预应力倒三角管桁架钢屋盖滑移施工技术
文/中建八局有限公司
张志平、王杰、王一斌、崔瑞国、徐本英、贾红雪
1 项目概况
1.1 项目概况
广交会展馆四期扩建项目是商务部与广东省合作框架协议的重点项目。位于广州市海珠区琶洲，总占地面积23万平方米，建筑面积约56万平方米。主要包括东、西2块地块。其中，西地块建筑面积46万平方米，包括展厅、会议中心、登记大厅、地下室等附属设施。结构形式为钢筋混凝土框架结构+大跨度钢结构屋盖。项目整体效果如图1所示，西地块计划于2022年10月15日完成项目实体建设及移交，2022年秋季正式投入使用。绝对工期工期只有644天，工期紧张。
表1 广交会展馆四期展馆扩建工程效果
1.2 展厅屋面钢结构概述
展厅区域分为B、C、D、E四个展厅钢结构滑移安装施工技术，每个展厅均设有独立的屋面钢结构。每个屋顶的平面尺寸约为128.3m（长）×92.1m（或93m）（宽），下面为混凝土楼板，标高为15.900m。屋盖采用预应力倒三角三维管桁架系统。基本参数为：主桁架最大跨度119.5m；桁架高度3~7.4m；每个桁架之间的间隔为15m；桁架两端与混凝土柱一侧采用固定铰链，另一侧采用单向滑动铰链支撑（沿跨度方向）；管桁架上下弦规格为φ700×30；管桁架下弦对称布置4束钢绞线，共68根（边跨大屋面悬挑桁架共84根桁架）；单根钢绞线规格为1×19W-15-2-1860-YB/T081-2013，预拉力为5 050kN（边跨屋盖悬挑较大），单根桁架钢绞线预拉力为6,525kN ）；斜腹杆采用高强度钢拉杆沿一个方向排列；单个展厅用钢量3375吨；展厅屋顶总用钢量为13500吨。展厅屋顶和单体展厅屋顶分别如图2和图3所示。
图2 展厅屋顶
图3 单体展厅屋顶
1.3 展厅屋面钢结构施工重点难点分析
展厅屋顶钢结构总安装量13500吨，体量庞大，工期仅4个月。时间紧、任务重。
展厅屋顶钢结构施工期间，下两层主体混凝土结构尚未完工。如何快速插入钢结构等专业是一个难点。
展厅屋面钢结构涉及大跨度桁架、预应力钢绞线束、张拉及钢拉杆的施工，构件规格和数量较多。
钢结构施工高峰期，展馆屋顶、货车通道、珠江长廊、货车坡道钢结构同时施工。现场元件堆放量大、种类多，对元件堆场和作业场地提出了很高的要求。
2 计划实施
2.1总体思路
鉴于工期紧张，展厅120m跨倒三角预应力钢屋盖与下部2层主体混凝土结构同步施工。提出了创新的超大跨度钢桁架分段等节奏滑移施工技术，即钢屋面滑移装置+展览馆先施工两侧附属混凝土结构，展览馆钢结构大厅屋顶提前插入并安装。各专业平面、立面穿插施工，实现各专业快速交错。
钢屋面施工方面，开发了基于预制自稳定高空平台的大跨度钢桁架拼装技术，实现超大跨重型钢桁架单元化快速拼装；主体结构为两侧不同高度的滑动支撑系统特点：设计双向滑动轨道，开发滚针滑靴及动力系统，确保滑动安全稳定；应用倒三角预应力钢绞线快速穿线张拉技术，解决超长预应力筋穿线张拉及高空滑移技术难题。钢桁架分段等韵律滑动如图4所示。
图4 钢桁架节段等律滑动
钢屋面整体施工流程：施工模拟→高空拼装平台搭设→滑轨连接安装→钢桁架拼装→滑靴及动力系统安装→可拆卸支撑及护栏安装→等节奏滑移→卸货到位→健康监测检查→完成滑移。
2.2 高空平台施工技术
开发预制旋转格构柱群支撑系统，采用12行（东西）×6柱（南北）排列。架设高空平台时设置了72根格构柱，每根格构柱下均设置转移梁。 ，将荷载传递到混凝土结构上，保证高空平台的安全。调整立柱位置，设置连通南北的200型风箱。波纹管顶部铺设H200×100×8×12钢作为平台钢梁，然后铺设花纹钢板形成平台。格构柱顶部设有圆管支撑，作为组装桁架的框架。高空组装平台如图5所示。
图5 高空组装平台3D模型
2.3 单元、截面钢桁架快速拼装技术
钢桁架采用高空单元组装，三个桁架为一个单元，每个单元分段安装。在预制高空拼装平台上安装可旋转快拆管桁架临时支撑系统，整体稳定，传力可靠，如图6所示。
图6 可旋转快拆管桁架临时支撑系统
将预应力倒三角钢桁架分成8～10段，如图7所示，用塔吊和汽车吊按照先下弦、后上弦的顺序先拼装下弦，再拼装上弦。在高空拼装平台上弦上采用可旋转快拆管桁架临时支撑系统进行拼装。钢桁架组装完毕后，可旋转轮胎架并向下倾斜，实现钢桁架的快速拆除。
图7 钢桁架节段
2.4 预应力钢绞线施工技术
预应力钢绞线施工流程：滑动单元桁架组装完毕，三个桁架同时穿线→穿线设备及钢绞线材料到位→钢套管插入钢丝绳备用→穿线机启动穿线→若穿线受阻，可将○1/E轴钢丝绳连接至南侧钢绞线，并使用北○U轴端绞车拉动钢丝绳辅助穿线时→穿线到位后剪断钢绞线→按此顺序完成滑动单元的钢绞线穿线工作→安装锚垫和锚杆→将千斤顶就位，张紧每根钢绞线两端同时将南北两端第1、2束同时张紧至25%→南北两端第3、4束同时张紧至25%→完成三-依次进行一级张拉（0%→25%→75%→105%），最后一级张拉需持荷2分钟→千斤顶卸出，锚固钢绞线→滑入到位后灌浆端部→ 密封注浆孔并安装防护罩。
2.5 超大跨度钢桁架滑移技术
2.5.1 钢结构滑动单元隔断
每个展厅有6个桁架，每3个桁架作为一个滑动单元。展厅屋顶分为8个滑动单元。每个滑动单元重1560t。滑动单元隔板如图8所示。
图8 滑动单元隔断
2.5.2 钢结构滑动施工技术
1）滑轨布置
钢桁架南北两侧的混凝土结构作为滑动支撑结构。由于设计标高不同，钢桁架两侧高度不等。为了保证超大跨重载钢桁架的安全稳定滑动，每组均设有双滑轨。同时，由于相邻展厅的结构梁之间存在不连续性，这里增加了临时钢轨道梁，以保证滑动过程中受力均匀传递。滑轨如图9所示，展厅钢滑轨梁如图10所示。
图9 滑轨铺设示意图
图10 展厅间加装钢轨道梁
双轨中心距400mm，两组轨道中心距约120m。内嵌800mm×200mm×20mm钢板，间隔800mm锚杆816根（见图11）。它连接到混凝土轨道梁。预埋板与QU100轨道采用夹板焊接。连接。滑动轨道测量是根据轨道梁（混凝土梁）的最高点进行找平。
图11 轨道预埋件示意图
2）滑动动力系统安装
滑动动力系统由滑履和液压推动装置组成，如图12所示。滑履为滚针滑履，如图13所示，是滑轨与桁架的连接部件。滑靴顶面与桁架通过支架焊接，底部滚针与钢轨顶面直接接触。
图12 滑动动力系统
图13 滚针滑靴示意图
液压推动装置为组合式结构。作为滑动驱动装置，一端用楔形夹具与滑履连接，另一端以铰点形式与滑履连接，利用液压缸驱动履带在滑行中移动。中间。当油缸伸出时，夹紧块工作（夹紧）并自动锁定滑轨；当油缸缩回时，夹紧块不工作（释放），与油缸同方向移动，如图14。并根据整体滑动变形和应力数据实时调整滑动力钢结构的。每个滑动单元的每组滑轨上设有3个滑动支点。推动装置设置在滑动支点上。每个支撑点上设置一个滑靴，总共6个滑靴。
图14 滑靴推动示意图
3）超大跨度钢桁架的等律流动与节段滑移
展厅钢桁架等节奏滑移与下部两层主体结构同时施工，相互穿插。根据滑移顺序和方向，依次施工，优先建设滑轨区南、北两侧附属建筑物。南北滑轨区混凝土结构及轨道连接钢梁预埋完成后，将立即安装滑轨、滑靴及电力系统。此时，按照桁架的安放顺序，同步、逆序施工2层展厅水平梁板结构，实现钢屋盖滑移装置与混凝土结构同步、有节奏的施工，如图15所示。
图15 钢桁架等律流施工顺序
列出等节奏流构建流程的4种不同工况（见图16）：
工况1：滑动单元1组装完成，可以滑动。北侧滑轨区结构与2层展厅梁板结构同步施工；
工况2：滑动单元1滑入到位，滑动单元2组装完毕，继续进行北滑动轨道区结构和2层展厅梁板结构施工；
工况三：北侧滑轨区结构施工完成，1、2号滑体临时放置，3号滑体组装，二层展厅梁板结构继续施工；
工况四：滑体1下方2层展厅梁板结构完成，滑体1卸装，继续其余梁板结构施工。
图16 等节奏流施工条件
2.5.3 钢桁架滑移智能施工监测
对钢屋面滑移施工全过程进行了模拟分析。经过计算，确定了钢桁架结构应力应变监测点的最佳布置位置。采用合理的温度、应力、位移监测方法，构建了大跨度钢桁架施工监测模块。
大跨度钢桁架的滑动是一个动态过程，滑动推力、环境荷载、轨道承载力、轨道平滑度等因素都对桁架滑动的准确定位产生影响。因此，在滑移前，对滑移阶段关键结构部件的应变、位移、构件变形和环境温度等进行实时监测、分析和反馈。滑移施工过程中，实时在线监测桁架应力、位移、振动变化，避免滑移过程中结构应力集中、局部变形过大、脱轨、失稳、倾覆，保证结构安全、稳定，以及滑动施工过程中的滑移。换档同步性。
监测滑移过程中控制点的位移钢结构滑移安装施工技术，防止钢构件在安装或卸载时实际坐标与设计坐标偏差较大，对结构产生较大的侧向力。通过将监测值与初始值进行比较，得到结构在每个卸载阶段的位移变化，如图17所示。
图17 同步滑移位移监测数据
2.6 钢桁架滑移后变形监测与复核
卡瓦就位后，利用基于BIM的三维激光扫描技术扫描大体积屋面钢桁杆的安装偏差。利用点云模型与原始绘图模型进行误差对比分析。通过模型对比快速产生偏差，实现复杂钢桁架的快速审核。
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预应力倒三角管桁架钢屋盖滑移施工技术（全文发表于《建筑技术（中英文）》2024年第2期）
张志平，王杰，王一斌，等.预应力倒三角管桁架钢屋盖滑移施工技术[J].建筑技术（中英文）, 2024, 53(02): 50-55.
