济南融创茂海洋乐园钢结构累积滑移施工技术

黄 强，冯启冰，余金兵，常武光

(中冶(上海)钢结构科技有限公司，上海 200941)

1 工程概述

济南融创茂有4个单体，如图1所示。其中，水乐园、海洋乐园、体育乐园3个单体屋盖为钢结构。海洋乐园长151.7m、宽170.56m，钢屋盖设计为东西两侧低、中间高的双坡形式，屋盖下方设计有3根钢管混凝土柱支撑钢屋盖，根据其平面布置分为北侧三角形吊装区和南侧矩形滑移区2个施工段，其中滑移区为由10榀倒三角圆管桁架+2榀单片圆管桁架组成。管桁架下弦杆水平，中心线标高均为17.050m，端部与外框架混凝土柱相连；上弦杆倾斜呈线性变化，桁架高度为3.7～7.2m。最大跨度80m，最重1榀桁架约300t。

图1 整体建筑效果

2 滑移施工技术

2.1 施工方案选择

海洋乐园屋盖管桁架结构形式相似、跨度大、分布广，内部土建结构复杂，主体结构工期紧张，无法采用大型起重机械进入内部施工的方案。而在外围选择大型起重机械进行吊装存在以下问题：机械选型大，施工成本高，不经济；海洋乐园东、西、北方向均有其他单体进行施工作业，起重机械无站位区域，方案不可行。根据现场整体场地条件及结构设计形式，综合考虑，采用先将管桁架在海洋乐园南侧分段组拼成滑移单元，再通过液压同步滑移技术，将滑移区管桁架12榀管桁架累积滑移到位的施工方案。

2.2 滑移施工

海洋乐园滑移区划分为12个施工单元，如图2所示。每个施工单元包含东西向管桁架与前一单元连接的连系构件。在滑移区共设置3条滑移线，分别位于西侧①轴、东侧⑩轴和中间⑥轴；其中①，⑩轴滑移轨道设置在海洋乐园外排混凝土框架结构上，⑥轴滑移线下方为混凝土框架结构或回填土层，为确保滑移轨道水平铺设，需沿⑥轴设置1排共10个高度不同的支撑胎架来支承轨道钢梁及滑移轨道。

图2 施工单元划分

因荣创茂整个地块面积不大，海洋乐园南侧场地范围较小，3条滑移线无法再向南延伸1个施工单元距离，而海洋乐园内部土建正在施工，更无多余位置搭设额外支撑架。因此，海洋乐园滑移施工只能为单榀累积滑移，每个滑移单元在轴外排混凝土框架结构顶部进行安装，12个施工单元共需滑移11次，最后1个施工单元仅需吊装。

2.3 滑移线设置

1)①轴滑移线轨道钢梁依附于钢筋混凝土外排框架结构，布置在柱顶和梁顶，钢梁下设置八字撑，钢梁上安装通长钢轨。

2)⑥轴滑移线轨道梁下方为钢筋混凝土框架结构或回填土层，为保证滑移轨道水平铺设，需设置10个高度不同的支撑胎架来支承轨道钢梁及滑移轨道。

3)⑩轴钢梁依附于钢筋混凝土外排框架结构，布置在其柱顶和柱侧，因～轴柱顶连系梁存在折线偏移，因此，须在柱侧设置型钢牛腿托住轨道钢梁，钢梁下设置八字撑，钢梁上安装通长钢轨。

3条滑移线立面布置如图3所示。

图3 滑移线立面

为保证滑移轨道及滑移梁顶面水平度，降低滑动摩擦系数，滑移梁及滑移轨道在制作安装时，应满足：①单根轨道上表面水平度

2.4 施工单元吊装

管桁架最长为160m，最重的1榀达200t，需提前进行合理分段再起吊安装。大跨度管桁架分段是本工程重点，包括管桁架分段位置及质量，起重机械选择、行走路线及站位区域。为顺利实施分段吊装，实施前应进行以下策划。

1)施工前对钢结构滑移单元进行合理分段，各分段桁架质量差距不应太大，且分段桁架质量均在起重机吊装能力范围内。同时考虑到工期紧张，分段也不宜过多，过多不仅增加吊装时间，高空焊接工作量也大量增加; 分段太少则需选择更大的起重机械，增加施工成本。经综合分析考虑，选择1台400t履带式起重机作为主吊机进行管桁架分段吊装、1台100t履带式起重机作为辅助吊机进行其他连系构件吊装；每个东西向桁架分成4段，分段点位于③，⑥，⑧轴，最重分段质量约53t。桁架分段如图4所示。

图4 管桁架分段划分

2)东西向管桁架分为4段，起吊至待滑位置组成一整榀，需5个支撑点，其中①，⑥，⑩轴3条滑移线可作为3个支撑点，另需在/③，/⑧再增加2个支撑胎架作为临时支撑点。

3)无论是倒三角管桁架还是单片管桁架，在分段吊装时，均需加强管桁架侧向稳定性。通过在轴外排混凝土柱顶上设置支撑架(见图5)，拉结东西向管桁架上弦杆，以确保管桁架在高空不会发生倾翻事故。

图5 管桁架侧向稳定支撑架

2.5 累积滑移

由于管桁架钢屋盖为中间高、东西两端低的带坡形式，因此，中间⑥轴滑移线集中了屋盖全部质量的70%。经计算，须在⑥轴布置4台液压爬行器作为滑移驱动设备，①，⑩轴各布置2台。液压爬行器顶推点位置如图6所示。

图6 顶推点布置

液压顶推器为组合式结构，一端以楔形夹块与滑移轨道连接，另一端以铰接点形式与滑移胎架或构件连接，中间利用液压油缸驱动爬行。液压爬行器楔形夹块具有单向自锁作用。当油缸伸出时，楔形夹块夹紧，自动锁紧滑移轨道；油缸缩回时，夹块松开，与油缸同方向移动。

液压同步滑移施工技术采用计算机控制，通过数据反馈和控制指令传递，可全自动实现一定的同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能。

由于采用单榀滑移，首榀管桁架滑移的侧向稳定性极为重要。因此，在首榀管桁架前后利用刚性支撑支承在主桁架上、下弦处，形成空间三角稳定结构，如图7所示。

图7 首榀管桁架侧向稳定示意

通过2台履带式起重机进行钢构件安装，然后通过液压爬行器顶推向北滑移。

2.6 整体卸载

滑移区桁架全部到位后，滑移区与吊装区连接；钢结构安装完成及焊接完成确认后，卸载支撑结构。

支撑结构卸载即对屋面管桁架支撑力释放的过程。卸载时，屋面管桁架结构体系逐渐开始承受自重，即主桁架自重由次桁架承担转变为由外框架钢筋混凝土柱及钢管混凝土柱承担，次桁架自重由滑移线承担转变为由外框架钢筋混凝土柱及主桁架承担。

累积滑移区中，先卸载①，⑩轴滑移线上支撑点，通过设置千斤顶进行滑移线支撑点设置、卸载及成品支座安装。再卸载⑥轴滑移线上的支撑点，卸载方式为所有支撑点分级同步卸载，通过在轨道钢梁侧面设置牛腿及千斤顶进行支撑力卸载，如图8所示。

图8 ⑥轴支撑点卸载示意

2.7 其他注意事项

1)海洋乐园钢结构屋盖原设计支撑为外排混凝土框架柱及内部3根钢柱支撑管桁架的方式。如采用滑移施工，则变为3条滑移线支撑管桁架，结构跨度及受力形式发生根本变化，变形量会有大幅增加，不能满足设计功能要求。

通过有限元分析软件SAP2000对滑移施工过程中管桁架屋盖自身安全稳定性进行分析可知，约100根杆件存在应力比>0.9，主要为桁架间连系杆及⑥轴滑移线管桁架腹杆；滑移阶段存在杆件应力比过大，需进行杆件替换或加固。经与设计及业主沟通，最终以更大截面钢管替换了应力比计算过大的100根杆件，提高了管桁架本身刚度及应力情况，降低了钢结构屋盖受支撑形式改变所带来的影响。

2)由于钢屋盖为中间屋脊高、东西两端低的带坡结构形式，中间⑥轴滑移线集中了全部工程量的70%，因此，中间⑥轴滑移线的液压爬行器数量较①，⑩轴滑移线多。由于顶推点分布不均，滑移过程中3条滑移线上液压爬行器的顶推不完全同步。因此，要对不同步工况进行验算，通过有限元分析软件MIDAS，主动施加不同步位移来验算结构变形及安全稳定性。经计算，管桁架主杆件应力比均<0.8，变形可控，在安全范围以内，因此，即使出现小的不同步值，滑移施工仍安全可行。

3)支撑结构卸载施工以理论计算为依据、以变形控制为核心、以测量监测为手段、以安全平稳为目标。卸载顺序要协调统一，防止构件不均匀受力，产生较大的卸载过程应力。卸载步级要平稳，防止卸载过程产生较大的冲击力。

3 结语

通过对海洋乐园土建结构、钢结构、滑移措施结构的研究，进一步深入分析了适用该工程的施工工艺方法。其中，使用滑移施工技术解决了该项目场地条件紧张、大型机械无法进场施工的困难；而滑移线等措施结构依附于土建结构，解决了土建结构设计复杂、滑移线布置困难的问题；各类计算分析则验算了滑移施工对钢屋盖本身及其他结构的安全影响，进一步完善了施工分析的技术模拟应用。通过策划及实施，该工艺关键技术在实施过程中获得了成功应用，钢结构质量、安全、进度均得到了保证。