大型体育馆钢桁架大跨度滑移技术

刘 智，王光武，李铉诚，蔡建波，王 兵，艾 维，袁贵福，闫清越

(中建三局集团有限公司西南分公司，四川 成都 610041)

0 引言

随着我国建筑业的发展，钢结构越来越多地应用于大跨度房屋及公共建筑，特别是体育馆、火车站、机场、大型会议中心、综合公共交通枢纽等建筑。对于内部有夹层、跨度相对较大、不适合设置滑移胎架或整体提升施工的钢结构桁架，可利用原有周边混凝土结构作为滑移轨道的支撑结构，必要时增设临时滑道，采用高空累积滑移法施工。

1 工程概况

东安湖体育公园三馆项目位于成都市龙泉驿区，场地西侧为车城大道、北侧为成渝高速，包括多功能体育馆、小球馆、游泳跳水馆、体育运动公园、室外停车场及相关配套服务设施。本项目小球馆大跨度钢桁架为倒三角截面，主桁架跨度为86.8m，宽74.9m，共6榀，桁架最大高度为4.85m，截面高度逐渐向两侧变化，端部桁架高3m，如图1所示。

图1 钢结构效果

2 施工思路

小球馆钢桁架安装高度较高、平面面积较大，根据以往类似工程经验，结合本工程结构特点，经综合考虑后，采用地面分段拼装+高空累积滑移的方法施工桁架结构。配置1台180t履带式起重机、1台300t履带式起重机、1台50t汽车式起重机进行地面钢结构散件拼装、卸车、倒运及吊装。地面拼装采用履带式起重机分段吊至高空拼装平台，分段桁架组对焊接完成滑移，屋面钢桁架通过6次累积滑移至安装位置，连成整体后再卸载至结构顶部。

确定屋面钢桁架分布位置及构件分段，便于采用Tekla软件进行BIM管理和MIDAS Gen有限元软件进行数值分析模拟，选择合理的钢构件安装顺序及施工组织(见图2)。

图2 主桁架构件分段

屋面钢桁架施工顺序如下：钢桁架地面拼装→高空对接平台支撑布置(见图3)→安装滑移钢梁及滑移轨道(见图4)→安装变轨式滑靴(见图5)→变轨累积滑移→倒三角桁架抗倾覆支撑(见图6)→卸载轨道及滑靴(见图7)→安装滑动支座(见图8)。

图3 高空对接平台支撑布置

图4 滑移钢梁及滑移轨道安装

图5 滑靴安装

图6 倒三角桁架抗倾覆支撑

图7 轨道及滑靴卸载

图8 滑动支座安装

上述安装方法无须耗费大量材料制作临时支撑，同时可保证作业人员施工安全，加快整体施工进度，保证施工质量。

3 施工难点及解决措施

3.1 倒三角钢桁架抗倾覆设计

由于小球馆屋面钢桁架为倒三角截面，因此首榀钢桁架吊装至胎架顶部进行焊接时存在较大不稳定性，鉴于此，在钢桁架分片吊装就位后，中间段两端胎架上设置防倾覆支撑；两端分段桁架分别在靠近中间段、支座、悬挑端部设置防倾覆支撑，以确保滑移单元高空组拼。防倾覆措施构造如图9所示。

图9 防倾覆措施构造

第1榀桁架滑移时为保障滑移稳定性，在滑靴两侧设置抗倾覆支撑，采用φ180mm(12mm厚)圆管，底部设置滑靴，为第1榀桁架滑移提供侧向支撑。抗倾覆支撑下方设置滑靴板，前端设置圆弧倒角。抗倾覆滑移支撑如图10所示。

图10 抗倾覆滑移支撑

3.2 桁架分级卸载控制

桁架由中间向外侧依次进行分级卸载，卸载分3级，单次卸载高度为5mm，第3次卸载至脱离胎架。按照1→2的顺序两侧同步进行，如图11所示。

图11 桁架卸载顺序

使用割枪分层月牙形切割主弦杆下部支撑刀板，缓慢依次卸载。卸载前在对应切割位置画切割线，同时在切割线位置设置限位挡板，保障卸载精度，如图12所示。

图12 分级卸载切割

3.3 滑移轨道布置及爬行器设置

轨道下部混凝土梁顶标高与柱头标高差值为800mm，故需在混凝土梁上方铺设一定高度的马凳，马凳截面为HW400×400×25×30，马凳与地面每个立柱处使用4φ14膨胀螺栓固定。为防止马凳在侧推力作用下发生偏移，在马凳内侧间隔2m设置H100×100×6×8型钢侧向支撑，侧向支撑与楼板使用φ14膨胀螺栓固定，每个柱脚安装数量≥6个。43号钢轨(43kg/m)与钢梁间使用压块进行压紧连接。轨道内侧拉设双道生命线用作安全防护。

钢桁架共设置2条轨道，每条轨道上设3台TJG-1000型液压爬行器，每台爬行器额定顶推力为1 000kN；支座与轨道摩擦系数取值0.2，共分6次累积滑移。

3.4 大跨度钢桁架结构变轨累积滑移

滑移前检查临时支撑是否拆除完毕，滑移结构是否与胎架完全脱离，滑移系统工作是否正常，各岗位人员及监测仪器是否到位等。

当结构滑移1个滑移单元后，继续在腾空的拼装胎架上拼装下一单元，前后2个单元通过焊接连接后，继续向前滑移，采用相同的方法直至全部结束。由于跨度较大，每个滑移单元拆除支撑及滑移完毕后，均有一定下挠，拼装过程中需对结构进行起拱，起拱值取80mm，结构内收值取10mm(结构计算下挠25mm，结合同类型大跨度管桁架施工经验，放大结构起拱值至80mm)，保证后续滑移单元相邻杆件的拼装精度。

3.5 滑移装置卸载及滑动支座安装

卸载前拆除顶推器，使用千斤顶(100t)顶起支座，使滑靴脱离轨道5～10mm，切割轨道并拆除下部轨道，为支座安装提供空间。轨道切除后，水平安装铰支座，千斤顶卸载，荷载转移至铰支座，完成卸载。千斤顶支撑位置设置替换腹杆，支撑弦杆处设置加劲环板，避免圆管局部变形。

高空滑移平台胎架按照先搭设后拆、后搭设先拆的原则进行，采用履带式起重机进行吊装。轨道拆除后，使用塔式起重机吊运至地面；拆除地面胎架后，采用汽车式起重机集中外运。

4 结语

通过对已有施工方法进行研究，提出地面分段拼装、高空对接拼装施工方法，克服施工难点，成功完成大跨度倒三角钢桁架结构变轨累积滑移施工，并得出如下结论。

1)通过设计临时措施结构，利用混凝土结构柱或结构梁作为滑移轨道支撑体系，通过受力计算，分析结构承载要求，优化滑移轨道数量、轨道梁设置。

2)当场地屋盖下方存在地下室结构、夹层结构，大型起重机械吊装受限时，采取在结构一侧设置滑移平台，向另一侧同步滑移的方法，可解决此问题。

3)运用MIDAS软件模拟分析地面散拼胎架、高空滑移平台、平台独立胎架等临时措施结构的应力、变形、稳定性，模拟分析混凝土结构承载力，进行单榀桁架各节段吊装工况、脱胎翻身工况，整体滑移、不同步滑移、抗倾覆支撑验算。通过全方位、全工况模拟分析屋盖钢结构、临时措施结构、混凝土结构三者的力学特性、变形情况，确保施工安全。

4)采用计算机自动控制系统实现各轨道同步滑移，减少高空散拼等施工方法带来的高空焊接、吊装作业安全风险。地面焊接质量高，且易于检查验收。

5)采用高空累积滑移法施工，钢屋盖下部其他各专业可提前穿插，进行同步施工，减少场地占用周期，缩短工期。