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武漢新芯FAB12B鋼結構工程高空滑移施工技術(shù)

作者：戴 陽(yáng) 等    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]
武漢新芯集成電路制造有限公司FAB12B鋼結構工程為鋼桁架結構，其鋼桁架位于15.5m砼結構樓層上，桁架下弦為設備技術(shù)層、上弦做為屋蓋。施工場(chǎng)地狹小,施工采用同步滑移技術(shù)，科學(xué)的劃分了滑移單元，并采取有效的同步控制措施，實(shí)現了多條軌道的同步滑移，取得了良好的效果。
    關(guān)鍵詞：鋼桁架 砼結構樓層 同步滑移 同步控制

    1、工程概況：
    武漢新芯集成電路制造有限公司FAB12B鋼結構工程為鋼桁架結構，其鋼桁架位于15.5m標高砼結構樓層上，桁架下弦做為設備技術(shù)層、上弦做為屋蓋。工程建筑總長(cháng)126米，跨度94米，柱距8.4米，鋼桁架高度8-9米，建筑面積約12000平方米，屋面坡比1：30。主體結構采用焊接H型鋼組合式桁架,所有坡口及節點(diǎn)區焊縫均為熔透焊縫,焊縫等級為一級，焊接要求較高。鋼桁架材質(zhì)均采用Q345B，結構總用鋼量為3200噸，安裝使用10.9S級扭剪型高強螺栓連接。 樓面、屋面均采用鋼承板現澆混凝土組合樓板,單脊雙坡。該工程施工場(chǎng)地狹小，導致安裝施工難度大，施工采用同步滑移技術(shù)，科學(xué)的劃分了滑移單元，并采取有效的同步控制措施，實(shí)現了多條軌道的同步滑移，取得了良好的效果.

    2、工程特點(diǎn)及重點(diǎn)分析
    2.1工程特點(diǎn)
    (1)結構跨度大、現場(chǎng)施工場(chǎng)地小
    本工程中桁架的跨度為94m,結構跨度大。同時(shí)鋼桁架由H型鋼組成空間桁架體系。施工時(shí)要盡量保證空間的整體性，因此桁架在制作運輸時(shí)，將主桁架分為20m左右的制作單元。另因本工程可供結構吊裝的場(chǎng)地較小，該工程下部為砼二層結構，結構上方不能受力，因此僅能利用本工程一端的場(chǎng)地施工。
    (2)單件體型大,構件重
    本工程桁架單件體型大,桁架兩端高度均達7.7m,構件長(cháng)度達到94m，構件的單重較大,最重單榀桁架的重量達到120T。
    (3)鋼結構加工,安裝焊縫技術(shù)難度較大
    由于本工程屋面鋼桁架上下弦桿均采用焊接H型鋼,且對接焊縫均為一級焊縫,構件加工制作及現場(chǎng)安裝焊接要求較高。同時(shí),由于構件截面存在部分厚板與薄板焊接,焊接時(shí)需考慮厚板焊接工藝。所有坡口焊均為全熔透等強焊縫，坡口焊縫為一級。
    (4)滑移胎架設計難度較大、桁架滑移同步控制難
    由于桁架總重量較大,支撐胎架單點(diǎn)最大荷載較高且滑移施工荷載為非固定荷載,滑移施工胎架設計分析難度較大,且滑移措施結構多與混凝土結構存在關(guān)系,相關(guān)措施設計較為復雜.
    由于桁架總長(cháng)約94m,滑移次數較多,滑移同步控制難度較大.因此,桁架整體尺寸累積誤差控制難.
    2.2施工總體思路
    (1)構件加工制作精度控制
    桁架弦桿在工廠(chǎng)分段制作,制作長(cháng)度不大于18m,腹桿散件加工,每榀桁架在生產(chǎn)車(chē)間均實(shí)行整體預拼裝,且桁架起拱及標識均在車(chē)間制作完成。
    (2)現場(chǎng)地面拼裝
    桁架弦桿分段運至施工現場(chǎng),腹桿散件運至現場(chǎng),在地面二次拼裝臺上拼裝成單榀桁架（分段吊至高空拼裝臺上，實(shí)施高空拼裝）。
    (3)高空拼裝
    在樓面平臺上搭設高空散裝胎架,將單榀桁架吊裝至指定位置組裝,其它構件均以散件形式在高空進(jìn)行拼裝。
    (4)由北向南滑移,組成兩榀桁架并將桁架與桁架之間次梁及支撐連成整體后,采用三滑道三條軌道同步液壓推進(jìn)滑移法向前滑移至指定位置,依次將其余桁架分別高空組裝完成并累積滑移到位.
    (5)卸載
    分步驟同步卸載,先中間桁架部分卸載,然后將相應支座落位,最后桁架完全卸載,每一步驟中千斤頂位移同步跟上。
    3.施工技術(shù)
    3.1施工流程圖：

    3.2高空滑移的技術(shù)處理和施工驗算
    3.2.1對施工設施的設計計算
    (1) 高空拼裝平臺的設計計算，應考慮各種不利因素的影響，使平臺又牢固又省料，同時(shí)要充分利用我們過(guò)去鋼結構安裝使用過(guò)的鋼支架、鋼梁、鋼柱。利用H400X400 X8X12的型鋼做胎具的底座(二條通長(cháng))緊貼7.3m平臺樓面，用H300X300 X8X12的型鋼做胎具的立柱焊在H400X400 X8X12鋼梁上(共10根),H200X200 X8X10的型鋼焊接在立柱上用來(lái)穩定鋼柱和保證屋架梁的定位,并在H200X200 X8X10的型鋼上設置限位擋塊和抱桿,并在每段屋架上設置8根攬風(fēng)繩,以保證單片屋架的固定,調整和加快吊車(chē)的脫鉤.7.3米平臺樓面設計可承受貨載為1.5噸/平方米,無(wú)法承受桁架的荷載,還需利用±0m -- ±7.3 m之間砼柱將桁架的重力傳遞至地面。

    （2）軌道梁的選擇和計算：經(jīng)過(guò)反復的計算與優(yōu)化，本工程的推移軌道的承軌梁選擇魚(yú)腹式H型鋼，其邊柱的承軌梁為H800*400*14*25，中柱承軌梁為H100*450*14*25, 承軌梁之間用安裝螺栓連接,以保證整個(gè)承軌梁的穩定性。
    （3）液壓爬行器的選擇:本工程采用三臺自行研發(fā)50噸液壓爬行器, 爬行器安裝固定在100kg的重軌上,液壓爬行器的總推力為:3倍X50噸＝150噸,固整個(gè)的推力為150噸,而桁架每單元產(chǎn)生的摩擦力為228噸X1.4(動(dòng)力系數)X0.4(摩擦系數) ＝128噸.推力遠遠大于摩擦力,驗算通過(guò)。
    3.2.2滑移過(guò)程中的靜力、動(dòng)力分析
    （1）滑移過(guò)程中對混凝土柱和柱間鋼支撐的靜力、動(dòng)力的分析驗算。（由于滑移速度1.0米/分，動(dòng)力系數可忽略不計，試滑時(shí)要測動(dòng)力系數）
    （2）長(cháng)度94m，每8.4m寬作一次滑移，在每滑一次工況下，滑出平臺部分鋼桁架（最少2榀）的桿件應力和跨中撓度的驗算。當應力不滿(mǎn)足時(shí)，要對桿件加固；當撓度不滿(mǎn)足時(shí)，要采取拼裝起拱值（取250mm），仍不達要求時(shí)，采用預應力方法使其提高跨中剛度，特別是端桁架（HJ35和HJ33組合）設計中為每24m有6個(gè)支承點(diǎn)，但在滑移中變?yōu)槿酥С?，因此采用預應力方法提高桁架剛度，采用預應力方法克服下?lián)线^(guò)大。
    （3）靜力、動(dòng)力分析結果，要確保達到：任何工況下桿件不致受損；施工設施安全可靠；分10次滑出鋼桁架在任何行進(jìn)狀態(tài)中，任何桿件的應力和整體撓度不得超過(guò)允許值。高空滑移施工中技術(shù)處理措施、施工驗算和復核均通過(guò)權威單位進(jìn)行的論證評估，確保萬(wàn)無(wú)一失。
    3.3高空滑移關(guān)鍵工序
    3.3.1準備工作
    (1)高空滑移法安裝的施工組織設計做到細化、論證、評估、完善，重點(diǎn)放在滑移過(guò)程從始至終全部工況中，鋼桁架在自重作用下的強度、剛度、穩定的驗算以及決定采取的有效方法。經(jīng)濟可靠的相應措施，同時(shí)請設計院驗算下部柱、梁的強度和抗裂、穩定性，從理論上提供本法的實(shí)施前提。
    (2)場(chǎng)外拼裝場(chǎng)的設置，在地面應具有同時(shí)拼裝94m長(cháng)兩榀鋼桁架的組拼能力,分成6段各(12-24)m長(cháng)度不等的桁架段，配備50t汽車(chē)吊二臺，25t汽車(chē)吊一臺，做好場(chǎng)外拼裝場(chǎng)的材料、工機具、人力的配備。直接為高空拼裝平臺提供拼接段，盡量減少高空作業(yè)對質(zhì)量和安全的不利影響和焊接工作量。
    (3) 滑移軌道設置
    1、滑移軌道，下設鋼墊板
    采用100kg/m的重軌
    2、滑移軌道的質(zhì)量直接關(guān)系到滑移施工的安全和質(zhì)量，允許誤差值應符合專(zhuān)門(mén)規定，主要有：
    A、軌道標高差在一個(gè)柱距內控制在4mm以?xún)?br /> B、軌道中心線(xiàn)偏移控制在3mm以?xún)?br /> C、軌道接頭高差為零（焊縫打磨平正）
    D、相鄰軌道頂面高差（L為軌長(cháng)）L/500；且控制在10mm以?xún)?br /> E、軌道中心線(xiàn)與鋼桁架支座中心線(xiàn)偏差控制在3mm以?xún)?br /> F、軌道水平投影間距偏差控制在10mm之間
    3、滑移軌道位于軌道梁上,軌道標高略高于鋼桁架支座底部標高（約為80-100mm）。支座直接在滑軌上滑移時(shí)，要呈園倒角，滑軌兩側無(wú)障礙，表面涂潤滑油或新型高分子材料以減少摩擦力?；瑒?dòng)外側設寬1.5m的安全通道，其欄桿做成可拆裝式，不影響滑移工
    3.3.2滑移的措施
    (1)利用第一層樓砼頂板和第二層砼墻柱于連系梁施工完畢后，在主廠(chǎng)房5軸線(xiàn)一側布置一臺250t履帶式坦克吊；搭設高空拼裝平臺；搭設的拼裝胎架在7.3m與軌道頂面標高處，并沿B、N、（1/G）軸布設推移支座、軌道梁、軌道（自制）（推移軌道安裝在第二層的15.5米平臺梁的推移承重支座上），各分段桁架通過(guò)250噸履帶式吊車(chē)吊裝到拼裝胎架上進(jìn)行組對、校正、焊接。再將三、四層系梁、系桿安裝到位，將拼裝好的桁架單元落放在B、N、（1/G）軸三條軌道上，然后將桁架之間的屋面梁就位.

    (2)高空拼裝平臺是保證拼接精度，減少積累誤差，防止結構下沉，確保安全的重要措施。在設計、選材、搭設、驗收、使用和維護等技術(shù)環(huán)節上，既要嚴格要求又要節約材料。
    (3)高空拼裝臺和滑道之間要牢固連接，相互構成整體穩定架。
    3.3.3同步控制措施:
    (1)設計專(zhuān)用控制柜,三臺液壓爬行器即可實(shí)現同步工作;
    (2)在三條推移軌道上設置刻度標尺,每5厘米一格,1 m為一大區格,2柱間8.4m處為一個(gè)控制單元,三條軌道上用三臺對講機同時(shí)向爬行器控制總臺報數,如不同步值超出限值,即可作相應停推處理。
    3.3.4桁架落位
    （1）鋼桁架落位進(jìn)程是桁架緩慢協(xié)同空間受力的過(guò)程，鋼桁架會(huì )發(fā)生較大的內力重分布，并逐漸過(guò)渡到設計狀態(tài)，特制定落位方案。
    （2）鋼桁架滑移到位后，要仔細檢查跨度、標高、落位中心及鋼桁架整體和分部尺寸。

    （3）滑移支座拆除時(shí)遵循“變形協(xié)調，卸載均衡”的原則，不可造成桁架局部、整體失穩，通過(guò)施工驗算，保證“平穩過(guò)渡”，必要時(shí)對有關(guān)構件進(jìn)行臨時(shí)加強。
    （4）滑移支座的拆除順序和措施的確定。用滑移支座兩側各兩臺千斤頂（起重能力要視各落位點(diǎn)重量且考慮1.4的系數）頂起10-20mm后拆除滑移支座，然后通過(guò)多次循環(huán)緩慢下降來(lái)實(shí)現荷載平衡轉移，卸載順序要求對稱(chēng)進(jìn)行。由于無(wú)法做到絕對同步，桿件內力會(huì )有不同增減，要在桁架主要受力桿（如端部受壓最大的桿件）放置檢驗裝置（如貼應變片等）觀(guān)測應力的變化狀態(tài)；設置高程測量控制點(diǎn)，進(jìn)行全程監控；千斤頂下降采用四邊分區、分階段同時(shí)進(jìn)行；按序下降，且每次下降不超過(guò)10mm等，在控制狀態(tài)下，落到支座上。
    3.3.5滑移及同步控制總結
    （1）中間軌道、兩邊單軌道及多條軌道同步液壓滑移，精度要求較高，過(guò)程中單行程同步誤差在3mm以?xún)?，累積后調整，保證累積誤差在5mm以?xún)?，基本滿(mǎn)足鋼結構變形和安裝就位要求。
    （2）整體同步滑移采用控制專(zhuān)柜，保證三臺液壓爬行器實(shí)現同步工作，且在軌道上設置刻度標尺，有效的控制滑移過(guò)程的超限問(wèn)題。
    （3）桁架落位時(shí)千斤頂的選擇，要考慮其行程是否符合下降要求；固定支座是否就位正確，其固定要分階實(shí)施以保證桁架下降穩定，拼裝應力釋放完成后才進(jìn)行做最終固定，并做好落位紀錄等；進(jìn)行周密組織，統一指揮，對號入座，執行落位責任制。
    （4）做好收尾工作：如鋼桁架表面清潔后進(jìn)行敷涂面漆和防火涂層噴涂；拆除滑移軌道和高空拼裝拼臺；凡在混凝土梁、柱上的預埋鋼板要盡量拆除，如果永久性的留下，埋件要實(shí)施除銹油漆，做好對承重混凝土結構的保護；做好鋼桁架安裝技術(shù)資料、文件的匯總等。
    4、結束語(yǔ)
    隨著(zhù)我國體育場(chǎng)館、會(huì )展類(lèi)大型綜合性建筑的大批量建設，大空間、大跨度鋼結構的設計施工水平均得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。伴隨著(zhù)結構形式的多樣化、復雜性，各種先進(jìn)的施工技術(shù)也在不斷的更新、發(fā)展，更加頻繁的投入到施工建設之中。在武漢新芯鋼桁架的施工過(guò)程中，鋼結構焊接熔透焊縫的檢測均一次性通過(guò)；工程滑移施工的進(jìn)展也比較順利，通過(guò)充分的滑移技術(shù)準備及過(guò)程中采取有效的同步控制措施，實(shí)現了多條軌道同步滑移，使同步滑移工藝充分發(fā)揮其高效性、科學(xué)性、經(jīng)濟性的理念，也為同類(lèi)型工程的施工積累了一定的施工經(jīng)驗。

    參 考 文 獻：
    1、《中國大型建筑鋼結構工程設計與施工》 中國鋼結構協(xié)會(huì )編
    2、《建筑鋼結構焊接技術(shù)規程》（JGJ81-2002）北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002
    3、《新編液壓工程手冊》北京：北京理工大學(xué)出版社，1998
    4、《鋼結構設計原理》（第一版）王肇民.上海：同濟大學(xué)出版社，1999
    附圖片：
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