寶鋼鋼構(gòu)有限公司 上海 200933

1 工程簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目為上海市嘉定區(qū)體育中心拱式鋼屋架安裝工程，整個(gè)屋頂為張弦桁架-鋼拉索結(jié)構(gòu)。該工程的屋面結(jié)構(gòu)質(zhì)量約為600 t，東西方向的最大跨度為62.6 m，檐高為25 m。

屋面四周為鋼混凝土牛腿作為桁架基座（平面布置見(jiàn)圖1），橫向主梁共10 榀，縱向次梁共9 道，整個(gè)屋蓋內(nèi)嵌于場(chǎng)館中間，由于四周的土建結(jié)構(gòu)已完工，故給屋架施工帶來(lái)重重困難。

圖1 施工平面布置

2 屋架工程安裝難點(diǎn)及重點(diǎn)分析

（a）本工程桁架跨度較大，桁架分段進(jìn)場(chǎng)拼接部位的撓度因網(wǎng)架自重超過(guò)設(shè)計(jì)值，如不加以控制其承載力和剛度無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求，故需采取中部拼接部位設(shè)置滑道的方式。

（b）鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)場(chǎng)前土建結(jié)構(gòu)已完工，主場(chǎng)館門洞無(wú)法滿足汽車吊進(jìn)入場(chǎng)館內(nèi)施工，且樓板結(jié)構(gòu)承重不滿足設(shè)計(jì)要求，故主榀桁架采用300 t汽車吊在跨外吊裝的方式。

（c）屋面桁架高空組拚，需搭設(shè)支撐胎架，高度超過(guò)20 m，胎架及樓板結(jié)構(gòu)需進(jìn)行受力驗(yàn)算。

（d）在滑移過(guò)程中，由于桿件內(nèi)力改變而影響桁架撓度值，必須控制網(wǎng)架在滑移過(guò)程中的同步差，同時(shí)密切關(guān)注桁架變形及應(yīng)力變化情況，確保構(gòu)件滿足設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)和應(yīng)力分布要求[1]。

（e）張拉施工時(shí)桁架產(chǎn)生變形，前后榀桁架連接時(shí)存在高差，影響構(gòu)件組拼精度。為此，張拉施工需在支撐胎架同一標(biāo)高上進(jìn)行，即桁架拉索施加應(yīng)力在剛脫離胎架（1～5 mm）并滿足桁架起拱度的情況下方可推進(jìn)滑移。

（f）拉索施工需在當(dāng)榀桁架組拚完成后進(jìn)行，索力一次性張拉到位；為確保工期，張拉和滑移交叉施工，并為后一榀桁架的連續(xù)組拚創(chuàng)造條件，胎架頂部（滑移軌道、牛腿寬度）設(shè)計(jì)和張拉應(yīng)力設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。

（g）張拉施工需進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)，確定張拉參數(shù)。因采用胎架一次張拉到位的施工方式，已張拉成形的桁架應(yīng)力分布情況在滑移階段、整體卸載階段會(huì)有差異，故需對(duì)桁架的張拉值進(jìn)行目標(biāo)修正。

（h）張弦結(jié)構(gòu)在張拉施工階段必須保證安全，包括桁架整體穩(wěn)定性、構(gòu)件和連接不超過(guò)允許承載力、結(jié)構(gòu)變形滿足要求，這就對(duì)施工過(guò)程監(jiān)控提出了很高的要求，具體見(jiàn)圖2。

圖2 張弦桁架立面示意

3 胎架滑移安裝施工

3.1 支撐胎架設(shè)計(jì)[2-4]

考慮到構(gòu)件長(zhǎng)度、運(yùn)輸、起吊能力等因素，單榀桁架需分3 段制作運(yùn)輸?shù)綀?chǎng)。由于桁架在分段吊裝過(guò)程中不能立即形成穩(wěn)定體系，因此需要在桁架拼接點(diǎn)下弦設(shè)置支撐胎架。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)狀況分析，擬設(shè)置4 個(gè)支撐胎架：采用Φ89 mm鋼管組合支撐胎架，格構(gòu)胎架每節(jié)尺寸分別為：長(zhǎng)（2 m）×寬（2 m）×高（1.5 m），如圖3所示。

圖3 胎架設(shè)計(jì)

3.2 滑移軌道梁及軌道設(shè)計(jì)

為滿足桁架累積滑移，常規(guī)的做法是在原場(chǎng)館土建牛腿結(jié)構(gòu)之間搭設(shè)支撐架，在支撐架上部放置鋼梁和滑移導(dǎo)軌。本項(xiàng)目從施工成本、安全、及操作便利角度考量，利用原有屋面（女兒墻部位）梁板作為桁架滑移端部支撐，安裝滑移梁及軌道進(jìn)行滑移施工，見(jiàn)圖4。

圖4 張弦桁架（端部）滑移現(xiàn)場(chǎng)

3.3 桁架端部牛腿設(shè)計(jì)

為滿足桁架滑移需要，端部需加長(zhǎng)，增設(shè)牛腿裝置（圖5）。牛腿結(jié)構(gòu)包括滑靴、立柱牛腿、臨時(shí)撐和桁架部分自身結(jié)構(gòu)。通過(guò)SAP軟件進(jìn)行分析，各桿件的應(yīng)力比較小，采用ABAQUS軟件進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的有限元分析?；グ惭b最大支點(diǎn)反力450 kN荷載分析系數(shù)1.4，桁架上下弦桿固定。

計(jì)算結(jié)論：滑移牛腿結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力為184 MPa，滿足要求。

3.4 桁架中部滑移節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

僅靠桁架兩端作為支撐點(diǎn)無(wú)法確保桁架的穩(wěn)定性及滿足形變要求，本次施工在桁架中部（胎架頂部）設(shè)置2 個(gè)支撐點(diǎn)?；剖┕た傆?jì)設(shè)置4 個(gè)自爬式液壓千斤頂，桁架端部2 個(gè)，中部等間距布置2 個(gè)。為確保千斤頂順利頂推，同時(shí)防止桁架變形，專門設(shè)計(jì)了“抱箍”裝置及在桁架間加設(shè)連桿，以增加2 榀桁架間的整體剛度（圖6）。

圖5 桁架端部增設(shè)牛腿

圖6 張弦桁架中部滑移頂推節(jié)點(diǎn)

3.5 滑移系統(tǒng)

常規(guī)滑移牽引動(dòng)力采用卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)備，本項(xiàng)目采用同濟(jì)大學(xué)“液壓同步滑移技術(shù)”，采用液壓爬行器作為滑移驅(qū)動(dòng)設(shè)備。液壓爬行器為組合式結(jié)構(gòu)，一端以楔型夾塊與滑移軌道連接，另一端以鉸接點(diǎn)形式與滑移胎架或構(gòu)件連接，中間利用液壓油缸驅(qū)動(dòng)爬行。

液壓爬行器的楔型夾塊具有單向自鎖作用。當(dāng)油缸伸出時(shí)，夾塊工作（夾緊），自動(dòng)鎖緊滑移軌道；油缸縮回時(shí)，夾塊不工作（松開(kāi)），與油缸同方向移動(dòng)（見(jiàn)圖7）。

圖7 爬行器工作示意

本工程中共設(shè)置1套TL-CS 11.2型雙泵液壓系統(tǒng)，共需要 60 kW 功率。此泵站固定在第1、2榀立柱間，隨桁架滑移。滑移過(guò)程中需要將相應(yīng)的二級(jí)電源配電箱提供到液壓泵源系統(tǒng)附近 4～5 m范圍內(nèi)。

鋼結(jié)構(gòu)屋蓋質(zhì)量約500 t，鋼-鋼滑移面摩擦因數(shù)0.2，爬行器的頂推力大于1 000 kN，考慮到滑移結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，配置4 臺(tái)爬行器，每臺(tái)爬行器的頂推力1 000 kN，4 臺(tái)爬行器的頂推力4 000 kN，滿足滑移要求。

3.6 張拉施工

本次施工采用胎架張拉方式，當(dāng)榀桁架組拚后，在操作平臺(tái)外側(cè)（胎架牛腿底部）進(jìn)行拉桿、拉索安裝，隨后安裝張拉工裝設(shè)備，在滑移前完成張拉作業(yè)。

拉索設(shè)計(jì)：屋面魚腹式桁架部分的下弦采用光面高釩索（GALFAN拉索），拉索的鋼絲表面采用GALFAN鍍層（鋅-5％鋁-混合稀土合金），拉索索體公稱抗拉強(qiáng)度為1 670 MPa，鋼索公稱Φ90 mm。高釩索總計(jì)8 根，主體鋼結(jié)構(gòu)安裝完成后，在檁條安裝之前，索張拉后，索產(chǎn)生的拉力以抵消張弦梁及聯(lián)系梁自重變形為標(biāo)準(zhǔn)。

索的安裝、張拉的次序、分級(jí)、標(biāo)高的控制、索力的大小應(yīng)按照經(jīng)設(shè)計(jì)方確認(rèn)的預(yù)應(yīng)力施工張拉分析報(bào)告進(jìn)行。索系的張拉施工應(yīng)在混凝土埋件、鋼屋面、支座節(jié)點(diǎn)等達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行。屋面恒載、設(shè)備馬道等附加靜載須在索系施工完畢后施加。

鋼拉索中建立的預(yù)應(yīng)力值，是整個(gè)受力狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)及使用要求的關(guān)鍵所在，因此張拉時(shí)一定要認(rèn)真仔細(xì)，在張拉過(guò)程中隨時(shí)測(cè)試預(yù)應(yīng)力值及測(cè)量結(jié)構(gòu)的幾何變形，隨時(shí)對(duì)拉桿進(jìn)行調(diào)整。

3.7 整體卸載

桁架拼焊、張拉、滑移推進(jìn)到指定位置，采用桁架兩端架設(shè)千斤頂?shù)姆绞竭M(jìn)行整體卸載，千斤頂同步操作，確保卸載就位過(guò)程桁架受力均衡（圖8）。

圖8 桁架整體卸載就位

4 結(jié)語(yǔ)

胎架張拉滑移方案在我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用比較少見(jiàn)，故對(duì)所采用的滑移軌道及牽引設(shè)備均需要經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確計(jì)算。為實(shí)現(xiàn)順利滑移，本項(xiàng)目巧妙地進(jìn)行了端部牛腿設(shè)計(jì)，并采用自爬式液壓頂推和計(jì)算機(jī)同步控制實(shí)現(xiàn)了累計(jì)滑移。在施工過(guò)程中，采用了計(jì)算機(jī)模擬和現(xiàn)場(chǎng)修正的方式進(jìn)行變形監(jiān)控，解決了同步差控制問(wèn)題，桁架變形及應(yīng)力變化情況均滿足設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)和應(yīng)力分布要求，其施工技術(shù)可為類似工程提供借鑒和參考。