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武汉新芯FAB12B中国建筑金属结构信息网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中国建筑金属结构信息网工程为钢桁架结构，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中国建筑金属结构信息网工程为钢桁架结构，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)中国建筑金属结构信息网加工,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中国建筑金属结构信息网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，基本满足中国建筑金属结构信息网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、大跨度中国建筑金属结构信息网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，中国建筑金属结构信息网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、《中国大型建筑中国建筑金属结构信息网工程设计与施工》 中国中国建筑金属结构信息网协会编
    2、《建筑中国建筑金属结构信息网焊接技术规程》（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、《中国建筑金属结构信息网设计原理》（第一版）王肇民.上海：同济大学出版社，1999
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