鋼結構技術論文
中國建筑金屬結構協會
建筑鋼結構分會主辦
【摘 要】 當鋼結構安裝的起重設備無法覆蓋安裝區域時，鋼結構的安裝可以采用滑移安裝方案，將構件從安裝區域外側滑移至安裝區域內，然后再進行安裝， 鋼結構采用滑移安裝時，要制定詳細的滑移方案，滑移過程中采用的臨設以及滑移設備要經過嚴格的計算；本文以拱式-鋼拉索屋面結構的安裝為例，闡述大跨度鋼結構的滑移安裝方案。
【關鍵詞】 拱式-鋼拉索屋面；滑移軌道；卷揚機；千斤頂
1．工程概況
本工程為秦皇島辦公樓中心展廳項目拱式鋼屋架鋼結構安裝工程，整個屋頂為拱式-鋼拉索屋面，屋面結構重約360噸，東西長43.7m，南北寬39.7m，四周為箱形鋼梁800*500*20作為基座，上弦采用拱形H型鋼，下弦采用鋼索--支撐結構，縱向主梁共15榀，橫向次梁共14道，整個屋蓋內嵌于辦公樓中間，四周的辦公樓已施工完畢，拱式鋼屋架的三維模型如下圖1所示：
圖1 秦皇島辦公樓中心展廳拱式鋼屋架
2、工程安裝重點及難點
（1）、滑移之前，樓面上滑移胎架的搭設也是本工程的重點；
（2）、采用滑移的安裝方法，滑移軌道如何搭設是本工程的一個重點；
（3）、單榀拱式鋼結構跨度近40米，最大矢高達5.3米，重達25噸，如何保證單榀鋼結構平穩滑移到位是本工程的一大難點；
（4）、結構滑移到位后，整個屋面結構的下移就位，完成結構的卸載也是本工程的一個難點。
3、滑移安裝
3.1 施工總體思路
圖2 秦皇島辦公樓中心展廳施工平面圖
（1）、如上圖2所示為施工平面圖，屋面范圍底標高為21.9米，四周已施工完樓承板標高為19.04米；
（2）、根據構件的分布，對整體屋面分為A（3-4線）、B（4-5線）、C（5-6線）、D（6-7線）、E（7-8線）共5個拼裝單元：
施工順序：
A、B、C、D四個單元采用滑移的方法暗轉，E單元最后進行散裝。
（3）、利用1至3軸線的樓承板為施工平臺，鋪設路基箱，搭設胎架，胎架寬3米，長14米，高度隨每榀鋼梁接口高度而定，在此區域內將屋蓋組對完成后，從左向右滑移，邊組對邊滑移，組對完一榀滑一榀，滑移至指定位置后，利用千斤頂將整個屋頂拱結構頂起，取出滑移軌道裝置，最后邊部單元利用現場汽車吊配合進行吊裝。
3.2 施工部署
3.2.1起重設備的選擇
起重設備主要用于將散件倒運至已施工完的屋面平臺，并在平臺上完成每榀屋面主次構件的拼裝，為滑移做準備，經過計算最重的構件約5t，吊裝高度22.59m，水平距離大于15.6m，考慮高度和水平距離，選用160噸汽車吊，占位于3軸外31m的位置可以滿足吊裝和拼裝要求如圖3。
圖3 秦皇島辦公樓中心展廳拼裝設備
3.2.2擬采用的主要機械設備見表1
主要設備機具一覽表1
3.3 屋面拼裝胎架搭設
針對分片單元構件的荷載分布及滑移施工順利方便的考慮，確定對操作平臺采用腳手架搭設拼裝胎架。
（1）、腳手架拼裝胎架搭設：
在西側19.04米樓板上鋪設路基箱，并在路基箱上搭設腳手架，為將腳手架的荷載有效傳遞給主體結構，采用在腳手架下方鋪墊路基板。胎架采用Φ48×3.5規格的碗扣式腳手架進行搭設，尺寸如圖4：
圖4 秦皇島辦公樓中心展廳腳手架操作平臺搭設平面布置圖
（2）、腳手架穩定性計算：
1）荷載參數：腳手板自重(kN/m2):0.200；欄桿自重(kN/m2):0.150；材料堆放最大荷載(kN/m2):8.000；施工均布荷載標準值(kN/m2):3.000；
2）縱向支撐鋼管計算:
2.1）荷載的計算：
腳手板與欄桿自重： q11 = 0.150 + 0.200×0.200 = 0.190 kN/m；
堆放材料的自重線荷載(kN/m)： q12 = 8.000×0.200 = 1.600 kN/m；
活荷載為施工荷載標準值(kN/m)：p1 = 3.000×0.200 = 0.600 kN/m
2.2）強度計算:
最大彎矩Mmax = 0.1×2.148×0.8002 + 0.117 ×0.840×0.8002 = 0.200 kN.m ；
最大支座力 N = 1.1×2.148×0.800 +1.2×0.840×0.800 = 2.697 kN；
截面應力 σ= 0.200×106 / (5080.0) = 39.443 N/mm2；
縱向鋼管的計算強度 39.443 小于 205.000 N/mm2,滿足要求!
3）.撓度計算:
最大撓度考慮為三跨連續梁均布荷載作用下的撓度
均布恒載: q = q11 + q12 = 1.790 kN/m； 均布活載： p = 0.600 kN/m；
V = (0.677 ×1.790+0.990×0.600)×800.04/(100×2.060×105×121900.0)=0.295mm，小于 800.000 /250 與 10,滿足要求!
4）、橫向支撐鋼管計算:
支撐鋼管按照集中荷載作用下的三跨連續梁計算；載P取縱向板底支撐傳遞力，P =2.697 kN； 則 Mmax = 0.809 kN.m ；Vmax = 1.452 mm 小于800.000/150與10 mm，滿足要求！ Qmax = 11.798 kN ；截面應力 σ= 159.282 N/mm2 ＜ [f] = 205.000 N/mm2，滿足要求！
5）、支架荷載標準值(軸力):
5．1）.靜荷載標準值包括以下內容：腳手架的自重(kN)： NG1 = 0.149×3.000 = 0.447 kN；欄桿的自重(kN)：NG2 = 0.150×0.800 = 0.120 kN；腳手板自重(kN)：NG3 = 0.200×0.800×0.800 = 0.128 kN；堆放荷載(kN)： NG4 = 8.000×0.800×0.800 = 5.120 kN；
經計算得到，靜荷載標準值 NG = NG1+NG2+NG3+NG4 = 5.815 kN；
5．2）.施工荷載標準值產生的荷載。NQ = 3.000×0.800×0.800 = 1.920 kN；
5．3）. N = 1.2NG + 1.4NQ = 1.2×5.815+ 1.4×1.920 = 9.666 kN；
6）、立桿的穩定性計算:立桿的穩定性計算公式: 
其中立桿計算長度 Lo = k1uh = 1.185×1.700×1.000 = 2.015 m；
Lo/i = 2014.500 / 15.800 = 128.000 ；查表得φ= 0.406 ；則 σ =9665.640 /( 0.406×489.000 )= 48.685 N/mm2；＜ [f] = 205.000，滿足要求！
3.4 滑移系統設置
3.4.1 滑移軌道搭設
由于本工程屋架四圈的箱形基座鋼梁直接坐在鋼柱的頂板之上，因此采用在鋼柱之間用H型鋼梁架設滑移軌道，并將滑移軌道延伸到腳手架操作平臺，軌道及斜支撐選用軋制300×200×8×12規格的鋼梁，H型鋼滑移軌道立面示意圖如下圖5所示：
圖5 秦皇島辦公樓中心展廳滑移軌道立面示意圖
3.4.2 軌道設置及牽引系統選擇
軌道采用C18a槽鋼，槽向上，焊接在鋼柱和鋼柱間的H型鋼上，槽內放少量黃油，減少滑移時的阻力。滑移系統設置圖6所示：
圖6 秦皇島辦公樓中心展廳滑移系統設置
拼裝時，在每段箱型梁下方間隔2米設置一個滑塊，為使卷揚機在牽引時，南北屋架能同時向前移動，則在型鋼上每間隔0.2米設置一個刻度，并派專人讀刻度數，以保證兩條軌道上卷揚機牽引同步。滑移軌道斷面示意圖如右圖7所示：
圖7 秦皇島辦公樓中心展廳滑移軌道
卷揚機及鋼絞線的選擇：
牽引系統由卷揚機和滑輪組組成，根據計算，采用兩臺5噸卷揚機設置在8線鋼柱兩端。
滑移的屋面鋼架最大重量為180t，滑移系數選取0.2，拉力需要36t，考慮其他因素乘以1.2倍的系數，共需要拉力為43.2t，經計算，S= 
，所以本工程選用兩臺5t（6組滑輪）牽引力的卷揚機。
3.5 安裝步驟
步驟一、在腳手架胎架上進行D單元（6-7線）構件的拼裝：
拼裝時注意兩根主拱架梁應同時由一邊向另一邊拼裝，同時將兩根鋼梁間的連系梁安裝好，以保證拼裝過程中的側向穩定，同時避免吊車來回的行走，拼裝時按照設計給定的起拱值進行起拱。施工示意圖如右圖8：
圖8 秦皇島辦公樓中心展廳胎架拼裝
步驟二、D單元（6-7線）滑移：
拼裝完成后，首先把縱向主梁上的鋼索連接好，再對整個單元進行卸載，卸載后將中間四組胎架上部拆除，最后將D單元向內滑移至3線以內。如右圖9所示
圖9 秦皇島辦公樓中心展廳第一步滑移
步驟三、C單元（5-6線）拼裝、滑移：
首先將中間四組胎架隨拱結構高度搭設，其次將D單元邊緣頂起，達到設計起拱值，以保證與C單元的連接，最后開始拼裝C單元，方法同上見圖10
圖10 秦皇島辦公樓中心展廳第二步滑移
步驟四、B單元（4-5線）拼裝、滑移方法同上見圖11
圖11 秦皇島辦公樓中心展廳第三步滑移
步驟五、A單元（3-4線）拼裝、滑移方法同上
步驟六、整個屋架下落就位
A、B、C、D四單元整體滑移到位后，進行測量校正并完成焊接，然后在屋架下每個鋼柱上焊接牛腿，并在牛腿上設置千斤頂，用千斤頂將整個屋頂拱結構頂起，撤出軌道裝置。然后將16組千斤頂同時緩緩降下，直至屋架降落至鋼柱頂端，下路過程中務必保證千斤頂同步向下降，以免結構發生變形見圖12
圖12 秦皇島辦公樓中心展廳滑移到位
步驟七、E單元
（7-8線）拼裝
E單元構件采用現場塔吊空中散裝，對兩側的箱形鋼梁基座采用160噸汽車吊進行吊裝見圖13
圖13 秦皇島辦公樓中心展廳滑移完成
4. 安裝注意事項
（1）胎架搭設前在樓板上鋪設路基箱加固。
（2）安裝時要根據設計院提供的節點標高對H型鋼梁進行起拱，使安裝完成卸載后各點達到設計標高。
（3）每分段安裝后先進行粗校，待整個單元全部吊裝到位后統一進行精校，然后焊接定位。
（4）滑移時要保證整個單元的同步，要對胎架軌道和以及屋頂拱結構單元進行監控，發現問題及時報告。
5．總結
滑移方案在我國鋼結構工程中應用比較廣泛，在橋梁以及屋蓋等工程中都有應用，采用滑移方案施工前，要做好充分的準備工作，制定詳細的滑移施工方案，對于所采用的滑移軌道以及牽引設備要經過準確計算，以保證滑移過程順利實施，本工程通過采用滑移技術，順利的完成了任務。
參考文獻：
[1] 王景文.實用鋼結構工程安裝技術手冊.中國電力出版設.2006
[2] 尹顯奇.鋼結構制作安裝工藝手冊.中國計劃出版設.2006
[3] 某工程屋頂鋼拱結構安裝方案. 2010
作者簡介：齊衛忠（1979-）北京首鋼建設集團有限公司 鋼結構工程師
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