0 引言

　　随着我国社会经济飞速发展，面向公共基础设施的建造技术也在不断更新和完善，涌现出越来越多规模大、复杂程度高的建筑结构，如机场、大型体育馆、酒店等^[1,2,3]。这些结构通常具有跨度大、质量小且强度高的特点，因此，多采用轻型钢结构屋盖作为主体结构进行设计^[4]。尤其，钢桁架梁由于结构设计轻便、安装灵活等优势常被用于主体结构为大跨度屋盖的工程中^[5]。

　　目前，对于大跨度钢结构桁架安装方法常用的有整体吊装法^[6]、分条分块提升法^[7,8]、整体滑移法^[9,10]、高空散装法^[11,12]等。其中，整体滑移法由于能有效解决钢结构施工因场地狭小、遮挡物多而导致的吊装难度大、高空作业就位精度低等问题，相对于传统方法具有明显优势，目前已成为大型钢结构安装技术之一。

　　本文以湖南长沙某酒店项目钢结构工程为例，对累积顶推滑移技术在大跨度屋面钢桁架施工的应用进行详细介绍。

　　1 工程概况

　　该酒店项目建筑面积约15万m²，其中钢结构工程主要由大堂屋面及酒店连廊组成，总重约2 200t。其中，共享大堂屋面桁架长92.3m、宽45.3m，桁架顶标高为20.2000m，共由11榀管桁架组成，次结构以H型钢梁为主，单榀桁架最重为145t，屋面结构总重约1 700t。大堂结构体系采用钢框架搭配钢管桁架结构，屋面为组合楼板。屋面结构如图1所示，其主桁架位置轴线编号如图2所示。

　　

　　图1 屋面结构示意 

　　 

　　

　　图2 主桁架位置轴线编号  

　　 

　　2 大跨度钢桁架施工工艺

　　2.1 施工方案比选

　　桁架安装高度为20.2m，结构较重且杆件多。若采用常规分段吊装方案，需2台50t汽车式起重机进入楼板面作业，但由于作业区域几乎布满整个楼面，这就要求对地下室整体进行回顶加固，加固工作量极大，而且存在较大安全风险，给项目施工带来较大难度，同时，对整个工程施工工期有较大影响，常规方案技术经济指标较差。

　　考虑到施工现场并不具备进入大型机械分段吊装的条件，但场馆两侧为混凝土独立柱，现场拼装场地充裕，在场外设置拼装场地提前拼装可缩短工期，而在混凝土柱间增设钢梁，适合滑移方案。经综合分析，结合工程结构特点，采用提前拼装桁架分段吊装后再采取累积顶推滑移方案安装主桁架，效率最高，工期最有保证。

　　2.2 项目施工思路

　　1)采用“散件运输+场外分段拼装+脱胎倒运+分段吊装累积滑移”的方式进行施工。

　　2)主桁架分别利用1台50t汽车式起重机和3台25t汽车式起重机在场外分段拼装。

　　3)拼装完成后，利用160t汽车式起重机脱胎，17.5m平板车分段倒运至履带式起重机吊装半径内。

　　4)利用150t履带式起重机进行分段吊装、16t汽车式起重机安装滑移钢梁及轨道。

　　5)第1榀在○T23轴吊装就位，滑移至○T21轴，在○T23轴安装第2榀桁架后，将2榀之间次结构利用25t汽车式起重机进行安装，确保桁架形成稳定体系继续滑移。

　　3 施工关键技术

　　3.1 施工技术优点

　　1)滑移设备体积小、自重小、承载力大，特别适用于在狭小空间或室内进行大吨位构件、设备的水平滑移。

　　2)采用夹紧器夹紧轨道，充当自动移位反力架进行推移。

　　3)可多点推拉，分散对下部支撑结构水平荷载。

　　4)推移反力作用点距滑移支座支撑点很近，对轨道安装要求低。

　　5)液压爬行器与被推移物刚性连接，传力直接，就位准确性高。

　　6)液压爬行器具有逆向运动自锁性，使滑移过程十分安全，并且构件可在滑移过程中的任意位置长期可靠锁定。

　　7)设备自动化程度高，操作方便灵活，安全、可靠，故障率低，使用面广，通用性强。

　　3.2 关键施工机具设备

　　3.2.1 自锁型液压爬行器

　　累积顶推滑移技术采用自锁型液压爬行器作为滑移驱动设备。自锁型液压爬行器是一种能自动夹紧轨道形成反力，从而实现待滑移构件前进的推移设备。液压爬行器楔形夹块具有单向自锁作用。液压爬行器为组合式结构，一端以楔形夹块与滑移轨道连接，另一端以铰接点形式与滑移胎架或构件连接，中间利用液压油缸驱动爬行。当油缸伸出时，楔形夹块工作(夹紧)，自动锁紧滑移轨道;油缸缩回时，夹块不工作(松开)，与油缸同方向移动。

　　该设备可抛弃传统反力架，避免了反力点加固问题，省时省力，且由于与被移构件刚性连接，同步控制较易实现，就位精度高。液压爬行器工作原理如图3所示。

　　1)步骤1爬行器夹紧座中楔块与滑移轨道夹紧，爬行器液压缸前端活塞杆销轴与滑移构件(或滑靴)连接。爬行器液压油缸伸缸，推动滑移构件向前滑移。

　　

　　图3 爬行器工作原理  

　　 

　　2)步骤2爬行器液压油缸伸缸1个行程，构件向前滑移300mm。

　　3)步骤3当滑移构件滑移1个行程完毕后保持不动，爬行器液压油缸缩缸，使夹紧座中楔块与滑移轨道松开，并拖动夹紧座向前移动。

　　4)步骤4当爬行器液压油缸缩缸完毕，拖动夹紧座向前滑移300mm。待爬行推进行程完毕，再次执行步骤1工序。如此往复使构件滑移至最终位置。

　　3.2.2 液压泵源系统

　　液压泵源系统为爬行器提供液压动力，在各种液压阀控制下完成相应动作。在不同工程应用中，因顶推点布置和爬行器安排均不同，为提高液压滑移设备通用性和可靠性，液压泵源系统设计采用模块化结构。根据顶推点布置及爬行器数量配置泵源数量，且可进行多个模块组合，每套模块以1套泵源系统为核心，可独立控制1组液压爬行器，同时可进行多顶推点扩展，以满足实际顶推滑移工程需要。

　　3.2.3 同步控制系统

　　同步控制系统由动力控制系统、功率驱动系统、计算机控制系统等组成，如图4所示。主要完成以下控制功能。

　　

　　图4 同步控制系统  

　　 

　　1)集群爬行器作业的动作协调控制滑移工作中，每台爬行器均须在计算机控制下协调动作，为同步滑移创造条件。

　　2)通过计算机网络控制爬行器同步运行，同时保持被顶推构件各点同步运行，以保持爬行器滑移姿态。

　　3.3 滑移通道设置

　　选用液压滑移技术安装桁架结构，需从桁架拼装位置至设计位置通长布置滑移通道及在特定位置布设顶推点。

　　3.3.1 滑移轨道布设

　　利用液压同步顶推技术安装桁架结构，需设置专用滑移轨道，待滑移结构坐落于滑移轨道上，通过安装在构件上的滑移设备顶推滑移构件，沿轨道由初始拼装位置滑移至设计位置就位。滑移轨道承受结构竖向荷载，并为爬行器提供反力，在滑移方向上提供顺畅的通道。

　　根据实际工况，大堂铺设2条长度为95.6m滑移轨道，平行铺设于滑移梁或支柱上方。大堂滑移轨道采用43kg热轧钢轨，以提供爬行的夹持反力点。

　　3.3.2 滑移顶推点

　　滑移顶推点即液压爬行器与滑移结构连接节点，用于传递液压爬行器水平顶推力，设置在结构支座处，直接在支座节点焊接顶推耳板即可。大堂顶推点平面布置如图5所示。

　　

　　图5 顶推点平面布置 

　　 

　　3.4 累积顶推滑移施工流程

　　在场外设置拼装场地进行拼装并安装支撑塔架。在○T23轴侧设置拼装区域，长约9.6m。拼装完成后开始吊装第1榀桁架，第1榀桁架安装完成后滑移至第2条轴线位置;吊装第2榀桁架及2榀桁架之间次结构，完成第1个滑移单元拼装。在每条滑移轨道上安装1台液压爬行器，分别布置在2榀主桁架后方;将拼装胎架卸载，荷载转移至滑移轨道，启动液压爬行器，将结构向前顶推约9.6m，空出拼装胎架。续拼第2个顶推单元，并与前1个单元连成整体，重复上述施工步骤，直至所有桁架安装完成。具体安装步骤为:安装第1榀桁架→第1榀桁架滑移1条轴线距离→安装第2榀主桁架→安装2榀桁架结构并整体滑移1条轴线距离→安装第3榀桁架→第3榀桁架次结构安装并将3榀桁架整体滑移1条轴线距离→同理，安装滑移直至第10榀桁架并整体滑移1条轴线距离→安装第11榀主桁架及其次结构。至此，大堂屋面安装完成。

　　4 滑移施工结构验算

　　4.1 支撑塔架受力验算

　　大堂屋面主桁架采取分段吊装，且在桁架分段位置设置支撑塔架，塔架平面尺寸为3.45m×3m;主要由H200×200×8×12立杆、B80×5斜撑与H200×200×5.5×8横杆组成，材质均为Q235普通碳素结构钢。采用MIDAS/Gen软件对该支撑塔架受力进行有限元模拟，桁架分段后最重<50t，为保证其设计可靠性，仍按50t最不利情况进行计算，其位移云图与应力云图分别如图6a,6b所示。

　　

　　图6 支撑塔架在最不利荷载条件下计算结果  

　　 

　　经计算，支撑塔架在最不利荷载条件下的位移最大值为12.14mm，应力最大值为-79.56MPa，最大应力比为0.42，满足局部承载力和变形要求。

　　4.2 桁架吊装验算

　　单榀主桁架长43.3m、宽2.5m，最重145t，材质为Q355B。因结构需在高空支撑塔架上安装，安装完成后进行卸载，而卸载过程会造成结构整体下挠变形，从而影响安装精度，故在安装前需进行预起拱以抵消结构卸载变形。根据现场实际情况，单榀钢桁架共分3次吊装。根据吊装顺序，考虑1.2倍自重分项系数，对各段主桁架安装进行有限元模拟验算，如图7～9所示。主桁架分段吊装时产生的最大位移与最大应力计算值如表1所示。

　　

　　图7 第1段主桁架吊装有限元模拟结果 

　　 

　　  

　　表1 桁架分段吊装有限元模拟结果 

　　 

　　 

　　

　　表1 桁架分段吊装有限元模拟结果

　　

　　图8 第2段主桁架吊装有限元模拟结果 

　　 

　　

　　图9 第3段主桁架吊装有限元模拟结果  

　　 

　　由表1可知，在1.2倍自重分项系数条件下，整个过程最大位移为2.68mm，最大应力为-30.58MPa，满足钢结构设计与施工相关规范要求。

　　5 结语

　　本文依托湖南长沙某酒店项目钢结构工程，介绍了大跨度屋面钢桁架结构累积顶推滑移技术。根据现场实际条件，在预先拼装桁架并分段吊装后采用累积滑移方案安装钢桁架，减小了大跨度钢桁架安装工作量，大大提高了施工效率，同时降低了安全隐患，大幅度缩短了施工工期，取得了良好的社会与经济效益。