大型钢结构滑移过程多点水平同步牵引施工技术分析

朱 丁 邢济岐 徐飞飞 杨梓涵 李浩楠

大型钢结构在施工过程中的难度较大，对质量与安全要求较高，采用常规起重设备会增加吊装难度。为确保大型钢结构施工活动能够顺利进行，必须结合项目实际情况，采取滑移施工技术，并通过大型钢结构滑移过程多点水平同步牵引施工技术的应用，有效控制施工质量与效率，满足项目工程施工的实际需求。

1 工程概述

西安市儿童医院经开院区项目位于西安市经开区尚稷路与草滩八路十字东北角处，工程由2#门诊楼、4-1#门诊急诊楼、3-1#住院楼、3-2#住院楼、3-5#医技楼及7-1#地下车库组成，占地面积133 333 m2，建筑面积20.48 万m2，合同金额13.7 亿元。其中，3-1#、3-2#住院楼之间有一个跨度24.3 m、高12.6 m、自重达200 t 的钢结构大连廊。为确保钢结构大连廊滑移施工的安全与稳定，采取同步牵引施工技术，下面对同步牵引施工技术的应用展开分析。

2 滑移施工方案

大型钢结构桁架滑移所采取的施工工艺为“整体累计滑移”，在工艺确定前要按照桁架结构布置特征及滑移施工工艺要求进行仔细分析。拼接完成1 跨与2 跨后，整体向前滑移，在滑移到指定位置后开始拼装第3 跨与第2 跨，以此类推进行整体滑移施工。在滑移区拼装完成的主、次桁架可以按照“液压同步顶推滑移”系统进行整体滑移。液压顶推器是液压同步顶推滑移技术所采用的滑移驱动设备。液压顶推器在设计时，所采用的方案为组合式设计，后部为顶紧装置，前部为销轴与连接耳板，要求分别与滑道、被推移结构相连接，驱动顶推力由中间的主液压缸产生[1]。

钢结构在滑移过程中由于钢结构的重量达到200 t，且跨度较大，滑移单元很容易受到牵引力不均匀及滑移位置不同步的影响发生单元偏扭。主桁架底部为顶推位置，主桁架上部节点会受到顶推力的影响产生弯矩，影响主桁架结构的稳定性[2]。因此，在滑移施工过程中必须对牵引力进行合理控制，且要合理确定拉索的预应力，确保滑移施工过程中结构的安全与稳定[3]。

3 滑移过程导致不同步的影响因素

3.1 牵引力的影响

钢结构滑移时受到的力较多，有竖向方向的自重荷载、支座反力、顶推器的牵引力、滑靴与制作之间的摩擦力、不同步位移产生的内力等[4]。滑移工程中当牵引力F1、F2不均时就会让位移不同步产生偏转，对钢结构产生附加力矩M。M与牵引力的差值、滑动摩擦系数、自身重量、钢结构参数跨度等有关，当附加力矩M由牵引力产值产生时，与水平推力R形成平衡力矩[5]。ΔF为牵引力的不均匀差值，ΔF与R呈正比，在同步滑移过程中支座压力增加，滑移会受到影响。

3.2 索预应力的影响

钢结构的滑移全过程相对复杂，不同工况各点的应力也会发生一些变化，结构内部则会受到影响，会在杆件上产生附加力。主桁架会受到副桁架、檩条等影响，让其稳定性下降，导致滑移过程出现不同步情况。

4 大型钢结构滑移过程多点水平同步牵引施工技术控制要点

4.1 做好准备工作

连廊钢结构拼装在其安装投影面的1层混凝土楼面上，拼装时用2 台70 t 履带式起重机，在场外构件倒运使用1 台100 t 履带式起重机。为满足构件堆放与起重机行走等需求，要求能通过专门的设计与计算，对拼装场地进行加固，为开展拼装工作奠定基础。

桁架设置在安装分段位置，是由于斜腹杆难以在之前施工环节进行完全安装；主桁架下弦杆在分段处处于悬臂状态，局部节点会在整个提升过程中出现强度不足、端部变形过大等情况。要对下弦杆吊点位置与斜腹杆分段进行连接加固，使用的方式为临时加固杆，相邻各层节点可以有来自下吊点的反力，同时也能让端部具有良好的抗弯刚度。

4.2 竖向液压提升平台制作

三腿支撑式液压平台的焊接固定点可使用环形抱柱，液压提升吊点平面布置如图1 所示。采用坡口焊焊接H 型钢两端，周圈满焊，焊工必须持证上岗。

图1 液压提升吊点平面布置（来源：作者自绘）

4.3 设备安装及调试

在提前制作好的三腿支撑式钢平台上安装液压提升设备，将钢丝绳穿好，并与液压提升泵站及液压提升控制系统进行连接，连接完成后按照要求进行调试，确保设备安全可靠。本项目运用的设备工具包括TLJ-600 液压提升器、TLHPS60 液压泵源系统、TL-CS 11.2 同步控制系统、液压油管及TL-SL 传感器等。

4.4 提升临时措施的设置

本项目中同步提升设备的安装十分重要，关系整个施工过程的安全与稳定。上吊点需合理安置，并将提升设备设置在上吊点上。整体提升结构可使用专用钢绞线提升到上吊点，并与下吊点连接起来。支撑平台使用塔楼上面部分的钢桁架，将提升平台安置在钢桁架上，并添加临时支撑。在提升平台上设置整体提升的上吊点，在提升结构主桁架的上弦杆上设置下吊点。

4.5 同步吊点设置

本项目总共有6 组吊点，液压提升器为6 台。将一套同步传感器设置在液压提升器各处，同步测量吊装过程中液压提升器的位移。计算过程中可以使用SAPA 2000 软件，确保计算的精准性与可靠性。钢连廊总重为200 t，竖向约束及水平向的弹簧约束在吊点位置施加，弹簧刚度取值为0.001 kN/mm；恒荷载分项系数、动力系数、综合桁架提升时荷载分项系数分别为1.5、1.15、1.5。

提升上吊点的设置：提升平台选择的平台梁截面形式为B450×450×20 的箱型梁，立柱及斜支撑截面形式、拉缸截面形式分别为H450×450×18×20 的H型钢与H400×400×20×20的H型钢。提升下吊点的设置：拼装完整的结构可以采用整体提升法，结构自重产生的竖向荷载是其承担的主要荷载。在主桁架上弦杆翼缘上设置下吊点，专用的吊装工具设置在上弦杆提升中心的位置。

4.6 拼装及试提升

整个钢结构可以分为两层，吊装与滑移需分段进行，在完成拼装后可以整体提升。在第一段滑到设计位置后，要进行稳定提升，提升到第2 段顶标高处，为保证提升的有效性需留出足够的空间，然后再将第2 段滑移至其正下方。在对提升进行测量与矫正之后开展拼装与焊接工作，一级焊缝100%探伤检测必须严格按照操作标准执行，在检测符合要求后要试提升20 ～30 cm。

4.7 桁架控制

在牵引过程中要做好桁架控制，尤其在启动与停止阶段，张弦桁架间只有次桁架与檩条进行连接，下弦杆件位于中间区域，无法受到有效约束，且张拉索的跨度较大，具有较高的张弦桁架，两边牵引速度无法同步，就会引起桁架变形。所以为避免桁架发生变形，需做好桁架控制：对滑道进行严格控制，在施工结束后在滑道上涂抹黄油；为确保牵引的同步和负载均衡，可以使用计算器智能控制系统，提升控制精准度，降低位移偏差。

4.8 落地端滑移控制

提升过程中需做好落地端滑移控制。在主桁架提升过程中，当地端发生不动的情况时，就会让钢绞索出现偏斜，水平分力会在主桁架部分产生，可以让主桁架继续水平平移。摩擦阻力与水平分力呈正比，提升装置的承重部件会受到影响。将滑移装置设置在主桁架落地端，以此减小摩擦阻力，确保主桁架提升的稳定性与可靠性。滑移导轨、滑移拖板等共同组成滑移装置，滑移拖板的材料为不锈钢板，厚度为20 mm。在整个主桁架提升过程中，对垂直偏角进行有效控制，要求垂直偏角≤2°，垂直偏角需使用经纬仪进行监测，主桁架落地端的水平滑移位置需根据垂直偏角的大小与方向进行调整。

5 监测及质量控制要点

5.1 监测要点

整个滑移施工全过程相对比较复杂，振动由各种因素引起，从而让主桁架发生变形，影响跨中挠度。所以对于跨中挠度的监测十分必要，能判断主桁架结构在滑移过程中的受力状态。监测结构单榀跨中下弦点位置，高差变化需依据施工过程进行确定，对测点挠度的变化进行科学计算；对水平推力进行监测，可以将电阻应变片贴在导向轮支架上，并且接入应变测试系统对水平推力进行监测。

使用传感器对变形、受力状态等进行监测，要求传感器具有较小的体积与较高的灵敏度，满足监测实际需求，确保监测数据的稳定性与精准度。按照收集到的数据信息，及时对危险位置进行调整，确保施工安全。

5.2 质量控制要点

大型钢结构滑移过程多点水平同步牵引施工必须做好质量控制，质量控制要点如下。

第一，用测量仪器测量连廊整体的提升高度，在吊点位置布置测量点[6]。第二，各个吊点的初始位置要在正式提升前进行测量，各个吊点的钢丝绳长度需要根据测量结果利用液压提升控制系统进行调整，确保各个吊点保持在同一个高度。第三，各吊点的钢丝绳长度需在每次测量结束后根据结果进行调整，确保各个吊点能保持在同一高度上。第四，在提升就位阶段，各个吊点位置在钢连廊提升至距设计高度约20 cm 左右时要进行对口测量，确保钢连廊与隔震支座的对口保持精准。第五，为确保滑移施工的安全性与稳定性，当轨道表面出现平整度偏差且偏差值达到20 mm 时，需分析屋盖的变形与内力；当爬行器失效或发生故障后，滑移会在短时间内出现不同步的情况，当不同步≥30 mm 时需分析屋盖的变形与内力。第六，在完成主桁架的全部安装后，需使用全站仪与经纬仪对就位后的精度进行测量，检测主桁架各个节点在X、Y、Z轴上的坐标值，检测结果出来后要对比实际值与理论值，详细记录二者的偏差，在后续安装过程中要对照偏差值进行适当调整。第七，大型钢结构滑移需采用重型轨道。轨道系统可以分为3 种，分别为槽钢、H 型钢与钢轨。本项目选择的是H 型钢，适合滑动摩擦与滚动摩擦。为了施工的稳定性与安全性，要求对钢轨刚度、强度进行验算，确保各项参数符合实际要求。

6 结语

大型钢结构滑移过程多点水平同步牵引施工过程中，为实现质量控制，必须严格按照施工工艺流程进行施工，做好施工重点环节的监测与质量控制，在提升施工质量与效率的同时，避免发生质量与安全问题。在我国建筑行业的快速发展过程中，各类大型钢结构建筑不断出现，大型钢结构通常采用滑移施工方法进行吊装，为确保整个施工过程的稳定可靠，要利用多点水平同步牵引施工技术，做好施工全过程的精细化管控，确保滑移施工的有效性。