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武汉新芯FAB12B钢结构工程高空滑移施工技术

作者：戴 阳 等    
时间：2009-12-22 20:26:03 [收藏]
武汉新芯集成电路制造有限公司FAB12B钢结构工程为钢桁架结构，其钢桁架位于15.5m砼结构楼层上，桁架下弦为设备技术层、上弦做为屋盖。施工场地狭小,施工采用同步滑移技术，科学的划分了滑移单元，并采取有效的同步控制措施，实现了多条轨道的同步滑移，取得了良好的效果。
    关键词：钢桁架 砼结构楼层 同步滑移 同步控制

    1、工程概况：
    武汉新芯集成电路制造有限公司FAB12B钢结构工程为钢桁架结构，其钢桁架位于15.5m标高砼结构楼层上，桁架下弦做为设备技术层、上弦做为屋盖。工程建筑总长126米，跨度94米，柱距8.4米，钢桁架高度8-9米，建筑面积约12000平方米，屋面坡比1：30。主体结构采用焊接H型钢组合式桁架,所有坡口及节点区焊缝均为熔透焊缝,焊缝等级为一级，焊接要求较高。钢桁架材质均采用Q345B，结构总用钢量为3200吨，安装使用10.9S级扭剪型高强螺栓连接。 楼面、屋面均采用钢承板现浇混凝土组合楼板,单脊双坡。该工程施工场地狭小，导致安装施工难度大，施工采用同步滑移技术，科学的划分了滑移单元，并采取有效的同步控制措施，实现了多条轨道的同步滑移，取得了良好的效果.

    2、工程特点及重点分析
    2.1工程特点
    (1)结构跨度大、现场施工场地小
    本工程中桁架的跨度为94m,结构跨度大。同时钢桁架由H型钢组成空间桁架体系。施工时要尽量保证空间的整体性，因此桁架在制作运输时，将主桁架分为20m左右的制作单元。另因本工程可供结构吊装的场地较小，该工程下部为砼二层结构，结构上方不能受力，因此仅能利用本工程一端的场地施工。
    (2)单件体型大,构件重
    本工程桁架单件体型大,桁架两端高度均达7.7m,构件长度达到94m，构件的单重较大,最重单榀桁架的重量达到120T。
    (3)钢结构加工,安装焊缝技术难度较大
    由于本工程屋面钢桁架上下弦杆均采用焊接H型钢,且对接焊缝均为一级焊缝,构件加工制作及现场安装焊接要求较高。同时,由于构件截面存在部分厚板与薄板焊接,焊接时需考虑厚板焊接工艺。所有坡口焊均为全熔透等强焊缝，坡口焊缝为一级。
    (4)滑移胎架设计难度较大、桁架滑移同步控制难
    由于桁架总重量较大,支撑胎架单点最大荷载较高且滑移施工荷载为非固定荷载,滑移施工胎架设计分析难度较大,且滑移措施结构多与混凝土结构存在关系,相关措施设计较为复杂.
    由于桁架总长约94m,滑移次数较多,滑移同步控制难度较大.因此,桁架整体尺寸累积误差控制难.
    2.2施工总体思路
    (1)构件加工制作精度控制
    桁架弦杆在工厂分段制作,制作长度不大于18m,腹杆散件加工,每榀桁架在生产车间均实行整体预拼装,且桁架起拱及标识均在车间制作完成。
    (2)现场地面拼装
    桁架弦杆分段运至施工现场,腹杆散件运至现场,在地面二次拼装台上拼装成单榀桁架（分段吊至高空拼装台上，实施高空拼装）。
    (3)高空拼装
    在楼面平台上搭设高空散装胎架,将单榀桁架吊装至指定位置组装,其它构件均以散件形式在高空进行拼装。
    (4)由北向南滑移,组成两榀桁架并将桁架与桁架之间次梁及支撑连成整体后,采用三滑道三条轨道同步液压推进滑移法向前滑移至指定位置,依次将其余桁架分别高空组装完成并累积滑移到位.
    (5)卸载
    分步骤同步卸载,先中间桁架部分卸载,然后将相应支座落位,最后桁架完全卸载,每一步骤中千斤顶位移同步跟上。
    3.施工技术
    3.1施工流程图：

    3.2高空滑移的技术处理和施工验算
    3.2.1对施工设施的设计计算
    (1) 高空拼装平台的设计计算，应考虑各种不利因素的影响，使平台又牢固又省料，同时要充分利用我们过去钢结构安装使用过的钢支架、钢梁、钢柱。利用H400X400 X8X12的型钢做胎具的底座(二条通长)紧贴7.3m平台楼面，用H300X300 X8X12的型钢做胎具的立柱焊在H400X400 X8X12钢梁上(共10根),H200X200 X8X10的型钢焊接在立柱上用来稳定钢柱和保证屋架梁的定位,并在H200X200 X8X10的型钢上设置限位挡块和抱杆,并在每段屋架上设置8根揽风绳,以保证单片屋架的固定,调整和加快吊车的脱钩.7.3米平台楼面设计可承受货载为1.5吨/平方米,无法承受桁架的荷载,还需利用±0m -- ±7.3 m之间砼柱将桁架的重力传递至地面。

    （2）轨道梁的选择和计算：经过反复的计算与优化，本工程的推移轨道的承轨梁选择鱼腹式H型钢，其边柱的承轨梁为H800*400*14*25，中柱承轨梁为H100*450*14*25, 承轨梁之间用安装螺栓连接,以保证整个承轨梁的稳定性。
    （3）液压爬行器的选择:本工程采用三台自行研发50吨液压爬行器, 爬行器安装固定在100kg的重轨上,液压爬行器的总推力为:3倍X50吨＝150吨,固整个的推力为150吨,而桁架每单元产生的摩擦力为228吨X1.4(动力系数)X0.4(摩擦系数) ＝128吨.推力远远大于摩擦力,验算通过。
    3.2.2滑移过程中的静力、动力分析
    （1）滑移过程中对混凝土柱和柱间钢支撑的静力、动力的分析验算。（由于滑移速度1.0米/分，动力系数可忽略不计，试滑时要测动力系数）
    （2）长度94m，每8.4m宽作一次滑移，在每滑一次工况下，滑出平台部分钢桁架（最少2榀）的杆件应力和跨中挠度的验算。当应力不满足时，要对杆件加固；当挠度不满足时，要采取拼装起拱值（取250mm），仍不达要求时，采用预应力方法使其提高跨中刚度，特别是端桁架（HJ35和HJ33组合）设计中为每24m有6个支承点，但在滑移中变为三端支承，因此采用预应力方法提高桁架刚度，采用预应力方法克服下挠过大。
    （3）静力、动力分析结果，要确保达到：任何工况下杆件不致受损；施工设施安全可靠；分10次滑出钢桁架在任何行进状态中，任何杆件的应力和整体挠度不得超过允许值。高空滑移施工中技术处理措施、施工验算和复核均通过权威单位进行的论证评估，确保万无一失。
    3.3高空滑移关键工序
    3.3.1准备工作
    (1)高空滑移法安装的施工组织设计做到细化、论证、评估、完善，重点放在滑移过程从始至终全部工况中，钢桁架在自重作用下的强度、刚度、稳定的验算以及决定采取的有效方法。经济可靠的相应措施，同时请设计院验算下部柱、梁的强度和抗裂、稳定性，从理论上提供本法的实施前提。
    (2)场外拼装场的设置，在地面应具有同时拼装94m长两榀钢桁架的组拼能力,分成6段各(12-24)m长度不等的桁架段，配备50t汽车吊二台，25t汽车吊一台，做好场外拼装场的材料、工机具、人力的配备。直接为高空拼装平台提供拼接段，尽量减少高空作业对质量和安全的不利影响和焊接工作量。
    (3) 滑移轨道设置
    1、滑移轨道，下设钢垫板
    采用100kg/m的重轨
    2、滑移轨道的质量直接关系到滑移施工的安全和质量，允许误差值应符合专门规定，主要有：
    A、轨道标高差在一个柱距内控制在4mm以内
    B、轨道中心线偏移控制在3mm以内
    C、轨道接头高差为零（焊缝打磨平正）
    D、相邻轨道顶面高差（L为轨长）L/500；且控制在10mm以内
    E、轨道中心线与钢桁架支座中心线偏差控制在3mm以内
    F、轨道水平投影间距偏差控制在10mm之间
    3、滑移轨道位于轨道梁上,轨道标高略高于钢桁架支座底部标高（约为80-100mm）。支座直接在滑轨上滑移时，要呈园倒角，滑轨两侧无障碍，表面涂润滑油或新型高分子材料以减少摩擦力。滑动外侧设宽1.5m的安全通道，其栏杆做成可拆装式，不影响滑移工
    3.3.2滑移的措施
    (1)利用第一层楼砼顶板和第二层砼墙柱于连系梁施工完毕后，在主厂房5轴线一侧布置一台250t履带式坦克吊；搭设高空拼装平台；搭设的拼装胎架在7.3m与轨道顶面标高处，并沿B、N、（1/G）轴布设推移支座、轨道梁、轨道（自制）（推移轨道安装在第二层的15.5米平台梁的推移承重支座上），各分段桁架通过250吨履带式吊车吊装到拼装胎架上进行组对、校正、焊接。再将三、四层系梁、系杆安装到位，将拼装好的桁架单元落放在B、N、（1/G）轴三条轨道上，然后将桁架之间的屋面梁就位.

    (2)高空拼装平台是保证拼接精度，减少积累误差，防止结构下沉，确保安全的重要措施。在设计、选材、搭设、验收、使用和维护等技术环节上，既要严格要求又要节约材料。
    (3)高空拼装台和滑道之间要牢固连接，相互构成整体稳定架。
    3.3.3同步控制措施:
    (1)设计专用控制柜,三台液压爬行器即可实现同步工作;
    (2)在三条推移轨道上设置刻度标尺,每5厘米一格,1 m为一大区格,2柱间8.4m处为一个控制单元,三条轨道上用三台对讲机同时向爬行器控制总台报数,如不同步值超出限值,即可作相应停推处理。
    3.3.4桁架落位
    （1）钢桁架落位进程是桁架缓慢协同空间受力的过程，钢桁架会发生较大的内力重分布，并逐渐过渡到设计状态，特制定落位方案。
    （2）钢桁架滑移到位后，要仔细检查跨度、标高、落位中心及钢桁架整体和分部尺寸。

    （3）滑移支座拆除时遵循“变形协调，卸载均衡”的原则，不可造成桁架局部、整体失稳，通过施工验算，保证“平稳过渡”，必要时对有关构件进行临时加强。
    （4）滑移支座的拆除顺序和措施的确定。用滑移支座两侧各两台千斤顶（起重能力要视各落位点重量且考虑1.4的系数）顶起10-20mm后拆除滑移支座，然后通过多次循环缓慢下降来实现荷载平衡转移，卸载顺序要求对称进行。由于无法做到绝对同步，杆件内力会有不同增减，要在桁架主要受力杆（如端部受压最大的杆件）放置检验装置（如贴应变片等）观测应力的变化状态；设置高程测量控制点，进行全程监控；千斤顶下降采用四边分区、分阶段同时进行；按序下降，且每次下降不超过10mm等，在控制状态下，落到支座上。
    3.3.5滑移及同步控制总结
    （1）中间轨道、两边单轨道及多条轨道同步液压滑移，精度要求较高，过程中单行程同步误差在3mm以内，累积后调整，保证累积误差在5mm以内，基本满足钢结构变形和安装就位要求。
    （2）整体同步滑移采用控制专柜，保证三台液压爬行器实现同步工作，且在轨道上设置刻度标尺，有效的控制滑移过程的超限问题。
    （3）桁架落位时千斤顶的选择，要考虑其行程是否符合下降要求；固定支座是否就位正确，其固定要分阶实施以保证桁架下降稳定，拼装应力释放完成后才进行做最终固定，并做好落位纪录等；进行周密组织，统一指挥，对号入座，执行落位责任制。
    （4）做好收尾工作：如钢桁架表面清洁后进行敷涂面漆和防火涂层喷涂；拆除滑移轨道和高空拼装拼台；凡在混凝土梁、柱上的预埋钢板要尽量拆除，如果永久性的留下，埋件要实施除锈油漆，做好对承重混凝土结构的保护；做好钢桁架安装技术资料、文件的汇总等。
    4、结束语
    随着我国体育场馆、会展类大型综合性建筑的大批量建设，大空间、大跨度钢结构的设计施工水平均得到了突飞猛进的发展。伴随着结构形式的多样化、复杂性，各种先进的施工技术也在不断的更新、发展，更加频繁的投入到施工建设之中。在武汉新芯钢桁架的施工过程中，钢结构焊接熔透焊缝的检测均一次性通过；工程滑移施工的进展也比较顺利，通过充分的滑移技术准备及过程中采取有效的同步控制措施，实现了多条轨道同步滑移，使同步滑移工艺充分发挥其高效性、科学性、经济性的理念，也为同类型工程的施工积累了一定的施工经验。

    参 考 文 献：
    1、《中国大型建筑钢结构工程设计与施工》 中国钢结构协会编
    2、《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002）北京：中国建筑工业出版社，2002
    3、《新编液压工程手册》北京：北京理工大学出版社，1998
    4、《钢结构设计原理》（第一版）王肇民.上海：同济大学出版社，1999
    附图片：
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