大跨度钢结构空间管桁架滑移法施工技术探究

杜新亮

（山西建筑工程集团有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

随着我国大力加强城市现代化建设，建筑工程行业的数量和规模都在大幅增加，同时为了提高工程效率和质量，引入了各类先进施工技术，为大跨度钢结构空间管桁架的广泛应用奠定基础。但这一阶段的建设具有很强的系统性与复杂性，亟需加强对大跨度结构空间管桁架的设计研究，以提高工程建设的效率和质量。目前，国内外对空间钢结构空间管桁架结构的研究主要集中在对钢结构空间管桁架结构的研究上。随着科技的发展，空间结构的跨径早就已经超过了100m，最近几年，因为环境保护的需要，很多能源公司的封闭式建筑的跨径已经达到了200m 以上，用钢量很大，钢构件的规格和种类也很多，并且大临海工程建设对空间结构的受力设计和安全保障提出了更高的要求。

1 大跨度钢结构空间管桁架结构

目前，空间管桁架结构在各类建筑项目中被广泛应用，尤其以大型工业和市政建筑项目为主，其中以成都机场、沈阳滑雪场以及武汉跨江大桥等为典型代表。按不同类型杆架布置的受力差异性特征为依据，一般可将空间管桁架结构划分为两种类型：平面型和空间型。平面型空间管桁架结构是将腹杆及上下弦杆置于同一平面的一种新型结构，其平面外部的刚性较差，容易发生平面外部失衡。因而，具体施工应用中，会将腹杆与上下弦设置在三角形断面上，可增加其适用跨度，提高其空间稳定性，并可营造出良好的美学效果。对于大跨空间屋盖结构，在不能有效设置平面外支撑的情况下，可采用空间三角管桁架，该型式具有更好的稳定性，且需要更少的支撑件，从而降低工程造价。不同形状构造的大跨度钢结构管桁架连接方式，依据其连接连接件杆件截面的差异而定，具体如下：如果连接件截面是正方形，选用的桁架结构类型为R-R 型；如果连接件截面是长方形，选用的桁架结构类型为R-C 型；如果连接件截面是圆形，选用的桁架结构类型为C-C 型[1]。桁架的形状会直接受到弦杆的类型的影响，一般情况下，它主要是以曲线型桁架和直线型桁架为主要形式，从提高建筑的美感角度来说，曲线型桁架具有很高的使用价值。为减少工程造价，在实际应用中，对曲线管桁架进行了曲线管桁架的设计。采用钢管桁架结构进行设计和施工，既可以提高建筑工程的外观美感，又可以降低成本，与其他施工材料比较，在钢管桁架结构的应用过程中，所采用的材料具有更多的合理性，这符合现代建筑工程建设的需要，也符合先进的设计理念。

2 大跨度钢结构滑移法施工技术

滑移法适合于大跨度的单跨空间桁架，对于多个桁架结构相同，单杆重量较大，支座情况比较复杂的桁架，滑移法具有巨大的应用优势。滑移法常常与分段吊装法相结合使用，使得滑移法具有快速、无须大型吊装设备、对部分物料封闭式堆场不影响正常生产等优点，以提高工程效率。滑移法的工作原理是，在钢结构管桁架基础上预设焊接滑动轨道，待钢结构管桁架拼接组装完成以后，将其平稳放置在滑动轨道中，利用滑动轨道上部的顶推设置来将拼装好的管桁架一榀一榀地滑移输送，重复操作拼接，滑移，输送等步骤，将整个钢结构管桁架组装完整后，再应用顶升系统统进行管桁架的卸载和安装。从目前的情况来看，钢结构空间管桁架滑移法在工程实践中取得了良好的使用效果，成为大跨度钢结构工程应用的不二选择。

钢结构构件的焊接对结构工程的质量有着最直接的影响，因此，要选择合适的焊材、焊机，对焊接电压和电流进行控制，确保焊接部位的清洁及焊接作业与标准规范相一致，还要做好焊缝的检测工作。在吊装之前，应对吊点、吊索、卡环等进行校核，并对吊机的选用和基础的承载力是否符合标准进行校核。采用有限元方法，对大跨钢结构空间管桁架进行了数值模拟，并对其在实际工程中的应用进行了详细的分析。着重对施工大临的荷载分布、结构吊装时的应力变化及变形、滑移对结构造成的应力变形等进行了分析。此外，还需要做好数据监测工作，来确保钢结构的安装精度和结构在施工过程中的安全，在设置监测点的时候应尽量选择应力较大，承载力和稳定性有较大影响的部位。

在选择大跨空间钢结构的施工方法时，要综合考虑多种因素。

（1）在工程设计中，跨距是最主要的考量因素，跨距的大小对工程建设中的质量控制措施、安全保护措施、造价控制和进度控制等有很大的影响。

（2）建筑用途及构型，建筑用途通常决定其构型，如体育馆，封闭式煤棚，火车站等，因其用途不同，其构型和样式也会有差异。不同的建筑平面形态对建筑形式的选择起着重要的作用[2]。

（3）工地施工条件，工地施工条件虽不能确定施工方式，但施工条件常常会制约一些施工方式，例如场地狭窄，施工与生产同步进行，项目临近居民小区，这些都是施工方式的限制，因此，我们在选择施工方式时，一定要将其考虑在内。

3 大跨度钢结构空间管桁架设计要点

3.1 主管不等壁厚对接设计

由于主管对接口完全与跨度的变截面位置重合，在进行施工作业时就会产生往往会出现不等壁厚对接问题。为了解决这个问题，设计人员在具体施工时，必须和厂家协商，在全部主管对接口处进行打内坡口处理，并采用折板来达到起到衬垫作用的目的。但在工程实践中，大部分的内坡口构件都存在着施工困难和耗时的问题。另外，由于与发达国家比较，我国的无缝钢结构空间管生产技术还具有一定的滞后性，所以能够充分运用卷管制方法，但这一过程中产生的直缝钢结构空间管圆度差问题是无法避免的。对于此项工程施工有明确的施工标准规定，缝钢结构空间管的外径误差必须控制在1%以内，弯曲程度误差不得超过3.0mm/m。当同时进行双构件焊接时，二者出现宽度和厚度误差允许范围在4mm 以内，当超出误差范围，处理方法是，在宽度和厚度两个垂直面上，分别沿着另一侧制成斜角，斜角坡度的控制参数为1:1.25。

3.2 K 型搭接节点处设计

根据K 型搭接的结构特点，可将搭接划分为全搭接、部分搭接和间隙搭接3 种。对于不同的结构节点，在设计时要科学地选择并控制其搭接方式，以防止隐焊点增多。总体来说，在设计时，应该对主管与腹杆的直径比例进行严格的控制，这两个比例的数值应该不低于0.2，也不能超过1，而在腹杆之间的搭接量应该不低于25%。在节点的选择上，要注意采用行之有效的方法，把搭接节点换成间隙节点，这是由于与有搭接节点相比，间隙节点具有装配方便、施工方便等优点。一般情况下，在搭接节点的选取上，重点是要使被搭接管的长度为25%，使搭接管与搭接管的交叠。而且，对于搭接节点构件来说，圆管外层直径与构件壁的厚度之比不得大于100[3]。在设计和施工中，如果出现了不同厚度的腹杆，则在进行实际的焊接施工时，要把薄壁钢管搭在厚壁钢管之上。由此可以看出，在实际设计空间管桁架的时候，应该对杆件节点承受力和杆件展开重点考虑，对节点的构造要给予足够的重视，从而为其他设计环节打下良好的基础。

3.3 交汇口补块设计

在建筑工程设计工作，具有系统性和复杂性的特征，影响工程质量的因素也比较多，比如由于材料的差异、机械的精度不足、装配工艺不完善等原因，都可能造成相贯口缝隙过大。因此，为了避免这种现象的发生，只有及时展开查缺补漏才能够有效地降低相贯口缝隙过大现象发生的概率。一方面，若桁架与主弦管交汇口间隙大于8mm 时，必须完全更换交汇口并进行切削，在实际展开切削时，应保持长椭圆形状，长度大于500mm；并且需要利用打坡口焊接施工的方法来完全替换掉切割面。在分支管交汇口间隙较大时，实施分支管交汇部分部件补丁，采用长椭圆补丁，确保其长度不低于300mm，并采用坡口焊接法。

4 大跨度钢结构空间管桁架滑移法施工方法

4.1 钢结构空间管桁架梁的制作及运输

首先，仔细审阅图纸，研究施工计划，在模板台上将大样1:1 放出，确保精确度，检查尺寸，并在节点旁边标注出每根柱子的大小，以便检查。根据样板的要求，对原材料进行打样，打上各类工艺标记，以便进行合理选择。其次，在放样号料时，要按工艺要求预留出焊接收缩量以及切削、刨边等加工余量。在进行气割之前，要把被气割的钢板上的锈迹、污垢等清理掉，气割结束后，要把炉渣、飞溅的杂物清理掉。再次，进行组对，把下好的各杆件按施工图纸进行组对，并对制作成型的构件进行编号。在对构件矫正后，钢材的表面不能出现明显的损坏痕迹，而且划痕的深度不能超过0.5mm。此外，弯制成形的部件要用圆弧模子检验，模子之间的空隙不能超过0.2mm。最后，经检验合格的构件方可出库，按装配次序将每一根桁架梁运送到工地。

4.2 滑道、滑板设计

基于滑移法的桁架自身重量较大、滑动时存在横向轴向推力、滑动轨迹呈弧形分布等特性，选择了普通钢片+聚四氟乙稀滑块的滑移方法。为了确保滑道的连续性，可以在柱的顶部支座处提前布置连接钢板，用来平稳衔接滑动箱梁之间的距离，具体的做法就是，支装外围两端和预埋钢筋的箱梁焊接，并加设外侧钢制挡板。

4.3 牵引设备和牵引方法

液压牵引设备选用200t 液压牵引器，钢绞线10 根一束，沿牵引轴线单台布置，共设置2 台液压牵引器，配套2 台液压泵站、动力柜及相应计算机控制系统。牵引千斤顶选用4 台液压千斤顶，由一个泵站带动200t液压千斤顶，牵引钢绞线为10 根180 级低松弛钢绞线，微机同步控制。被牵引桁架由后部锚具固定并与牵引钢绞线拉紧，前部卡具卡紧，千斤顶顶升，被牵引桁架移动，千斤顶顶升后，牵引力转由后部锚具承受，前部夹具打开，千斤顶回油，被牵引桁架由后部锚具承受，前部锚具沿钢绞线滑移[4]。

4.4 曲线滑移的同步性控制技术

针对实际工程中两条滑轨长度不同的情况，将两条滑轨的角速度同步性转化为两条滑轨的线速度同步性。在A 轴向滑动速度和G 轴向滑动速度分别为8.5m/h 和10.2m/h。通过微机控制，实现了油缸的同步，精确度达到20mm。在滑板上，液压牵引装置的压力表处和微机控制室，都有专门的人负责监视，微机控制室负责总体控制。如果观测站中的任意一个，汇报的滑动误差超出了容许范围，那么电脑就可以停止滑动。在确定了超差数值和单边滑动修正后，再执行正常滑动。

4.5 顶升就位

当桁架滑动到位之后，在对各个部位的尺寸、标高和支座位置进行检验之后，参照变形协调，卸载平衡的原则，对桁架进行顶升就位操作。用千斤顶提升G 轴上的支撑点，然后将滑移梁轨拉出，让桁架的自重顺利地过渡到支座上，当桁架的下挠趋于稳定时再进行支架的安装作业。将G 轴托架安装好后，再将A 轴托架上的支承点按相同方式安装到托架上。采用微机控制的直线同步滑移，刚性连接，近点牵引滑板滑移，有效降低了吊起和滑动变形，确保了安装过程的顺利。拱顶与主桁架的铰链结构，便于对主桁架进行纠偏和顶板就位。在A 轴向上的主桁架支承，采用滑移法进行，能较好地补偿大跨钢梁的温度变形[5]。

5 结语

综上所述，空间管桁架是现代钢结构工程重要组成部分，而滑移法则是普遍使用的空间管桁架吊装方式之一，对于提高工程施工效率和质量，确保大跨度钢结构的安全具有十分重要的作用。在如今城市化和工业化持续深入发展的时代背景下，建设工程规模和难度不断增大，对钢结构工程施工的要求越来越高，因此在大跨度钢结构空间管桁架工程中如何应用滑移法施工技术来有效提高建筑施工效率和质量，成为工程顺利开展的关键和基础。在实际施工过程中，由于空间管桁架滑移法涉及多项施工技术，必须加强现场施工工艺的监管，执行标准化施工流程，以技术创新为支点，提升钢结构空间管桁架滑移法施工的安全性。