黃 強(qiáng)，馮啟冰，余金兵，常武光

(中冶(上海)鋼結(jié)構(gòu)科技有限公司，上海 200941)

1 工程概述

濟(jì)南融創(chuàng)茂有4個(gè)單體，如圖1所示。其中，水樂(lè)園、海洋樂(lè)園、體育樂(lè)園3個(gè)單體屋蓋為鋼結(jié)構(gòu)。海洋樂(lè)園長(zhǎng)151.7m、寬170.56m，鋼屋蓋設(shè)計(jì)為東西兩側(cè)低、中間高的雙坡形式，屋蓋下方設(shè)計(jì)有3根鋼管混凝土柱支撐鋼屋蓋，根據(jù)其平面布置分為北側(cè)三角形吊裝區(qū)和南側(cè)矩形滑移區(qū)2個(gè)施工段，其中滑移區(qū)為由10榀倒三角圓管桁架+2榀單片圓管桁架組成。管桁架下弦桿水平，中心線標(biāo)高均為17.050m，端部與外框架混凝土柱相連；上弦桿傾斜呈線性變化，桁架高度為3.7～7.2m。最大跨度80m，最重1榀桁架約300t。

圖1 整體建筑效果

2 滑移施工技術(shù)

2.1 施工方案選擇

海洋樂(lè)園屋蓋管桁架結(jié)構(gòu)形式相似、跨度大、分布廣，內(nèi)部土建結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主體結(jié)構(gòu)工期緊張，無(wú)法采用大型起重機(jī)械進(jìn)入內(nèi)部施工的方案。而在外圍選擇大型起重機(jī)械進(jìn)行吊裝存在以下問(wèn)題：機(jī)械選型大，施工成本高，不經(jīng)濟(jì)；海洋樂(lè)園東、西、北方向均有其他單體進(jìn)行施工作業(yè)，起重機(jī)械無(wú)站位區(qū)域，方案不可行。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)整體場(chǎng)地條件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，綜合考慮，采用先將管桁架在海洋樂(lè)園南側(cè)分段組拼成滑移單元，再通過(guò)液壓同步滑移技術(shù)，將滑移區(qū)管桁架12榀管桁架累積滑移到位的施工方案。

2.2 滑移施工

海洋樂(lè)園滑移區(qū)劃分為12個(gè)施工單元，如圖2所示。每個(gè)施工單元包含東西向管桁架與前一單元連接的連系構(gòu)件。在滑移區(qū)共設(shè)置3條滑移線，分別位于西側(cè)①軸、東側(cè)⑩軸和中間⑥軸；其中①，⑩軸滑移軌道設(shè)置在海洋樂(lè)園外排混凝土框架結(jié)構(gòu)上，⑥軸滑移線下方為混凝土框架結(jié)構(gòu)或回填土層，為確?；栖壍浪戒佋O(shè)，需沿⑥軸設(shè)置1排共10個(gè)高度不同的支撐胎架來(lái)支承軌道鋼梁及滑移軌道。

圖2 施工單元?jiǎng)澐?/p>

因榮創(chuàng)茂整個(gè)地塊面積不大，海洋樂(lè)園南側(cè)場(chǎng)地范圍較小，3條滑移線無(wú)法再向南延伸1個(gè)施工單元距離，而海洋樂(lè)園內(nèi)部土建正在施工，更無(wú)多余位置搭設(shè)額外支撐架。因此，海洋樂(lè)園滑移施工只能為單榀累積滑移，每個(gè)滑移單元在軸外排混凝土框架結(jié)構(gòu)頂部進(jìn)行安裝，12個(gè)施工單元共需滑移11次，最后1個(gè)施工單元僅需吊裝。

2.3 滑移線設(shè)置

1)①軸滑移線軌道鋼梁依附于鋼筋混凝土外排框架結(jié)構(gòu)，布置在柱頂和梁頂，鋼梁下設(shè)置八字撐，鋼梁上安裝通長(zhǎng)鋼軌。

2)⑥軸滑移線軌道梁下方為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)或回填土層，為保證滑移軌道水平鋪設(shè)，需設(shè)置10個(gè)高度不同的支撐胎架來(lái)支承軌道鋼梁及滑移軌道。

3)⑩軸鋼梁依附于鋼筋混凝土外排框架結(jié)構(gòu)，布置在其柱頂和柱側(cè)，因～軸柱頂連系梁存在折線偏移，因此，須在柱側(cè)設(shè)置型鋼牛腿托住軌道鋼梁，鋼梁下設(shè)置八字撐，鋼梁上安裝通長(zhǎng)鋼軌。

3條滑移線立面布置如圖3所示。

圖3 滑移線立面

為保證滑移軌道及滑移梁頂面水平度，降低滑動(dòng)摩擦系數(shù)，滑移梁及滑移軌道在制作安裝時(shí)，應(yīng)滿足：①單根軌道上表面水平度

2.4 施工單元吊裝

管桁架最長(zhǎng)為160m，最重的1榀達(dá)200t，需提前進(jìn)行合理分段再起吊安裝。大跨度管桁架分段是本工程重點(diǎn)，包括管桁架分段位置及質(zhì)量，起重機(jī)械選擇、行走路線及站位區(qū)域。為順利實(shí)施分段吊裝，實(shí)施前應(yīng)進(jìn)行以下策劃。

1)施工前對(duì)鋼結(jié)構(gòu)滑移單元進(jìn)行合理分段，各分段桁架質(zhì)量差距不應(yīng)太大，且分段桁架質(zhì)量均在起重機(jī)吊裝能力范圍內(nèi)。同時(shí)考慮到工期緊張，分段也不宜過(guò)多，過(guò)多不僅增加吊裝時(shí)間，高空焊接工作量也大量增加; 分段太少則需選擇更大的起重機(jī)械，增加施工成本。經(jīng)綜合分析考慮，選擇1臺(tái)400t履帶式起重機(jī)作為主吊機(jī)進(jìn)行管桁架分段吊裝、1臺(tái)100t履帶式起重機(jī)作為輔助吊機(jī)進(jìn)行其他連系構(gòu)件吊裝；每個(gè)東西向桁架分成4段，分段點(diǎn)位于③，⑥，⑧軸，最重分段質(zhì)量約53t。桁架分段如圖4所示。

圖4 管桁架分段劃分

2)東西向管桁架分為4段，起吊至待滑位置組成一整榀，需5個(gè)支撐點(diǎn)，其中①，⑥，⑩軸3條滑移線可作為3個(gè)支撐點(diǎn)，另需在/③，/⑧再增加2個(gè)支撐胎架作為臨時(shí)支撐點(diǎn)。

3)無(wú)論是倒三角管桁架還是單片管桁架，在分段吊裝時(shí)，均需加強(qiáng)管桁架側(cè)向穩(wěn)定性。通過(guò)在軸外排混凝土柱頂上設(shè)置支撐架(見(jiàn)圖5)，拉結(jié)東西向管桁架上弦桿，以確保管桁架在高空不會(huì)發(fā)生傾翻事故。

圖5 管桁架側(cè)向穩(wěn)定支撐架

2.5 累積滑移

由于管桁架鋼屋蓋為中間高、東西兩端低的帶坡形式，因此，中間⑥軸滑移線集中了屋蓋全部質(zhì)量的70%。經(jīng)計(jì)算，須在⑥軸布置4臺(tái)液壓爬行器作為滑移驅(qū)動(dòng)設(shè)備，①，⑩軸各布置2臺(tái)。液壓爬行器頂推點(diǎn)位置如圖6所示。

圖6 頂推點(diǎn)布置

液壓頂推器為組合式結(jié)構(gòu)，一端以楔形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。液壓爬行器楔形夾塊具有單向自鎖作用。當(dāng)油缸伸出時(shí)，楔形夾塊夾緊，自動(dòng)鎖緊滑移軌道；油缸縮回時(shí)，夾塊松開(kāi)，與油缸同方向移動(dòng)。

液壓同步滑移施工技術(shù)采用計(jì)算機(jī)控制，通過(guò)數(shù)據(jù)反饋和控制指令傳遞，可全自動(dòng)實(shí)現(xiàn)一定的同步動(dòng)作、負(fù)載均衡、姿態(tài)矯正、應(yīng)力控制、操作閉鎖、過(guò)程顯示和故障報(bào)警等多種功能。

由于采用單榀滑移，首榀管桁架滑移的側(cè)向穩(wěn)定性極為重要。因此，在首榀管桁架前后利用剛性支撐支承在主桁架上、下弦處，形成空間三角穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，如圖7所示。

圖7 首榀管桁架側(cè)向穩(wěn)定示意

通過(guò)2臺(tái)履帶式起重機(jī)進(jìn)行鋼構(gòu)件安裝，然后通過(guò)液壓爬行器頂推向北滑移。

2.6 整體卸載

滑移區(qū)桁架全部到位后，滑移區(qū)與吊裝區(qū)連接；鋼結(jié)構(gòu)安裝完成及焊接完成確認(rèn)后，卸載支撐結(jié)構(gòu)。

支撐結(jié)構(gòu)卸載即對(duì)屋面管桁架支撐力釋放的過(guò)程。卸載時(shí)，屋面管桁架結(jié)構(gòu)體系逐漸開(kāi)始承受自重，即主桁架自重由次桁架承擔(dān)轉(zhuǎn)變?yōu)橛赏饪蚣茕摻罨炷林颁摴芑炷林袚?dān)，次桁架自重由滑移線承擔(dān)轉(zhuǎn)變?yōu)橛赏饪蚣茕摻罨炷林爸麒旒艹袚?dān)。

累積滑移區(qū)中，先卸載①，⑩軸滑移線上支撐點(diǎn)，通過(guò)設(shè)置千斤頂進(jìn)行滑移線支撐點(diǎn)設(shè)置、卸載及成品支座安裝。再卸載⑥軸滑移線上的支撐點(diǎn)，卸載方式為所有支撐點(diǎn)分級(jí)同步卸載，通過(guò)在軌道鋼梁側(cè)面設(shè)置牛腿及千斤頂進(jìn)行支撐力卸載，如圖8所示。

圖8 ⑥軸支撐點(diǎn)卸載示意

2.7 其他注意事項(xiàng)

1)海洋樂(lè)園鋼結(jié)構(gòu)屋蓋原設(shè)計(jì)支撐為外排混凝土框架柱及內(nèi)部3根鋼柱支撐管桁架的方式。如采用滑移施工，則變?yōu)?條滑移線支撐管桁架，結(jié)構(gòu)跨度及受力形式發(fā)生根本變化，變形量會(huì)有大幅增加，不能滿足設(shè)計(jì)功能要求。

通過(guò)有限元分析軟件SAP2000對(duì)滑移施工過(guò)程中管桁架屋蓋自身安全穩(wěn)定性進(jìn)行分析可知，約100根桿件存在應(yīng)力比>0.9，主要為桁架間連系桿及⑥軸滑移線管桁架腹桿；滑移階段存在桿件應(yīng)力比過(guò)大，需進(jìn)行桿件替換或加固。經(jīng)與設(shè)計(jì)及業(yè)主溝通，最終以更大截面鋼管替換了應(yīng)力比計(jì)算過(guò)大的100根桿件，提高了管桁架本身剛度及應(yīng)力情況，降低了鋼結(jié)構(gòu)屋蓋受支撐形式改變所帶來(lái)的影響。

2)由于鋼屋蓋為中間屋脊高、東西兩端低的帶坡結(jié)構(gòu)形式，中間⑥軸滑移線集中了全部工程量的70%，因此，中間⑥軸滑移線的液壓爬行器數(shù)量較①，⑩軸滑移線多。由于頂推點(diǎn)分布不均，滑移過(guò)程中3條滑移線上液壓爬行器的頂推不完全同步。因此，要對(duì)不同步工況進(jìn)行驗(yàn)算，通過(guò)有限元分析軟件MIDAS，主動(dòng)施加不同步位移來(lái)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)變形及安全穩(wěn)定性。經(jīng)計(jì)算，管桁架主桿件應(yīng)力比均<0.8，變形可控，在安全范圍以內(nèi)，因此，即使出現(xiàn)小的不同步值，滑移施工仍安全可行。

3)支撐結(jié)構(gòu)卸載施工以理論計(jì)算為依據(jù)、以變形控制為核心、以測(cè)量監(jiān)測(cè)為手段、以安全平穩(wěn)為目標(biāo)。卸載順序要協(xié)調(diào)統(tǒng)一，防止構(gòu)件不均勻受力，產(chǎn)生較大的卸載過(guò)程應(yīng)力。卸載步級(jí)要平穩(wěn)，防止卸載過(guò)程產(chǎn)生較大的沖擊力。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)海洋樂(lè)園土建結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、滑移措施結(jié)構(gòu)的研究，進(jìn)一步深入分析了適用該工程的施工工藝方法。其中，使用滑移施工技術(shù)解決了該項(xiàng)目場(chǎng)地條件緊張、大型機(jī)械無(wú)法進(jìn)場(chǎng)施工的困難；而滑移線等措施結(jié)構(gòu)依附于土建結(jié)構(gòu)，解決了土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜、滑移線布置困難的問(wèn)題；各類計(jì)算分析則驗(yàn)算了滑移施工對(duì)鋼屋蓋本身及其他結(jié)構(gòu)的安全影響，進(jìn)一步完善了施工分析的技術(shù)模擬應(yīng)用。通過(guò)策劃及實(shí)施，該工藝關(guān)鍵技術(shù)在實(shí)施過(guò)程中獲得了成功應(yīng)用，鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量、安全、進(jìn)度均得到了保證。