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【摘  要】 當鋼結構安裝的起重設備無法覆蓋安裝區(qū)域時，鋼結構的安裝可以采用滑移安裝方案，將構件從安裝區(qū)域外側滑移至安裝區(qū)域內(nèi)，然后再進行安裝， 鋼結構采用滑移安裝時，要制定詳細的滑移方案，滑移過程中采用的臨設以及滑移設備要經(jīng)過嚴格的計算；本文以拱式-鋼拉索屋面結構的安裝為例，闡述大跨度鋼結構的滑移安裝方案。
      【關鍵詞】 拱式-鋼拉索屋面；滑移軌道；卷揚機；千斤頂
      1．工程概況
      本工程為秦皇島辦公樓中心展廳項目拱式鋼屋架鋼結構安裝工程，整個屋頂為拱式-鋼拉索屋面，屋面結構重約360噸，東西長43.7m，南北寬39.7m，四周為箱形鋼梁800*500*20作為基座，上弦采用拱形H型鋼，下弦采用鋼索--支撐結構，縱向主梁共15榀，橫向次梁共14道，整個屋蓋內(nèi)嵌于辦公樓中間，四周的辦公樓已施工完畢，拱式鋼屋架的三維模型如下圖1所示：

 
圖1  秦皇島辦公樓中心展廳拱式鋼屋架

2、工程安裝重點及難點
      （1）、滑移之前，樓面上滑移胎架的搭設也是本工程的重點；
      （2）、采用滑移的安裝方法，滑移軌道如何搭設是本工程的一個重點；
      （3）、單榀拱式鋼結構跨度近40米，最大矢高達5.3米，重達25噸，如何保證單榀鋼結構平穩(wěn)滑移到位是本工程的一大難點；
      （4）、結構滑移到位后，整個屋面結構的下移就位，完成結構的卸載也是本工程的一個難點。
      3、滑移安裝
      3.1 施工總體思路

 
圖2 秦皇島辦公樓中心展廳施工平面圖
 

（1）、如上圖2所示為施工平面圖，屋面范圍底標高為21.9米，四周已施工完樓承板標高為19.04米；
      （2）、根據(jù)構件的分布，對整體屋面分為A（3-4線）、B（4-5線）、C（5-6線）、D（6-7線）、E（7-8線）共5個拼裝單元：
      施工順序：
      A、B、C、D四個單元采用滑移的方法暗轉，E單元最后進行散裝。
      （3）、利用1至3軸線的樓承板為施工平臺，鋪設路基箱，搭設胎架，胎架寬3米，長14米，高度隨每榀鋼梁接口高度而定，在此區(qū)域內(nèi)將屋蓋組對完成后，從左向右滑移，邊組對邊滑移，組對完一榀滑一榀，滑移至指定位置后，利用千斤頂將整個屋頂拱結構頂起，取出滑移軌道裝置，最后邊部單元利用現(xiàn)場汽車吊配合進行吊裝。
      3.2 施工部署
      3.2.1起重設備的選擇
      起重設備主要用于將散件倒運至已施工完的屋面平臺，并在平臺上完成每榀屋面主次構件的拼裝，為滑移做準備，經(jīng)過計算最重的構件約5t，吊裝高度22.59m，水平距離大于15.6m，考慮高度和水平距離，選用160噸汽車吊，占位于3軸外31m的位置可以滿足吊裝和拼裝要求如圖3。
 

圖3 秦皇島辦公樓中心展廳拼裝設備

3.2.2擬采用的主要機械設備見表1

主要設備機具一覽表1

      3.3 屋面拼裝胎架搭設
      針對分片單元構件的荷載分布及滑移施工順利方便的考慮，確定對操作平臺采用腳手架搭設拼裝胎架。
      （1）、腳手架拼裝胎架搭設：
      在西側19.04米樓板上鋪設路基箱，并在路基箱上搭設腳手架，為將腳手架的荷載有效傳遞給主體結構，采用在腳手架下方鋪墊路基板。胎架采用Φ48×3.5規(guī)格的碗扣式腳手架進行搭設，尺寸如圖4：
 

 圖4  秦皇島辦公樓中心展廳腳手架操作平臺搭設平面布置圖

      （2）、腳手架穩(wěn)定性計算：
      1）荷載參數(shù)：腳手板自重(kN/m2):0.200；欄桿自重(kN/m2):0.150；材料堆放最大荷載(kN/m2):8.000；施工均布荷載標準值(kN/m2):3.000；
      2）縱向支撐鋼管計算:
      2.1）荷載的計算：
      腳手板與欄桿自重： q11 = 0.150 + 0.200×0.200 = 0.190 kN/m；
      堆放材料的自重線荷載(kN/m)： q12 = 8.000×0.200 = 1.600 kN/m；
      活荷載為施工荷載標準值(kN/m)：p1 = 3.000×0.200 = 0.600 kN/m
      2.2）強度計算:
      最大彎矩Mmax = 0.1×2.148×0.8002 + 0.117 ×0.840×0.8002 = 0.200 kN.m ；
      最大支座力 N = 1.1×2.148×0.800 +1.2×0.840×0.800 = 2.697 kN；
      截面應力 σ= 0.200×106 / (5080.0) = 39.443 N/mm2；
      縱向鋼管的計算強度 39.443 小于  205.000  N/mm2,滿足要求!
      3）.撓度計算:
      最大撓度考慮為三跨連續(xù)梁均布荷載作用下的撓度 
     

      均布恒載: q = q11 + q12 = 1.790 kN/m； 均布活載： p = 0.600 kN/m；
      V = (0.677 ×1.790+0.990×0.600)×800.04/(100×2.060×105×121900.0)=0.295mm，小于 800.000 /250 與 10,滿足要求!
      4）、橫向支撐鋼管計算:
     
      支撐鋼管按照集中荷載作用下的三跨連續(xù)梁計算；載P取縱向板底支撐傳遞力，P =2.697 kN； 則 Mmax = 0.809 kN.m ；Vmax = 1.452 mm 小于800.000/150與10 mm，滿足要求！ Qmax = 11.798 kN ；截面應力 σ= 159.282 N/mm2 ＜ [f] = 205.000 N/mm2，滿足要求！        
       5）、支架荷載標準值(軸力):
      5．1）.靜荷載標準值包括以下內(nèi)容：腳手架的自重(kN)： NG1 = 0.149×3.000 = 0.447 kN；欄桿的自重(kN)：NG2 = 0.150×0.800 = 0.120 kN；腳手板自重(kN)：NG3 = 0.200×0.800×0.800 = 0.128 kN；堆放荷載(kN)： NG4 = 8.000×0.800×0.800 = 5.120 kN；
經(jīng)計算得到，靜荷載標準值 NG = NG1+NG2+NG3+NG4 = 5.815 kN；
      5．2）.施工荷載標準值產(chǎn)生的荷載。NQ = 3.000×0.800×0.800 = 1.920 kN；
      5．3）. N = 1.2NG + 1.4NQ = 1.2×5.815+ 1.4×1.920 = 9.666 kN；
      6）、立桿的穩(wěn)定性計算:立桿的穩(wěn)定性計算公式: 
      其中立桿計算長度 Lo = k1uh = 1.185×1.700×1.000 = 2.015 m；
Lo/i = 2014.500 / 15.800 = 128.000 ；查表得φ= 0.406 ；則 σ =9665.640 /( 0.406×489.000 )= 48.685 N/mm2；＜ [f] = 205.000，滿足要求！
      3.4 滑移系統(tǒng)設置
      3.4.1 滑移軌道搭設
      由于本工程屋架四圈的箱形基座鋼梁直接坐在鋼柱的頂板之上，因此采用在鋼柱之間用H型鋼梁架設滑移軌道，并將滑移軌道延伸到腳手架操作平臺，軌道及斜支撐選用軋制300×200×8×12規(guī)格的鋼梁，H型鋼滑移軌道立面示意圖如下圖5所示：
 

圖5  秦皇島辦公樓中心展廳滑移軌道立面示意圖
 

3.4.2 軌道設置及牽引系統(tǒng)選擇
      軌道采用C18a槽鋼，槽向上，焊接在鋼柱和鋼柱間的H型鋼上，槽內(nèi)放少量黃油，減少滑移時的阻力。滑移系統(tǒng)設置圖6所示：

 
圖6 秦皇島辦公樓中心展廳滑移系統(tǒng)設置

拼裝時，在每段箱型梁下方間隔2米設置一個滑塊，為使卷揚機在牽引時，南北屋架能同時向前移動，則在型鋼上每間隔0.2米設置一個刻度，并派專人讀刻度數(shù)，以保證兩條軌道上卷揚機牽引同步?；栖壍罃嗝媸疽鈭D如右圖7所示：
 

圖7 秦皇島辦公樓中心展廳滑移軌道
 

卷揚機及鋼絞線的選擇：
      牽引系統(tǒng)由卷揚機和滑輪組組成，根據(jù)計算，采用兩臺5噸卷揚機設置在8線鋼柱兩端。
      滑移的屋面鋼架最大重量為180t，滑移系數(shù)選取0.2，拉力需要36t，考慮其他因素乘以1.2倍的系數(shù)，共需要拉力為43.2t，經(jīng)計算，S= ，所以本工程選用兩臺5t（6組滑輪）牽引力的卷揚機。
      3.5 安裝步驟
      步驟一、在腳手架胎架上進行D單元（6-7線）構件的拼裝：
      拼裝時注意兩根主拱架梁應同時由一邊向另一邊拼裝，同時將兩根鋼梁間的連系梁安裝好，以保證拼裝過程中的側向穩(wěn)定，同時避免吊車來回的行走，拼裝時按照設計給定的起拱值進行起拱。施工示意圖如右圖8：                       
 

 圖8 秦皇島辦公樓中心展廳胎架拼裝

步驟二、D單元（6-7線）滑移：
      拼裝完成后，首先把縱向主梁上的鋼索連接好，再對整個單元進行卸載，卸載后將中間四組胎架上部拆除，最后將D單元向內(nèi)滑移至3線以內(nèi)。如右圖9所示

圖9 秦皇島辦公樓中心展廳第一步滑移
 

步驟三、C單元（5-6線）拼裝、滑移：
      首先將中間四組胎架隨拱結構高度搭設，其次將D單元邊緣頂起，達到設計起拱值，以保證與C單元的連接，最后開始拼裝C單元，方法同上見圖10

圖10 秦皇島辦公樓中心展廳第二步滑移

步驟四、B單元（4-5線）拼裝、滑移方法同上見圖11

圖11 秦皇島辦公樓中心展廳第三步滑移

步驟五、A單元（3-4線）拼裝、滑移方法同上
      步驟六、整個屋架下落就位
      A、B、C、D四單元整體滑移到位后，進行測量校正并完成焊接，然后在屋架下每個鋼柱上焊接牛腿，并在牛腿上設置千斤頂，用千斤頂將整個屋頂拱結構頂起，撤出軌道裝置。然后將16組千斤頂同時緩緩降下，直至屋架降落至鋼柱頂端，下路過程中務必保證千斤頂同步向下降，以免結構發(fā)生變形見圖12

圖12 秦皇島辦公樓中心展廳滑移到位

       步驟七、E單元
      （7-8線）拼裝
      E單元構件采用現(xiàn)場塔吊空中散裝，對兩側的箱形鋼梁基座采用160噸汽車吊進行吊裝見圖13

 
圖13 秦皇島辦公樓中心展廳滑移完成

      4. 安裝注意事項
      （1）胎架搭設前在樓板上鋪設路基箱加固。
      （2）安裝時要根據(jù)設計院提供的節(jié)點標高對H型鋼梁進行起拱，使安裝完成卸載后各點達到設計標高。
      （3）每分段安裝后先進行粗校，待整個單元全部吊裝到位后統(tǒng)一進行精校，然后焊接定位。
      （4）滑移時要保證整個單元的同步，要對胎架軌道和以及屋頂拱結構單元進行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題及時報告。
      5．總結
      滑移方案在我國鋼結構工程中應用比較廣泛，在橋梁以及屋蓋等工程中都有應用，采用滑移方案施工前，要做好充分的準備工作，制定詳細的滑移施工方案，對于所采用的滑移軌道以及牽引設備要經(jīng)過準確計算，以保證滑移過程順利實施，本工程通過采用滑移技術，順利的完成了任務。
      參考文獻：
      [1] 王景文.實用鋼結構工程安裝技術手冊.中國電力出版設.2006
      [2] 尹顯奇.鋼結構制作安裝工藝手冊.中國計劃出版設.2006
      [3] 某工程屋頂鋼拱結構安裝方案. 2010

作者簡介：齊衛(wèi)忠（1979-）北京首鋼建設集團有限公司 鋼結構工程師