大跨度钢结构高空滑移施工技术总结-易纺专利技术学习网

大跨度钢结构高空滑移施工技术总结

摘要：本文针对大跨度钢结构在复杂工况下的安装方案进行科学比选，明采用高空滑移-高空吊机退步吊装施工方案，进一步对高空滑移施工的流程、施工方法及一些问题的解决方案进行说明和论述，此外简要说明了高空吊机退步吊装的施工方法。
关键词：大跨度；钢结构；滑移；方法；高空
1、工程概况
凯达尔枢纽国际广场项目总建筑面积约39万m2，包含两座塔楼，东塔36层，西塔46层，地下4层，两座塔楼之间在5-9层对应位置设有钢结构裙楼连廊，即为大跨度钢结构，其下方贯穿城际轨道。

图1 大跨度钢结构南侧视图
该大跨度钢结构主要由箱型主桁架、H型钢梁、箱型柱等构件组成，在两座塔楼之间整体呈非对称的八字形结构。5-7层为箱型桁架结构，主要由七榀巨型主桁架和H型钢梁组成，主桁架的一端与东塔混凝土结构内部劲性钢柱连接，另一端与西塔混凝土劲性柱顶部通过成品球铰支座连接。8-9层为钢框架结构，主要构件为

箱型柱和H型钢梁。

表1 大跨度钢结构工程概况
该大跨度钢结构安装时，东、西塔楼的主体结构已基本完成，下方城际轨道正在施工中，可提供的施工作业面有限（图2）。

图2 大跨度钢结构安装工况图
2、方案比选
根据大跨度钢结构自身及周边环境的特点，制定了大型履带吊直接分区分块吊装、整体吊装-提升、高空滑移和高空吊机退步吊装相结合三套施工方案，经过科学分析及专家论证，最终确定采用高空滑移和高空吊机退步吊装相结合施工方案进行施工。
表2 方案比选

1、高空滑移施工的重点、难点
1）大跨度钢结构下方为城际轨道施工区域，大型施工机械无法进入，且无法在下方

新型玉米播种机地面上进行钢结构拼装。
2）5-6层桁架单榀重量大，无法采用整体吊运方式，需进行分单元吊运、高空拼装，其拼装的精度不易控制。
3）滑移轨道及顶推设备安装质量和精度是保证滑移施工的关键。
4）首榀桁架重量达427T且为片状结构，顶推滑移过程中存在较大的倾覆风险。
5）桁架滑移过程中重点控制桁架两端滑动的同步性。
6）5-6层桁架整体累积滑移就位后要保证弦杆端部与钢骨柱牛腿的组对精度。
2、施工流程
滑移、拼装措施结构安装→桁架地面拼装→桁架分单元吊装及高空拼装→顶推系统安装→桁架高空滑移施工→高空吊机退步吊装
智能一体机 3、施工方法及相关问题的解决方案
3.1滑移、拼装措施结构安装
措施结构主要包括东塔滑移桁架、西塔滑移桁架及高空拼装平台三大部分（图3）。

图3 措施结构布置图

3.1.1 滑移桁架设计及验算
滑移桁架为鱼腹式桁架（图4），桁架高度3.3m，最长一段为29.3m，上弦为双拼H900×300×20×30，且两侧边封20厚钢板；下弦为双拼H700×300×14×25，腹杆为H400×400×25×25，材质均为Q345B。

图4 滑移桁架设计图
滑移桁架东西塔两侧均分为四段进行安装，每一段的两端放置在与劲性钢骨柱焊接的支撑牛腿上（图5）。

图5 支撑牛腿设计图
采用midas进行结构验算：由于滑移为缓慢移动过程，在分析时，桁架滑移单元产生的支点反力视为静力荷载，选取施工中的典型工况进行分析：滑移单元分析、滑移单元产生的支点反力作用于滑移桁架钢梁上时，钢梁应力、应变分析及钢梁作用于牛腿上，牛腿应力、应变的分析。
3.1.2 高空拼装平台的设计及验算

拼装平台由平台桁架梁与东塔支撑桁架组成（图6）。平台桁架梁长47.7m，宽3m，高4m，桁架梁顶面满铺4mm花纹钢板，水平桁架弦杆规格为箱型400×400×16×16，腹杆为H300×300×10×16，另在桁架平台两侧设置悬挑平台，悬挑梁间隔3m设置一道，规格为H250×250×9×14，悬挑梁腹杆规格为H250×250×9×14，悬挑平台上方满铺4mm花纹钢板；支撑桁架采用和拼装平台相同构造和杆件截面，以上材料材质均为Q345B。
桁架梁为贝雷结构与东西塔连接，东塔在原劲性钢骨柱上伸出牛腿，加设支撑桁架（在室内预先安装完成）支撑拼装平台，西塔平台支撑于原劲性钢骨柱伸出的牛腿上。

图6 高空拼装平台三维设计图
采用midas进行结构验算：选取典型工况下对拼装平台进行应力、应变分析，分析荷载考虑自重D及桁架拼装重量和施工荷载L，应力组合为1.2D+1.4L，变形组合为1.0D+1.0L。此外根据受力分析确定拼装平台的预拱度，以确保后续桁架拼装的精度控制。
3.1.3 存在问题及解决方案
1）存在问题：5层结构为非对称“八”字形，滑移桁架布置后滑轨非平行状态，无法进

行滑移
2）解决方案：东塔滑移桁架进行分段错位布置（图7），保证滑轨平行，同时将桁架支撑牛腿进行加宽处理，保证两条滑移桁架梁放置空间，通过轨道变换，确保滑移施工。

图7 东塔滑移桁架错位布置
3.1.4 滑移、拼装措施结构安装
4 滑移桁架及支撑牛腿安装
——西塔侧利用汽车吊、运料小车、提升支架（配合倒链）将滑移桁架柱间分段安装及牛腿安装就位。

图8分段吊运

图9桥梁上运料设置运料小车

图10提升支架

——东塔侧采用同样的施工方法，但提升支架的形式不同，如图11。

图11 提升支架对比图hdpe线性排水沟
5 拼装平台安装
——拼装平台主框架采用1600T履带吊整体吊装（图13）就位后，安装其附属结构。
——支撑桁架采用1600T履带吊配合倒链，分片散件进行安装。

图12 1600T站位点图

图13 拼装平台

图14 措施结构安装完成
5.1桁架地面拼装
——5-6层的前五榀桁架（图15）采用高空累积滑移施工。

图15 采用滑移施工的五榀桁架三维图
5.1.1 存在问题及解决方案
1）存在问题：单榀桁架整体重量大，1600T履带吊无法采用整体吊装的方式吊运至高空拼装平台上。
2）解决方案：
——根据1600T履带吊的作业半径、吊运高度、额定起重量将每榀桁架划分成若干吊装单元，同时将弦杆加长端及临时腹杆的重量加入桁架的吊运单元中。
——在地面拼装胎架上进行吊装单元的组对焊接。
——将拼装完成的吊装单位在地面进行预拼装（图16），确保高空组对精度。
——全站仪进行实时测量保证拼装精度及预拱度，提高预拼装质量。

表3 桁架分单元吊装清单

图16 采用260T履带吊配合进行地面拼装
5.2桁架分单元吊装及高空拼装

5.2.1 胎架的设置
——在桁架分单元吊装前，在高空拼装平台上设置组合胎架（图17），每个胎架的高度根据桁架的组对标高及预拱度进行计算确定。

图17 高空拼装平台等距分布组合胎架
——组合胎架（图18）分为固定部分（H700×300）与可调部分（H300×300），可调部分根据桁架标高及预拱度要求现场进行切割下料。

图18 组合胎架详图
5.2.2 桁架分单元吊装及高空拼装
——由于桁架1重量达427T，直接将进场构件吊运至高空拼装平台上进行组装焊接，不进行吊装单元的划分（图19）。

图19 桁架1高空拼装完成
——其余桁架根据吊装单元进行桁架的部分结构的整体吊装（图20、21），减少高空

拼装的组对控制点。

图20桁架下弦杆吊装单元就位

图21桁架上弦杆吊装单元就位
5.2.3 存在问题及解决方案
1）存在问题：高空拼装精度不易控制
2）解决方案：
——采用全站仪实时测量高空拼装组对控制点。
——合理布置辅助拉环，连接倒链，保证高空构件初步组对就位。
——组对位置设置“L”、“U”型铁配合千斤顶进行二次精确调整。
5.3顶推系统安装
5.3.1 顶推系统的组成及安装
——顶推系统包括滑轨结构和顶推设备，其中前者包括滑道、滑块、滑轨；后者包括顶推器、泵源系统、传感监测及计算机控制系统。

——滑道、挡块：在滑移桁架上部焊接[16a槽钢作为滑道，两侧面定距（净距300mm）焊150mm×40mm×20mm扁钢作为挡块（图22）。

图22滑道和挡块现场安装图

图22滑动面打磨光滑
——根据桁架下弦箱型梁的截面不同，滑块长度不同，为截面宽度加上200mm（图23）。
——顶推器：在桁架侧壁顶推位置焊接耳板，顶推器（额定顶推驱动力为50t）前端与耳板通过销轴连接，顶紧块置于两个挡块之间（图23）。

图23顶推器现场安装图
——泵源系统（图24）通过高压油泵连接顶推器，同时顶推器及泵源系统通过传导线与传感监测及计算机同步控制系统（图25）。

图24泵源系统

图25计算机同步控制系统界面
5.3.2 顶推系统安装重点
顶推系统安装需要重点控制其安装精度及质量，否者会引起摩擦力的增加、滑轨损坏及顶紧块脱轨等不利状况。
耳板中心与滑块下表面定位高度为350mm。滑轨组对焊接位置需要打磨光滑无棱角。同一滑道两侧的挡块安装误差应小于1mm，相邻滑道挡块的间距误差应小于3mm。
滑道中心线与滑移中心线偏移应控制在±10mm以内。滑块的棱角部位需要打磨成圆角过渡。钢滑块及滑道上表面应在滑移之前应清理干净及涂抹黄油润滑。
5.3.3 顶推器数量的确定
1）原则：顶推器所施加的推力与滑块和滑轨间的摩擦力F达到平衡。
2）计算：公式：F=桁架结构自重作用下竖向反力×1.2×0.15（0.15为摩擦系数，1.2为摩擦力的不均匀系数）。第一榀桁架重量最大为427T，其摩擦力F=76.9T，在其轨道位置的两端各设置一台顶推器，共100T推力，满足滑移要求。后续每一榀桁架均设置两台顶

推器。5榀桁架整体重量2050T，其摩擦力为369T，每榀桁架两端均设置一台顶推器，共500T推力，满足滑移要求。最终确定使用顶推器的数量为10个。
5.4滑移施工
5.4.1滑移施工要求
1）本次滑移施工采用等标高滑移，通过调整滑块、胎架高度，确保每榀桁架的弦杆与东西塔楼的组对精度（图26）。

图26桁架与东西塔连接方式

图27东塔与牛腿组对连接

图28西塔与埋件焊接连接
2）滑移施工
每次滑移距离=相应联系梁安装长度；桁架东侧的轨道变换及滑块、抗倾覆支撑结构的变位（图29）。

图29轨道变换

图30加长端切割
桁架东侧加长段的切割（图30）。首榀桁架滑移出拼装平台后（图31）进行第二榀桁架的拼装。

图31首榀桁架滑移出拼装平台
——第二榀桁架的拼装就位后进行两榀桁架间的连系梁安装，形成稳固框架后，开始第二榀桁架顶推设备安装及第二次滑移（图32），以此类推逐步完成桁架的滑移施工（图33）。

图32 1-2榀桁架连接完成

图33 5榀桁架滑移连接完成

5.4.2存在问题及解决方案
1）存在问题一：桁架1~桁架5的跨度均小于起始滑移位置的跨度。
2）解决方案：车间预制时每榀桁架东端下弦杆的箱型梁做加长处理；加长段之间加设竖向支撑腹杆（图34）；每次变轨作业前，将桁架加长段进行定尺切割（表4）。
表4 加长段定尺切割长度（mm）

3）图34 加长段现场照片（其余桁架形式相同）
4）存在问题二：首榀桁架重量达427T且成片状结构，高度为8.1m，滑移过程中存在倾覆风险。
5）解决方案：
6）在桁架1的两端的两侧设置抗倾覆支撑结构，下方设置滑块与桁架同步滑移（图34、35）。稳定杆为H900×300的型钢，中间设20mm厚的加劲板。短柱由20mm厚的钢板拼接组成，斜撑角钢为HW200×200。

图35 抗倾覆支撑结构设计图

图36 抗倾覆支撑结现场照片
5.4.3同步性控制及安全监控
1 同步性控制
由于桁架的跨度大，保证桁架两端顶推滑移的同步性，是保证滑移顺利施工的关键。
——本次滑移同步性的控制，通过计算机同步控制系统（图37）对整个滑移过程进行控制，主要包括：实时监控、自动控制、手动控制、顺序控制、单台顶推器点动操作、单点毫米级微调。

图37 专业人员操作顶推控制系统
——每个顶推点设置一名监护人员，实时观察滑移状态，发现异常立即反馈。
2 安全监控
为保证滑移施工过程的安全可控需进行安全监控。
安全监控包括：桁架应力监测、承重柱沉降观测；根据模拟计算明确5-6层桁架应力

较大位置布置应力监控点（图38），其报警值：88.2N/mm2；控制值：126N/mm2。

图38 5层桁架应力监测点布置图
——由于滑移施工的逐步进行，桁架的重量逐步由承重柱来承担，所以在滑移施工过程中对承重柱进行沉降观测（表5）。
表5 承重柱沉降观测项目包装箱制作

5.5高空吊机退步吊装施工
www.55sq 1）桁架1~5榀桁架滑移就位后，桁架6~7采用1600T履带吊分单元吊装就位。
2）7-9层结构采用高空吊机退步吊装的施工方法进行施工，主要施工流程如下：

图39 路基板制作

图40 路基板吊运至6层结构面

图41 两台履带吊就位

图42 1600T转运材料，双台吊机退步吊装
6 总结
本次高空滑移施工从第一榀桁架高空拼装开始至第五榀桁架滑移就位，共计40天，高空拼装及滑移过程安全可控，但也存在一些问题：
1）首榀桁架重量达427吨，在滑移一段距离后，由于滑轨的滑槽防护不到位，焊渣等杂物溅入滑槽内部，滑块与滑轨间摩擦力大幅度增加，导致两台顶推器满负荷的情况下仍然无法滑移，后续在两侧抗倾覆支撑结构短柱侧壁上分别增加一台顶推器，才保证了桁架的继续向前滑移，桁架滑过摩擦力增大段后，摩擦力恢复至初始滑移状态，此时部分滑槽底部已经损坏，出现明显的滑痕凹槽，针对损坏滑轨及时进行替换。
2）在安装顶推器的过程中，由于其中一台顶推器的耳板定位偏差过大，在顶推器施加推力后，顶紧块从两个侧挡块间脱出，导致滑移暂停，重新定位焊接耳板后，滑移施工继续进行。
3）由于东、西塔的部分位置的滑轨与滑块的间的摩擦力存在差值，导致桁架两端在

滑移施工时滑移距离不一致，需要在一侧的滑块碰到滑轨的侧壁前，进行单台顶推器点动的操作，确保桁架两端滑动的同步性。
针对于上述问题，现场施工时制定了可行的处理方案，但工期受到了一定的影响，在类似滑移施工工程中，可预先进行管控，避免出现类似问题，确保滑移施工的顺利进行。此外本文描述的大跨度钢结构高空滑移施工方法及制定方案时存在问题的处理方法，均可为类似的钢结构滑移施工提供有力的借鉴和参考。
参考文献：
[1]JGJ99-2015，高层民用建筑钢结构技术规程（S）.北京：中国建筑工业出版社，2015.
[2]第五版，建筑施工手册（S）.北京：中国建筑工业出版社，2012.