同步滑移，取得了良好的效果.

    2、工程特點及重點分析
    2.1工程特點
    (1)結構跨度大、現場施工場地小
    本工程中桁架的跨度為94m,結構跨度大。同時鋼桁架由H型鋼組成空間桁架體系。施工時要盡量保證空間的整體性，因此桁架在制作運輸時，將主桁架分為20m左右的制作單元。另因本工程可供結構吊裝的場地較小，該工程下部為砼二層結構，結構上方不能受力，因此僅能利用本工程一端的場地施工。
    (2)單件體型大,構件重
    本工程桁架單件體型大,桁架兩端高度均達7.7m,構件長度達到94m，構件的單重較大,最重單榀桁架的重量達到120T。
    (3)鋼結構加工,安裝焊縫技術難度較大
    由于本工程屋面鋼桁架上下弦桿均采用焊接H型鋼,且對接焊縫均為一級焊縫,構件加工制作及現場安裝焊接要求較高。同時,由于構件截面存在部分厚板與薄板焊接,焊接時需考慮厚板焊接工藝。所有坡口焊均為全熔透等強焊縫，坡口焊縫為一級。
    (4)滑移胎架設計難度較大、桁架滑移同步控制難
    由于桁架總重量較大,支撐胎架單點最大荷載較高且滑移施工荷載為非固定荷載,滑移施工胎架設計分析難度較大,且滑移措施結構多與混凝土結構存在關系,相關措施設計較為復雜.
    由于桁架總長約94m,滑移次數較多,滑移同步控制難度較大.因此,桁架整體尺寸累積誤差控制難.
    2.2施工總體思路
    (1)構件加工制作精度控制
    桁架弦桿在工廠分段制作,制作長度不大于18m,腹桿散件加工,每榀桁架在生產車間均實行整體預拼裝,且桁架起拱及標識均在車間制作完成。
    (2)現場地面拼裝
    桁架弦桿分段運至施工現場,腹桿散件運至現場,在地面二次拼裝臺上拼裝成單榀桁架（分段吊至高空拼裝臺上，實施高空拼裝）。
    (3)高空拼裝
    在樓面平臺上搭設高空散裝胎架,將單榀桁架吊裝至指定位置組裝,其它構件均以散件形式在高空進行拼裝。
    (4)由北向南滑移,組成兩榀桁架并將桁架與桁架之間次梁及支撐連成整體后,采用三滑道三條軌道同步液壓推進滑移法向前滑移至指定位置,依次將其余桁架分別高空組裝完成并累積滑移到位.
    (5)卸載
    分步驟同步卸載,先中間桁架部分卸載,然后將相應支座落位,最后桁架完全卸載,每一步驟中千斤頂位移同步跟上。
    3.施工技術
    3.1施工流程圖：

    3.2高空滑移的技術處理和施工驗算
    3.2.1對施工設施的設計計算
    (1) 高空拼裝平臺的設計計算，應考慮各種不利因素的影響，使平臺又牢固又省料，同時要充分利用我們過去鋼結構安裝使用過的鋼支架、鋼梁、鋼柱。利用H400X400 X8X12的型鋼做胎具的底座(二條通長)緊貼7.3m平臺樓面，用H300X300 X8X12的型鋼做胎具的立柱焊在H400X400 X8X12鋼梁上(共10根),H200X200 X8X10的型鋼焊接在立柱上用來穩定鋼柱和保證屋架梁的定位,并在H200X200 X8X10的型鋼上設置限位擋塊和抱桿,并在每段屋架上設置8根攬風繩,以保證單片屋架的固定,調整和加快吊車的脫鉤.7.3米平臺樓面設計可承受貨載為1.5噸/平方米,無法承受桁架的荷載,還需利用±0m -- ±7.3 m之間砼柱將桁架的重力傳遞至地面。

    （2）軌道梁的選擇和計算：經過反復的計算與優化，本工程的推移軌道的承軌梁選擇魚腹式H型鋼，其邊柱的承軌梁為H800*400*14*25，中柱承軌梁為H100*450*14*25, 承軌梁之間用安裝螺栓連接,以保證整個承軌梁的穩定性。
    （3）液壓爬行器的選擇:本工程采用三臺自行研發50噸液壓爬行器, 爬行器安裝固定在100kg的重軌上,液壓爬行器的總推力為:3倍X50噸＝150噸,固整個的推力為150噸,而桁架每單元產生的摩擦力為228噸X1.4(動力系數)X0.4(摩擦系數) ＝128噸.推力遠遠大于摩擦力,驗算通過。
    3.2.2滑移過程中的靜力、動力分析
    （1）滑移過程中對混凝土柱和柱間鋼支撐的靜力、動力的分析驗算。（由于滑移速度1.0米/分，動力系數可忽略不計，試滑時要測動力系數）
    （2）長度94m，每8.4m寬作一次滑移，在每滑一次工況下，滑出平臺部分鋼桁架（最少2榀）的桿件應力和跨中撓度的驗算。當應力不滿足時，要對桿件加固；當撓度不滿足時，要采取拼裝起拱值（取250mm），仍不達要求時，采用預應力方法使其提高跨中剛度，特別是端桁架（HJ35和HJ33組合）設計中為每24m有6個支承點，但在滑移中變為三端支承，因此采用預應力方法提高桁架剛度，采用預應力方法克服下撓過大。
    （3）靜力、動力分析結果，要確保達到：任何工況下桿件不致受損；施工設施安全可靠；分10次滑出鋼桁架在任何行進狀態中，任何桿件的應力和整體撓度不得超過允許值。高空滑移施工中技術處理措施、施工驗算和復核均通過權威單位進行的論證評估，確保萬無一失。
    3.3高空滑移關鍵工序
    3.3.1準備工作
    (1)高空滑移法安裝的施工組織設計做到細化、論證、評估、完善，重點放在滑移過程從始至終全部工況中，鋼桁架在自重作用下的強度、剛度、穩定的驗算以及決定采取的有效方法。經濟可靠的相應措施，同時請設計院驗算下部柱、梁的強度和抗裂、穩定性，從理論上提供本法的實施前提。
    (2)場外拼裝場的設置，在地面應具有同時拼裝94m長兩榀鋼桁架的組拼能力,分成6段各(12-24)m長度不等的桁架段，配備50t汽車吊二臺，25t汽車吊一臺，做好場外拼裝場的材料、工機具、人力的配備。直接為高空拼裝平臺提供拼接段，盡量減少高空作業對質量和安全的不利影響和焊接工作量。
    (3) 滑移軌道設置
    1、滑移軌道，下設鋼墊板
    采用100kg/m的重軌
    2、滑移軌道的質量直接關系到滑移施工的安全和質量，允許誤差值應符合專門規定，主要有：
    A、軌道標高差在一個柱距內控制在4mm以內
    B、軌道中心線偏移控制在3mm以內
    C、軌道接頭高差為零（焊縫打磨平正）
    D、相鄰軌道頂面高差（L為軌長）L/500；且控制在10mm以內
    E、軌道中心線與鋼桁架支座中心線偏差控制在3mm以內
    F、軌道水平投影間距偏差控制在10mm之間
    3、滑移軌道位于軌道梁上,軌道標高略高于鋼桁架支座底部標高（約為80-100mm）。支座直接在滑軌上滑移時，要呈園倒角，滑軌兩側無障礙，表面涂潤滑油或新型高分子材料以減少摩擦力。滑動外側設寬1.5m的安全通道，其欄桿做成可拆裝式，不影響滑移工
    3.3.2滑移的措施
    (1)利用第一層樓砼頂板和第二層砼墻柱于連系梁施工完畢后，在主廠房5軸線一側布置一臺250t履帶式坦克吊；搭設高空拼裝平臺；搭設的拼裝胎架在7.3m與軌道頂面標高處，并沿B、N、（1/G）軸布設推移支座、軌道梁、軌道（自制）（推移軌道安裝在第二層的15.5米平臺梁的推移承重支座上），各分段桁架通過250噸履帶式吊車吊裝到拼裝胎架上進行組對、校正、焊接。再將三、四層系梁、系桿安裝到位，將拼裝好的桁架單元落放在B、N、（1/G）軸三條軌道上，然后將桁架之間的屋面梁就位.

    (2)高空拼裝平臺是保證拼接精度，減少積累誤差，防止結構下沉，確保安全的重要措施。在設計、選材、搭設、驗收、使用和維護等技術環節上，既要嚴格要求又要節約材料。
    (3)高空拼裝臺和滑道之間要牢固連接，相互構成整體穩定架。
    3.3.3同步控制措施:
    (1)設計專用控制柜,三臺液壓爬行器即可實現同步工作;
    (2)在三條推移軌道上設置刻度標尺,每5厘米一格,1 m為一大區格,2柱間8.4m處為一個控制單元,三條軌道上用三臺對講機同時向爬行器控制總臺報數,如不同步值超出限值,即可作相應停推處理。
    3.3.4桁架落位
    （1）鋼桁架落位進程是桁架緩慢協同空間受力的過程，鋼桁架會發生較大的內力重分布，并逐漸過渡到設計狀態，特制定落位方案。
    （2）鋼桁架滑移到位后，要仔細檢查跨度、標高、落位中心及鋼桁架整體和分部尺寸。

    （3）滑移支座拆除時遵循“變形協調，卸載均衡”的原則，不可造成桁架局部、整體失穩，通過施工驗算，保證“平穩過渡”，必要時對有關構件進行臨時加強。
    （4）滑移支座的拆除順序和措施的確定。用滑移支座兩側各兩臺千斤頂（起重能力要視各落位點重量且考慮1.4的系數）頂起10-20mm后拆除滑移支座，然后通過多次循環緩慢下降來實現荷載平衡轉移，卸載順序要求對稱進行。由于無法做到絕對同步，桿件內力會有不同增減，要在桁架主要受力桿（如端部受壓最大的桿件）放置檢驗裝置（如貼應變片等）觀測應力的變化狀態；設置高程測量控制點，進行全程監控；千斤頂下降采用四邊分區、分階段同時進行；按序下降，且每次下降不超過10mm等，在控制狀態下，落到支座上。
    3.3.5滑移及同步控制總結
    （1）中間軌道、兩邊單軌道及多條軌道同步液壓滑移，精度要求較高，過程中單行程同步誤差在3mm以內，累積后調整，保證累積誤差在5mm以內，基本滿足鋼結構變形和安裝就位要求。
    （2）整體同步滑移采用控制專柜，保證三臺液壓爬行器實現同步工作，且在軌道上設置刻度標尺，有效的控制滑移過程的超限問題。
    （3）桁架落位時千斤頂的選擇，要考慮其行程是否符合下降要求；固定支座是否就位正確，其固定要分階實施以保證桁架下降穩定，拼裝應力釋放完成后才進行做最終固定，并做好落位紀錄等；進行周密組織，統一指揮，對號入座，執行落位責任制。
    （4）做好收尾工作：如鋼桁架表面清潔后進行敷涂面漆和防火涂層噴涂；拆除滑移軌道和高空拼裝拼臺；凡在混凝土梁、柱上的預埋鋼板要盡量拆除，如果永久性的留下，埋件要實施除銹油漆，做好對承重混凝土結構的保護；做好鋼桁架安裝技術資料、文件的匯總等。
    4、結束語
    隨著我國體育場館、會展類大型綜合性建筑的大批量建設，大空間、大跨度鋼結構的設計施工水平均得到了突飛猛進的發展。伴隨著結構形式的多樣化、復雜性，各種先進的施工技術也在不斷的更新、發展，更加頻繁的投入到施工建設之中。在武漢新芯鋼桁架的施工過程中，鋼結構焊接熔透焊縫的檢測均一次性通過；工程滑移施工的進展也比較順利，通過充分的滑移技術準備及過程中采取有效的同步控制措施，實現了多條軌道同步滑移，使同步滑移工藝充分發揮其高效性、科學性、經濟性的理念，也為同類型工程的施工積累了一定的施工經驗。

    參 考 文 獻：
    1、《中國大型建筑鋼結構工程設計與施工》 中國鋼結構協會編
    2、《建筑鋼結構焊接技術規程》（JGJ81-2002）北京：中國建筑工業出版社，2002
    3、《新編液壓工程手冊》北京：北京理工大學出版社，1998
    4、《鋼結構設計原理》（第一版）王肇民.上海：同濟大學出版社，1999
    附圖片：
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