大跨度屋蓋鋼結構胎架滑移施工工法

《大跨度屋蓋鋼結構胎架滑移施工工法》是中建三局建設工程股份有限公司、中建新疆建工集團第五建築工程有限公司完成的建築類施工工法；主要完成人是張琨、王宏、鮑廣鑑、周發榜和劉曙。該工法適用於大跨度空間曲面、大跨度單跨、多跨空間桁架或網架結構，最適用於跨度不超過起重設備有效吊裝範圍的多榀桁架相同、單榀桁架重量大、支座情況較為複雜空間桁架、網架體系。

《大跨度屋蓋鋼結構胎架滑移施工工法》主要的工法特點是：大跨度桁架體系直接就位在設計位置，支座安裝精度易於保證；行走式塔吊和胎架沿同一方向同步退吊。整個屋蓋鋼結構吊裝僅由2台以下行走式塔吊和一組胎架即可完成；可充分利用桁架下部的樓面或地面結構，降低了結構的安裝高度，同時不需要大量的腳手架及腳手架搭拆人員，降低了設備投入成本；採用該工藝使屋蓋鋼結構的吊裝、組對、焊接、測量校正、油漆等工序都可在同一胎架上重複進行，即可提高屋蓋的安裝質量、改善施工操作條件，又可以增加施工過程中的安全性。

2011年9月30日，《大跨度屋蓋鋼結構胎架滑移施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：大跨度屋蓋鋼結構胎架滑移施工工法
• 工法編號：YJGF48-2002
• 類別：工程建設類
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）
• 完成單位：中建三局建設工程股份有限公司、中建新疆建工集團第五建築工程有限公司
• 主要完成人：張琨、王宏、鮑廣鑑、周發榜、劉曙

形成原因

原國家級工法《大跨度屋蓋鋼結構胎架滑移工法》的基本原理是通過動力設備拖拉胎架進行大跨度屋蓋鋼結構的安裝，該原理經過多年在多個項目中進行套用，中建三局建設工程股份有限公司、中建新疆建工集團第五建築工程有限公司在基本原理不變的情況下，針對胎架的大小，滑移速度和動力牽引設備進行了發展和改進，具有代表性的項目是武漢新火車站項目。

武漢站站房是中國國內上部大型建築與下部橋樑共同作用的“橋建合一”新型結構（參見下圖1、圖2），單拱跨度大工況複雜，動力性能和結構穩定分析有難度，結構精度與變形控制要求高。

圖1 武漢站順軌向剖面圖、圖2 武漢站整體透視圖

綜合考慮武漢站建築造型、結構形式以及現場施工環境，採用了“大型滑移胎架、高空原位安裝法”進行施工，即在結構原位下方分區搭設大型滑移胎架支撐體系，通過行走式塔吊將結構部件吊至高空組對安裝，結構單元片區形成整體穩定後，胎架滑移至下一區間施工。結合動態施工模擬分析，在施工過程中研究和實踐大跨度分階段安裝卸載技術，運用超大型滑移胎架支承，解決了綜合技術難度大的超大跨度鐵路站房鋼結構工程的安裝施工。在工程實踐基礎上，中建三局建設工程股份有限公司、中建新疆建工集團第五建築工程有限公司總結完成了《大跨度屋蓋鋼結構胎架滑移工法》。

工法特點

《大跨度屋蓋鋼結構胎架滑移工法》特點如下：

1、大跨度桁架體系直接就位在設計位置，支座安裝精度易於保證。

2、行走式塔吊和胎架沿同一方向同步退吊。整個屋蓋鋼結構吊裝僅由2台以下行走式塔吊和一組胎架即可完成。

3、可充分利用桁架下部的樓面或地面結構，降低了結構的安裝高度，同時不需要大量的腳手架及腳手架搭拆人員，降低了設備投入成本。

4、採用該工法使屋蓋鋼結構的吊裝、組對、焊接、測量校正、油漆等工序都可在同一胎架上重複進行，即可提高屋蓋的安裝質量、改善施工操作條件，又可以增加施工過程中的安全性。

操作原理

適用範圍

《大跨度屋蓋鋼結構胎架滑移工法》適用於大跨度空間曲面、大跨度單跨、多跨空間桁架或網架結構，適用於跨度不超過起重設備有效吊裝範圍的多榀桁架相同、單榀桁架重量大、支座情況較為複雜空間桁架、網架體系。

工藝原理

《大跨度屋蓋鋼結構胎架滑移工法》的主要工藝原理是：

首先在結構原位下方搭設施工胎架，待該區域結構施工完成，經過檢測合格後進行卸載，通過牽引（頂推）機構將胎架滑移至下一施工區域，完成屋蓋結構的安裝。

將屋蓋鋼結構按照榀數和格線數分成若干單元，單元可在胎架移走後形成穩定的受力體系，在滿足此條件下儘量減少每單元桁架及格線數，但不得少於2榀桁架或2個格線；

各單元按照吊車的起重能力又分為若干段。

沿桁架垂直方向設定行走式塔吊和胎架滑移的軌道。

根據單元的劃分製作滿足所有單元組裝的可搭拆胎架，胎架需要連線成一個整體，通過牽引設備牽拉將胎架移動到屋蓋單元的設計位置。

吊機行走至組裝單元就近位置，順次將需要的分段吊裝至滑移胎架上，拼裝焊接成單元後，拆除滑移胎架支撐，將組裝單元直接落放在設計支座位置。

以卷揚機或液壓千斤頂為動力源，通過滑輪組將胎架沿軌道空載滑移至下一組裝單元位置，通過調節、修改形成下一單元的組裝胎架，與樓面或地面作臨時固定。

塔吊行走至本組裝單元就近位置拉點處牽拉進行等標高滑移，待滑移單元滑移到設計位置後，拆除滑移軌道，固定支座。如此逐單元拼裝，分片滑移，直至完成整個屋蓋的施工。概括起來該工法為：高空分片組裝、單元整體滑移、累積就位的施工工藝。

胎架主要由牽引系統（液壓千斤頂）或者頂推系統、支撐系統（胎架主體）、行走系統（軌道、滑輪）等部分組成。

移位機構頂推移位工作原理：千斤頂一頭連線止推器，另一頭連線移動物體，止推器用高強度螺栓連線在軌承樑上，千斤頂以軌承梁為反力座，進油升壓推動胎架移動。當千斤頂達到設定行程時，回油收缸，帶動止推銷軸拉出止推器進入下一個止推器，開始下一步頂推。主要套用於後置推動物體。

自動連續拖拉系統的工作原理：千斤頂前後布置2個油缸，當其中一個油缸工作時，另一個油缸回縮原來的升程，當工作油缸行程達到設定的升程時停止工作，同時通過感測器命令另一台油缸工作，無停頓間歇，循環往復，速度均勻。主要套用於前置拉動物體。

工藝流程

《大跨度屋蓋鋼結構胎架滑移工法》胎架滑移施工流程圖如下：

胎架滑移施工流程圖

操作要點

施工單位採用《大跨度屋蓋鋼結構胎架滑移工法》的操作要點如下：

一、內業技術工作

1、施工方案編制

根據總體施工組織設計編制鋼結構胎架滑移專項施工方案，並在方案中明確滑移胎架初步設計圖紙。

2、胎架體系結構受力驗算

根據繪製的滑移胎架初步設計圖紙，進行胎架結構體系受力驗算，並綜合經濟性、操作性、對胎架進行最佳化設計，確定最終胎架設計圖紙。

3、胎架圖紙深化

根據最終的胎架設計圖紙，詳細深化胎架各桿件、連線節點加工製作圖紙。

二、現場技術工作

1、胎架拼裝、製作

根據審核後的滑移胎架深化圖紙要求，在現場加工胎架各細部連線桿件，並分類堆放於塔吊工作範圍以內。

2、胎架搭設

根據胎架深化圖紙要求，現場進行胎架桿件吊裝，胎架整體安裝完畢後，項目部組織各部門對胎架進行綜合檢查。檢查項目具體包括：桿件安裝是否齊全、安裝位置正確性、節點連線是否牢固、胎架垂直度偏差、安全防護措施等，並形成書面記錄。

3、軌道基礎設定

根據施工場地基礎情況，適當選擇軌道基礎結構形式；確保軌道安裝處於同一標高上；例如當基礎遇到降板結構時，可使用鋼支撐搭設過渡結構，使其與高處板面持平。待調整合格後，即可進行軌道梁安裝。

4、滑移軌道安裝

在軌道樑上翼緣安裝工字形鋼軌，為滿足安全滑移要求，軌道安裝應嚴格控制直線度、平整對、軌道對接錯口尺寸、軌道間距尺寸偏差指標等。

5、反力裝置設定

滑移反力裝置主要包括千斤頂反力座、拉錨點節點設計。

（1）牽引反力座

牽引反力座按100噸拉力設計。查《機械設計手冊》：鋼-鋼間靜滑動摩擦係數為0.15，動滑動摩擦係數為0.10；滾動動摩擦係數為0.04。胎架整體重量（含底盤、走行機構）為2740噸，則啟動推（拉）力為：27400X（0.15X1/4+0.04X1/4）=1301.5千牛，考慮左右動力源拉（推）不均衡，其中一個動力源承擔推（拉）力2/3，即為：1301.5千牛X2/3=867.66千牛，因此計算拉（推）力按900千牛計。走行機構與鋼軌之間卡死情況沒在考慮之列。

（2）扣錨裝置

扣點：Q345C鋼組焊而成，機加工成孔。抗拉力大於100噸。

連線頭：Q345C鋼組焊而成，機加工成孔。抗拉力大於100噸。

插銷：45號鋼，Φ58。

6、動力系統選擇與安裝

動力系統主要由鋼絞線束、液壓千斤頂、液壓油泵、控制台設定組成，千斤頂選擇應根據最不利荷載進行選擇，例如一邊行走滑輪抱死，另一端行走滑輪因不同步偏差過大而發生卡死，所需最大牽引力。其他設備應與液壓千斤頂匹配選擇。

7、滑移過程監測

為了驗證千斤頂的同步率並加以糾正和胎架底盤、胎架等的變形是否符合安全要求，應精心進行施工觀測。

著重對以下項目進行觀測：

（1）軌道地基梁受垂直荷載和水平推力所產生的變位和沉降量；

（2）頂推（牽引）過程中，胎架底盤、胎架的變形；

（3）在頂推過程中，通過液壓泵站油表讀數和胎架（含底盤）重量的計算關係，找到走行機構的啟動靜滾動摩擦係數和動滾動摩擦係數；

（4）頂推過程中軸線偏位觀測；

（5）兩側軌道行走同步誤差測量；

（6）滑移速度觀測。

8、觀測方法和儀器

（1）軌道地基梁的壓縮變形和沉降等項目可在觀測部位設定固定的水準尺或測點用精密水準儀觀測。

（2）胎架平面軸線的偏移可用經緯儀或全站儀觀測。

（3）靜動滾動摩擦係數可由壓力表顯示的壓力求得。

（4）滑移不同步誤差可以採用在兩側軌道事先用鋼尺劃分尺寸刻度標識。滑移開始前在胎架滑移前端位置設專人，讀取滑移過程中對應刻度，通過比較讀數差值，得出同步誤差數值，並設定組長傳遞信號。

三、滑移勞動力組織

胎架滑移勞動力共需要17人完成。具體安排如下表：

胎架滑移勞動力組織安排

序號	人數（人）	工作職責	序號	人數（人）	工作職責
1	1	總控	4	3	緊急維修
2	1	副控	5	8	安全維護
3	4	滑移同步監控	合計	17	-

材料設備

施工單位採用《大跨度屋蓋鋼結構胎架滑移工法》的基本儀器設備應經檢定合格並在檢定有效期內，見下表：

儀器設備統計表

序號	名稱	型號	精度指標	數量
1	液壓千斤頂	ZLD100	100噸	4
2	傳力索	Φ15. 24	-	9
3	全站儀	索佳set510	角度測量精度：2” 測距精度：1毫米+1ppm/3.0秒	1
4	經緯儀	J2	2”	1
5	水準儀	索佳	2.5毫米/千米	1
6	對講機	健伍	2千米	2
7	塔尺	5米	1毫米	2
8	導鏈葫蘆	10噸	-	4
9	行走式塔吊	K50/50	-	2

質量控制

施工單位採用《大跨度屋蓋鋼結構胎架滑移工法》時應按《鋼結構工程施工質量驗收規範》GB50205-2001等規範執行。

一、滑移過程的質量控制

1、控制卷揚機轉速，保持滑移速度在30厘米/分鐘以下，儘量減小動態對結構的影響。

2、同步控制及水平偏差控制

各滑移支座軸線偏移大於控制目標時，發出警告；大於計算極限偏移量時，停滑。

各軸線支座間不同步大於50毫米時，不間斷修正；大於100毫米時，停滑。

胎架滑移時，滑移單元到位前應採取限位措施，限位精度控制在10毫米以內。

二、結構單元拼裝精度控制

結構單元安裝允許偏差如下表所示：

結構單元安裝允許偏差

序號	分項	允許偏差（毫米）	序號	分項	允許偏差（毫米）
1	主架支座中心偏移	L/3000 且≦30	5	單元間距	-
2	相臨支座高差	L1/900 且≦30	6	跨中垂直度	H/250
3	支座最大高差	30	7	桿件彎曲矢高	L2/1000
4	主架縱向、橫向長度	±L/2000 且≦±30	9	跨中下撓	L/250

三、結構單元的穩定控制

在胎架滑移施工時，胎架需要重複使用，因而在屋蓋未形成整體結構，就將胎架撤離結構單元，尤其是開始施工時的第一個單元，結構單元往往穩定性不足，需要加強控制。

1、進行結構分析，在結構穩定的基礎上進行結構單元劃分。

2、將單元結構桁架及格線間所有結構連線件全部連線好，支座按設計要求進行固定好後，方可將滑移胎架滑走。

3、如結構單元無法滿足穩定要求，按照設計進行加固。

4、安裝第一個單元時，在結構單元兩側（剛度較弱方向）增加數道纜風，以增加結構穩定和抗風能力。

5、必要時需要對薄弱結構進行應力一應變測試：通過計算分析選擇主要受力構件、焊接節點、臨時加固構件、臨時支撐構件作為測試對象，進行焊接、支座安裝、胎架支撐拆除前後過程的應力一應變測試。以控制胎架滑移後未形成整體屋蓋局部結構單元是否滿足受力要求。應力測試採用數據採集系統配備印表機，測點編號並與數據採集系統接好，進行滑移全過程的應力監控，計算機控制系統每30秒自動採集一組數據，如發現應力值有超過限定值的，通報指揮台，採取相應措施，選各測點應力較大、較小及突變數據組列印。

安全措施

施工單位採用《大跨度屋蓋鋼結構胎架滑移工法》需要制定實施的安全措施：

1、穿鋼絞線前，應嚴格檢查所用的錨具是否有裂紋、夾片缺齒，錨扣點焊接是否滿足要求。

2、穿鋼絞線後，應嚴格檢查夾片是否敲緊，拉耳插銷是否拴接牢固，鋼絞線是否有鬆動。

3、6級以上風力停止拖拉、頂推左右開始拖拉前，檢查軌道、軌承樑上是否進入行車限界的物體，胎架上是否有未置放牢固的物體，是否有電線未解開、斷電、未綁紮牢固。

4、開始滑移時，胎架範圍內不許站人，防止鋼絞線斷絲、滑絲回彈傷人傷物。

5、滑移過程中如油表讀數異常，必須及時停機檢查軌道及走行機構。拖拉時，施工人員不得處在走行機構前方、附近及停留。

6、滑移作業區應設警戒線，並作明顯標誌，嚴禁無關人員進入或通過。

7、接地、接零採用TN-S系統的各項標準；變壓器的中性接地網≦4歐姆，N線只作照明的迴路用；設備專用的接地網≦4歐姆，PE線只作設備的漏電保護用，並在設備的現場作重複接地；PE接地線截面的平方≧相線截面平方的50%；PE接地線的顏色，必須採用專用的黃綠雙色銅芯線，同時，專用的黃綠雙色銅芯線不能作相線或零線使用；PE接地線嚴禁使用鋁芯線，接點牢固可靠。

8、杜絕電力變壓器故障引起的火災；杜絕電氣線路故障引起的火災；杜絕配電設備故障引起的火災；杜絕電動機故障引起的火災；杜絕照明燈具及其他故障引起的火災。

環保措施

施工單位採用《大跨度屋蓋鋼結構胎架滑移工法》應實施的環保措施：

1、購置環保儀器設備，選用無放射和灼熱類型的全站儀，避免在使用過程中灼傷人眼睛。

2、測量儀器所使用的電池，不能遺棄在現場，統一放置在回收桶。

3、現場及構件上塗刷的測量標記點待安裝定位完成後應清除。

4、教育作業人員養成良好的衛生習慣，不隨地亂丟垃圾、雜物，保持工作和生活環境的整潔。

5、施工完成後，及時清除工地圍欄，安全防火欄和其他臨時設施，並將場地及周圍環境清理乾淨。

效益分析

一、經濟效益

施工單位採用《大跨度屋蓋鋼結構胎架滑移工法》施工工藝，在瀋陽桃仙機場航站樓、武漢天河機場航站區及配套設施擴建工程和武漢新火車站工程等工程中套用，取得了工期效益，其中瀋陽仙桃機場航站樓項目可使總長96.4米桁架安裝速度提高到三天兩榀，用93天完成了23榀主桁架，3000噸鋼結構安裝。節約了工期，為瀋陽桃仙機場2000年底投入運營爭取了時間；武漢天河機場航站區及配套設施擴建工程用60天完成了11000噸鋼結構的安裝；武漢火車站項目鋼結構從2008年12月20日到2009年6月30日共193個工作日，共完成近60000噸鋼結構的安裝工作，日平均完成量310噸，估算縮短工期90天，確保了武漢站如期建成目標，為早日通車創造了條件。

二、社會效益

中建三局建設工程股份有限公司、中建新疆建工集團第五建築工程有限公司完成的三個項目，施工過程中得到了業主、設計、監理單位的肯定。焊縫檢測一次合格率超過99%，在大跨度鋼結構施工領域積累了施工經驗。

套用實例

施工單位採用《大跨度屋蓋鋼結構胎架滑移工法》的套用實例如下：

1、瀋陽桃仙機場航站樓

擴建之主航樓鋼屋蓋大跨度曲線空間桁架安裝，採用了塔吊退吊，胎架滑移工藝，現工程已順利完工，由於採用了該“大跨度屋蓋鋼結構胎架滑移施工工法”，使本工程無論在經濟效益、提高技術水平，還是在縮短工期等諸方面都取得了效果（參見下圖）。

瀋陽桃仙機場航站樓完工照片

2、武漢天河機場航站區及配套設施

該擴建工程的航站樓屋蓋為一斜的圓筒殼，筒殼半徑1236.848米，由不同標高和傾角的長跨倒三角形鋼管桁架組合而成。指廊水平投影長258米，寬46.885米，柱距12米，指廊屋面結構最高點21.65米，—個指廊水平投影面積約12182平方米_。該工程指廊部分長度長，跨度大，通過採用滑移胎架施工方法縮短了工期，取得了經濟效益（參見下圖）。

武漢天河機場走廊完工照片

3、武廣客運專線武漢站

武漢站是中國第一個“橋建合一”的新型結構火車站；也是中國第一個“無縫”換乘的火車站，“大跨度屋蓋鋼結構胎架滑移施工工法”成功解決了武漢火車站大體量、大空間、短工期的結構施工難題。武漢火車站在施工過程中研究和實踐大跨度分階段安裝卸載技術，成功地運用超大型滑移胎支承，解決了綜合技術難度大的超大跨度鐵路站房鋼結構工程的安裝施工問題（參見下圖）。

武漢火車站完工照片

榮譽表彰

2011年9月30日，中華人民共和國住房和城鄉建設部審定《2009-2010年度國家二級工法名單（升級版）》，以建質[2011]154號檔案公布，《大跨度屋蓋鋼結構胎架滑移施工工法》被評定為中國國家二級工法。