受限环境下钢结构屋面安装技术研究

受限环境下钢结构屋面安装技术研究

安斌

上海二十冶建设有限公司上海市201900

摘要：由于建筑物已经施工完成，无法采用大型吊车进入建筑内行走式吊装，因此，选择定点吊装、高空拼接、液压滑移到位的安装方法最为经济合理。本文通过工程实例，研究了在受限环境下高空钢结构屋面安装的施工要点。

关键词：液压滑移；拼装、加固

1引言

大型综合体项目中往往会涉及钢结构屋面是在建筑物已经完成后，进行安装的情况，由于此时建筑物已经建成，无法采用传统的地面拼装、跨内吊装的安装工艺，无法利用大型机械吊装直接就位。本文结合实例详细阐述施工地理环境的特殊，受现场施工场地限制，钢结构屋面无法采用吊车直接吊装就位，且现场条件限制无地面拼装条件下，在建筑顶部安装钢结构屋面的遇到的技术难题和解决办法。

2工程概况

本案例建筑为婚纱古堡，建筑高度为22.15米，建筑三层设置有大型宴会厅，整个宴会大厅采用钢结构屋面覆盖，投影面积2031㎡，钢结构屋面设计由14榀主桁架以及相应的垂直支撑、水平支撑组成，单榀桁架长为29.70m，桁架两端支撑在混凝土结构梁上，单榀桁架重量约66吨。建筑周边环境东面为已建小区距离建筑约30米，地面为地下室顶板，西面为施工道路，围墙距建筑外墙11.7米，围墙内为已建成小区。

3方案思路

由于建筑物已经施工完成，无法采用大型吊车进入建筑内行走式吊装，因此，选择定点吊装、高空拼接、液压滑移到位的安装方法最为经济合理。

4技术难点分析及解决思路

4.1主吊位置的经济性比选

选择主吊机械的几个关键指标为单件吊物的重量，吊装半径，吊臂长度等，由于本案场地的特殊性，东面场地区域较大，吊装的空间大，材料在地面的堆场空间充足，吊装的限制因素较小，首选应该是东面吊装，但是由于吊车站位区域为地下室顶板，因此，在通道和吊装区域、构件存放区的顶板均需加固，加固区域约2000平米，时间长达3个月，经测算仅加固成本需100万左右。

西面场地紧邻二期围墙建筑与围墙边仅有11.7米宽，该路段为混凝土道路，地基承载里满足吊装要求，由于场地狭小吊装的难度较大，受限制因素较多，因此，西面吊装方案在技术上的可行性研究成为了能否节约措施成本的关键。

在通过施工模拟的过程中发现，影响吊装环境因素主要一是吊装机械距离建筑外墙太近，建筑外墙女儿墙距地面高度24.1米，因此，吊车回转半径和吊臂的长度的选择都受到限制，通过查询起重设备性能表，选择18.5米工作半径，吊臂长度48米，250t汽车吊可满足要求。通过分析第一组滑移单元中第一榀主桁架的拼装位置是本次吊装的关键，即吊车最大工作半径18.5米出现在第一榀主桁架的吊装。此后的主桁架与第一榀之间相差一个节距即4.2米，因此只要第一榀能够满足吊装要求，即可认为该主吊机械满足全部吊装要求。解决第一榀主桁架的吊装位置尽量后移，缩小与主吊机械的工作半径，通过采取将顶推液压缸的位置设置在第一榀主桁架和第二榀主桁架间的方式，最大限度将第一个滑移单元组后移，满足了吊装的需求。影响因素二是，二期围墙与吊车回转相干涉，通过与业主沟通决定在干涉区域拆除部分围墙，以满足吊装需求，安装结束后恢复。

影响因素三是，二期围墙内与一期施工道路的高差有1.2米，吊车打脚时无法借用二期空间。该问题通过在吊车吊装区域增加混凝土块（租用桩静压承载试验用的定制混凝土块）实现。

4.2分段拼装技术要点

本案中分段拼装作为安装方案的重要手段，在其应用过程中应注意哪些要点呢？

首先要考虑分段拼装架的设置位置，拼装胎架应设置在两个分段之间，能够同时承受两个分段一边的受力，本案中主桁架分三段拼装，因此在主桁架分段处设置两个拼装胎架。支撑柱布置在混凝土梁上，通过转换结构将力传递到柱结构，在西面墙面上设置埋件与框架相连，避免形成悬臂结构，分担钢桁架重量。

第二考虑拼装胎架本身的结构设计与受力分析，确定结构形式与材料。

第三应考虑拼装胎架设置在三层楼板上，建筑主体的承载力能否满足要求，如何解决建筑承载力问题。在拼装胎架的底部设置B500*300*16*16的矩形钢梁，放置在建筑三层框架梁与次梁上，并用硬木板隔离，避免力传递到三层楼板上，拼装胎架的顶部采用B500*250*15*15的矩形钢梁联接，支撑主桁架拼装。拼装胎架立柱之间采用角钢63连接形成稳定的框架结构。由于计算框架梁和次梁的结构承载力不足，需要加固，在集中受力部位将力通过格构柱传递至地下室底板，以满足受力要求。

4.3液压滑移技术要点

液压滑移技术作为本案中的关键技术，在具体操作中需从以下几方面去分析：

4.3.1液压设备以及顶推力分析

本项目牵引设备采用液压同步爬行器，两点顶推的方式进行。顶推速度控制在0.5m/min,两端的不同步值不应大于50mm。屋面钢结构滑移最大重量为14榀桁架，约1000t。滑动摩擦的起动牵引力为：Ft=μ1μ2G=0.15*1.5*9800=2205kN

Ft---总起动牵引力；

G---需滑移屋架总自重；

μ1---滑动摩擦系数，钢与钢自然轧制表面，经粗除锈充分润滑时取（0.12~0.15）；

μ2---阻力系数，当有其他因素影响牵引力时取1.3~1.5。

因此，爬行器可选用推进能力为100t的TLPG-1000型爬行推进器，每一轨道布置2台。

4.3.2滑移轨道的设置

根据桁钢桁架结构特点，分别在7-E轴和7-B轴混凝土柱及各混凝土柱间混凝土梁上各设置1条滑移轨道，由于屋盖支座底部由球铰支座支承，而球铰支座的安装精度及要求较高，同时也影响整体屋架的安装精度，因此，在设计滑移轨道时，应考虑将球铰支座首先安装在预埋钢板上，并按设计要求找正找平，并按设计标高调节好。在轨道敷设的路径上间隔布置了球铰支座，因此轨道需设置在球铰支座的上方，并穿越球铰支座沿梁方向布置，在支座间设置H200的型钢支座支承轨道，间隔500mm~800mm设置一处，用膨胀螺栓或植筋与梁连接，而型钢与轨道间采用压轨器固定。轨道与梁之间的空隙采用灌浆法用细石混凝土灌浆。

4.3.3滑移过程中受力分析

每条轨道上设置2台TLPG-1000爬行器，共计4台，每台爬行器额定顶推为1000KN。支座与轨道的摩擦系数取值0.2，共分十三次累积滑移。采用SAP2000对每个滑移工况进行模拟分析，荷载为结构自重，分项系数取1.4。经过变形云图分析，在滑移过程中有20个杆件超应力，应力分析中原LG1杆件φ114*4有20根超应力，经软件受力分析须置换24根φ146*10杆件。

4.3.4滑移到位卸载与就位

在整体钢结构屋架滑移到位后，还需要将滑移轨道拆除，整体屋架回落到结构梁承载的球形铰支座上。

卸载采取单条轨道单独卸载的方式，千斤顶选取QF50T-20b，千斤顶额定顶升能力50吨，行程200mm，桁架总重为1000吨，单条轨道荷载为500吨，单条轨道千斤顶数量28个，额定总顶升能力为1400吨，远大于单条轨道荷载500吨，满足要求。本工程卸载行程为滑移轨道高度加上10mm垫板，合计150mm。

具体操作应在每个支座的两侧焊接千斤顶支座，本工程需设置56处支座，设置56个千斤顶。如何实现同步回落，依据上部结构的受力情况，结构本身传力途径，变形状况，体系形成过程及实施支撑的布置情况，决定采用“分步骤多次循环微量下降”。由于在滑移时力系已经完成转换，在同步回落过程中主要控制回落的下降量，每次下降高度控制在30mm，由轨道一侧分步骤回落，在回落一个循环后检查钢结构屋架整体的情况，稳定后重复回落步骤，直至将轨道拆除，支座就位在预埋钢板上。

5结论

受限环境下的钢结构高空屋面安装是有别于传统钢结构安装的新技术，本文通过在实例阐述了在建筑物固定情况下，采用跨外吊装所遇到的技术难题，从吊车站位分析、拼装胎架设置、建筑物受力分析与加固、液压滑移所考虑的技术要点等多角度系统的分析了施工过程中的控制要点，为类似工程提供解决思路。

参考文献：

《建筑施工手册》第五版