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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(shí)間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]
中山博覽中心項(xiàng)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(guó)內(nèi)先進(jìn)的累積滑移工藝進(jìn)行安裝，成功解決了由于施工場(chǎng)地內(nèi)存在地下室結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致大型吊裝設(shè)備無(wú)法直接進(jìn)入跨內(nèi)吊裝以及與其他專業(yè)無(wú)法交叉施工、工期緊張等施工難題，取得了良好的經(jīng)濟(jì)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(xiàng)目位于廣東省中山市博愛(ài)六路，紫馬嶺南門公園對(duì)面，由美國(guó)SOM建筑師事務(wù)所與廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院聯(lián)合設(shè)計(jì)。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(huì)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(diǎn)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(xiàng)目按照使用功能分為常年展廳、綜合展廳、中央廣場(chǎng)、會(huì)議中心等四個(gè)部分，見(jiàn)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(gè)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(guò)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(wú)法直接進(jìn)入施工場(chǎng)地內(nèi)，給常年展廳屋頂桁架結(jié)構(gòu)安裝帶來(lái)不小的難題。本文接下來(lái)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(diǎn)，如采用加固地下室，吊車進(jìn)入場(chǎng)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(fèi)巨大且屋頂桁架下方區(qū)域其他專業(yè)將無(wú)法施工，對(duì)工期十分不利。為保證整體工程按時(shí)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(tái)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(jìn)行高空胎架及滑移軌道設(shè)計(jì)、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(jìn)行），再利用150t履帶吊將各托架和分段桁架吊至拼裝平臺(tái)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?；茊卧蓛砷麒旒?、托架和次結(jié)構(gòu)組成，每拼裝完一個(gè)滑移單元，屋蓋整體向14軸線方向滑移18m，拼裝平臺(tái)隨之騰空，進(jìn)行下一個(gè)18m單元拼接。所有桁架累積滑移到距設(shè)計(jì)位置約1m時(shí)，暫停滑移工作，進(jìn)行桁架支座安裝，最后進(jìn)行整體桁架屋蓋的滑移到位，進(jìn)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(tái)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(duì)部分地下室樓板進(jìn)行加固，將拼裝平臺(tái)設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)外，見(jiàn)圖4所示；同時(shí)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(duì)稱的特點(diǎn)，選擇18m跨拼裝單元作為一個(gè)滑移單位，因此高空拼接平臺(tái)只需搭設(shè)18m寬即可滿足使用要求。高空拼裝平臺(tái)如此設(shè)計(jì)，可提高起重設(shè)備利用率，，降低機(jī)械措施費(fèi)用，減少平臺(tái)搭設(shè)材料投入量。
    2.2.3滑移軌道選擇
    針對(duì)常年展廳屋頂桁架截面高、剛度大的特點(diǎn)，利用計(jì)算機(jī)仿真模擬滑移進(jìn)行分析，得出現(xiàn)場(chǎng)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(guó)家規(guī)范的相關(guān)要求。
    2.2.4滑移軌道搭設(shè)
    鑒于圖紙?jiān)O(shè)計(jì)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(diǎn)，通過(guò)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(jiàn)圖4所示。

    2.2.5高空平臺(tái)拼裝
    桁架結(jié)構(gòu)在高空平臺(tái)上拼裝時(shí)，預(yù)先通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬其下?lián)献冃沃担凑帐┕ひ筮M(jìn)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(jì)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(jìn)行拼裝單元的同步控制液壓頂推累積滑移，滑移過(guò)程如圖5所示。

    完成滑移一個(gè)拼裝單元后，在拼裝平臺(tái)上進(jìn)行下一榀桁架單元的拼裝，然后再進(jìn)行滑移……直至最后一個(gè)單元滑移完畢，見(jiàn)圖6所示。

    2.2.7滑動(dòng)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(jì)安裝位置1.5m時(shí)，割除支座位置軌道，進(jìn)行滑動(dòng)支座安裝，然后進(jìn)一步進(jìn)行滑移。當(dāng)整體結(jié)構(gòu)滑移到設(shè)計(jì)位置后，利用千斤頂進(jìn)行逐點(diǎn)分級(jí)卸載，最終進(jìn)行結(jié)構(gòu)固定。
    3.累積液壓頂推滑移特點(diǎn)
    本工程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件和鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的外形特點(diǎn)，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(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：
    1）采用液壓爬行器作為動(dòng)力裝置，與傳統(tǒng)的卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩牽引不同，爬行機(jī)器人滑移過(guò)程的推進(jìn)力及推進(jìn)速度完全可測(cè)和可控。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)傳感器檢測(cè)爬行機(jī)器人的推進(jìn)力及速度，控制各機(jī)器人之間的協(xié)調(diào)同步，當(dāng)有意外超載或同步超差時(shí)，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)做出調(diào)整并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，從而使滑移過(guò)程更加安全可靠；
    2）滑移軌道充分利用原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐，既方便安裝又節(jié)約成本；
    3）滑移不受屋蓋底部場(chǎng)地限制，可以土建作業(yè)同時(shí)展開(kāi)，解決了二者同時(shí)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(qiáng)，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(jì)
    為了保證構(gòu)件高空拼裝的質(zhì)量以及滑移過(guò)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(jìn)行慎重考慮，對(duì)于部分座落在天然土層上的支撐，參照地質(zhì)勘探報(bào)告數(shù)據(jù)進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，對(duì)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(jì)時(shí)預(yù)留沉降值。
    4.2計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用
    由于屋蓋桁架在滑移過(guò)程中工況與設(shè)計(jì)使用狀態(tài)不同，為保證其在滑移過(guò)程中各構(gòu)件的受力狀態(tài)符合相關(guān)規(guī)范要求，對(duì)滑移進(jìn)行了全過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真分析。采用有限元結(jié)構(gòu)分析軟件SAP2000建立計(jì)算模型，為保證仿真分析能夠反映滑移工況，計(jì)算過(guò)程主要注意以下事項(xiàng)：
    1）模型建立盡量接近滑移實(shí)際情況，以使分析具有參考意義；
    2）邊界條件考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際約束；
    3）荷載施加要考慮模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)的差異。
    4.2.1計(jì)算機(jī)仿真共對(duì)全部10個(gè)滑移工況分別進(jìn)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(guò)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)滑移施工系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較合理、結(jié)構(gòu)整體剛度較大、除個(gè)別桿件須要加強(qiáng)外，結(jié)構(gòu)整體上可以承受各滑移工況。計(jì)算機(jī)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(jìn)行。

    4.2.2建立模擬計(jì)算機(jī)預(yù)拱模型，技術(shù)先行指導(dǎo)施工，通過(guò)千斤頂回頂前一滑出拼裝平臺(tái)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(jiàn)圖8），保證相鄰次桁架安裝精度。

    4.3滑移過(guò)程監(jiān)測(cè)
    本工程滑移距離長(zhǎng)、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(shí)施，對(duì)滑移過(guò)程跟蹤監(jiān)測(cè)，尤其對(duì)屋蓋滑移過(guò)程桁架以及軌道梁的撓度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如圖9所示，對(duì)于出現(xiàn)的超出設(shè)計(jì)預(yù)期的變形、較大的聲響等情況，及時(shí)通知現(xiàn)場(chǎng)滑移施工總指揮，以按照應(yīng)急預(yù)案及時(shí)采取對(duì)應(yīng)的處理措施，確?；瓢踩㈨樌膶?shí)施。
    滑移施工過(guò)程中，在每次構(gòu)件高空胎架拼裝前，對(duì)拼裝平臺(tái)支撐點(diǎn)標(biāo)高進(jìn)行抄測(cè)，對(duì)于出現(xiàn)的沉降值，在拼裝時(shí)進(jìn)行標(biāo)高補(bǔ)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(jìn)行，必須保證滑移軌道及滑移單元的安全可靠，現(xiàn)場(chǎng)分別采取措施對(duì)滑移軌道梁進(jìn)行加固，見(jiàn)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(duì)稱性，對(duì)托架、主桁架以及通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算得出的應(yīng)力比超標(biāo)的桿件，進(jìn)行加固處理，見(jiàn)圖11所示。

    5.結(jié)語(yǔ)
    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(chǎng)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(wú)法同時(shí)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(fèi)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(jì)劃提前兩個(gè)月，為整個(gè)工程的順利竣工提供了充分保障，取得了良好地經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)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(shí)屋蓋最大滑移距離198m，與國(guó)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(shí)也為國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)累積滑移技術(shù)運(yùn)用進(jìn)一步積累了經(jīng)驗(yàn)。
    此外，大量計(jì)算機(jī)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(shí)施提供重要的理論數(shù)據(jù)支持。

    參考文獻(xiàn)
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