中铁十四局集团建筑工程有限公司 山东济南 250000
摘要：本文依托济南高功率芯片生产项目（一期一阶段工程）详细的介绍了大跨度钢屋盖吊装、滑移综合施工技术，详细的对各个施工环节进行了理论研究及现场实践，为同类工程提供了借鉴。
关键词：大跨度钢屋盖；400T履带吊；多点同步滑移；
1、工程概述
高功率芯片生产项目，位于济南市高新区，遥墙机场以北 7km 处，为济南市首个电子类芯片厂房；项目一期总建筑面积 115747.21 ㎡。
高功率芯片生产项目 I-101 号建筑 8 英寸晶圆生产厂房钢结构屋面位于混凝土框架结构 4 层，高度为 20.3m 至 25.7m 处，长度为 144m，跨度 71.2m，钢结构施工面积 10325 ㎡，完成后总重约 2400 吨。结构范围 1 轴线至31 轴线交 B 轴线至 S 轴线。钢屋面共计 14 榀主桁架，间距 9600mm，桁架单榀重约 85 吨，跨度 71.2m，高度 6.85m。桁架之间由钢梁与支撑相连，桁架屋面板为预制钢结构楼承板，楼承板上浇筑混凝土。
2、施工重难点
（1）钢屋盖位于结构4层，整体面积超过1万平米，垂直运输设备覆盖困难。钢屋盖尺寸71.2m×144m，单榀桁架重约85吨，晶圆厂房与其他单体楼宇之间间距，钢结构吊装点可作业空间宽度仅有 20 米，场地位置非常有限，钢桁架无法直接放到吊装点位置再进行吊装。
（2）高强厚板负温焊接施工难度大。本工程大跨度钢结构桁架焊接时间为2019年12月份，恰逢已进入冬季施工阶段，钢桁架上下弦部分构件需要在现场负温焊接。
（3）在钢结构吊装过程存在履带吊和塔吊使用交叉施工现象，塔吊大臂覆盖范围与履带吊吊装存在范围重叠问题，在塔吊与履带吊存在交叉作业时，指挥人员的工作存在难点。
（4）桁架落点位置为中间低两侧高，滑移轨道不在同一标高上，同步滑移控制难度大，水平滑移过程中，及易出现“卡轨”和“啃轨”现象的发生，造成桁架滑移不同步的现象。
3、具体实施方案
1）400T 履带吊吊装半榀钢屋架，地面行走至吊点处再进行起吊
（1）桁架拼装单元分析
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桁架分段示意图
根据桁架自身特点及现场实际情况，将主桁架分为两个部分：J~S轴间跨度38.4m作为A跨（单重50吨），B~J轴跨度32.8m作为B跨（单重35吨）
（2）吊装思路
利用吊装设备把14榀桁架先后吊装至屋面组成4个分区，再利用滑移轨道用采用分段滑移法将各个分区滑移到设计位置，用布置于I-101南北的四台6515塔机安装次梁及支撑，完成钢结构屋面的结构安装，吊装布置图如下。
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吊装布置图
（3）根据布置理论计算，履带吊的吊装半径（幅度）为20m，经计算，最不利情况为吊装桁架A时，需要履带吊的臂杆最小长度为51.049m，如下图：
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计算模型图
履带吊实际布置情况：
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履带吊实际布置情况图
（4）履带吊的数据计算：
根据履带吊起重性能参数表，工作半径为20m，计划使用臂杆长度为54m时，查工况表得知，400T型履带吊起吊能力为82.6T：
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故净起吊能力为：
F=82.6t-2.067（吊钩重量）-0.5（吊具重量）=80.483t。
实际需要吊装：
N=1.3x50T=65T（起吊时动力系数取1.3）
由此得知汽车吊的起吊能力大于构件重量：
F=80.483T > N=65T。
此履带吊选用满足吊装要求。
（5）钢丝绳的选用：
现场采用两点吊装的方式进行钢桁架吊装，钢丝绳使用双股配置，假设钢丝绳与桁架上弦夹角60度，静力分析得每根钢丝绳受力为P=145KN，根据公式P=T/K（K取5.0），知T=725KN，对照表钢丝绳破断拉力表，采用直径40mm的钢丝绳，可以满足现场钢桁架的吊装。
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钢丝绳破断拉力表
（6）卸扣选择
吊装过程中，钢丝绳承受的拉力为12.6t，现场采用弓型卸扣，卸扣型号选取为弓形type13/8，卸扣外观尺寸示意及性能参数如下图所示。
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（7）吊点验算及节点位移
根据钢结构设计规范安装时构件自重考虑动力系数1.3，耳板材质采用Q345B.焊材与耳板材质配套。
桁架单元最重50吨，采用两点吊装，每点设置双吊耳，则有P0=125KN，则P=1.3*125=162.5KN。
由以公式可得
σ=P/Fmin=162500/3060=53.1Mpa<295Mpa
τ=P/Amin=162500/1080=150.5Mpa<170Mpa
吊耳满足使用要求。
吊耳与梁的连接采用全熔透焊缝，综上各桁架单元吊装时焊缝所受的最大斜向拉力162.5KN，与梁的夹角假定60度，则
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Fx=162.5*cos60°=95.5KN
Fz=162.5*sin60°=131.5KN，
附加弯矩M=95.5*75=7162.5KN*mm。
τ=Fx/Amin=95500/（18*170）=31.2Mpa<170Mpa
σ=Fz/Fmin+M/Wx=131500/（18*170）+6*95500*75/（18*170*170）=125.6Mpa<295Mpa
焊缝经计算满足要求。
8、吊装时桁架受力计算：
吊装桁架A时，桁架的简化受力模型为：一个有两个支座的（吊点）桁架，只承受自重。
钢结构内应力比图
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其计算简图如下：
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配筋包络和钢结构应力比图
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节点位移图
由以上计算结果知：节点最大位移为3.1mm，结构应力比最大0.08，均远小于允许值，满足设计及吊装要求。
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吊装成型效果图
2）滑移轨道设置
（1）U 型槽滑道+靴型滑块（预留螺栓孔固定塑料合金承压块）
结构滑移施工共设置3组通长滑移轨道，分别设置在B、J、S轴。
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滑移轨道布置图
结构滑移时需设置滑移临时措施，滑移临时措施主要包括滑移轨道、滑移块结构等。滑移轨道由滑移梁、16a槽钢、侧向挡块组成，滑移块结构包含滑块、顶推耳板等。
滑移轨道在结构滑移过程中，起到承重、导向和横向限制支座水平位移的作用。滑移轨道中心线与支座中心线重合。轨道由侧挡板与槽钢、内铺四氟乙烯板组成，与滑移梁的上翼缘焊接固定。侧挡板规格为25×40×150mm（材质Q235B）。
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滑移梁立面示意图
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水平滑移过程中，应严格防止出现“卡轨”和“啃轨”现象的发生。在滑块设计时，应充分考虑预防措施。将滑板前后端（滑移双方向）设计为“雪橇”式，并将其两侧制作成带一定弧度的型式。通过以上设计，可以有效防止滑移支座因滑道不平整卡住—“啃轨”的情况出现。
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滑移底板示意图 MGB板实际图
通过螺栓将塑料合金MGB板与滑移块进行连接，螺帽埋于MGB板预留槽内，确保滑移过程MGB板与滑移块不发生较大位移及螺栓不与滑移槽发生摩擦。
（2）挡块式顶推器四榀为一单元进行滑移
顶推点设置在结构支座处，首先进行桁架支反力验算，如下图：
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注：N1为桁架重量，N2为次梁重量
S轴总的支反力为146.8t，节点最大支反力为41.3t
J轴总的支反力为272.6t，节点最大支反力为76.7t
B轴总的支反力为125.8t，节点最大支反力为35.4t
每个分区总的支反力为：146.8+272.6+125.8=545.2t
分区整体滑移时，摩擦力验算：
分区总的滑移摩擦力F=滑移块在结构自重作用下竖向反力×1.2×0.1（钢与聚四氟乙烯板之间，其摩擦系数约为0.03，偏安全考虑取摩擦系数为0.1，1.2为摩擦力的不均匀系数）。分区滑移过程中最大的摩擦力大小为：
F=545.2×1.2×0.1=65.43t。
其中：S轴f=146.8×1.2×0.1=17.62t
J轴f=272.6×1.2×0.1=32.71t
B轴f=125.8×1.2×0.1=15.1t
经验算J轴摩擦力达32.71t，超出原设想的B、J、S各布置一台顶推器方案难以实现最终目标，故于J轴增配一台顶推器，共设四台顶推器方可满足施工要求。
f=30tx4=120t >F
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滑移分区顶推点布置图
（3）电气同步装置
电气同步控制系统由动力控制系统、功率驱动系统、传感检测系统和计算机控制系统等组成。
液压同步顶推施工技术采用行程及位移传感监测和计算机控制，通过数据反馈和控制指令传递，可全自动实现同步动作、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。
操作人员可在中央控制室通过液压同步计算机控制系统人机界面进行液压顶推过程及相关数据的观察和（或）控制指令的发布。
本工程中共配置一套YS-CS-01型计算机同步控制及传感检测系统。
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液压同步滑移计算机控制系统人机界面
（4）液压同步顶推
“液压同步顶推滑移技术”采用液压顶推器作为滑移驱动设备。液压顶推器采用组合式设计，后部以顶紧装置与滑道连接，前部通过销轴及连接耳板与被推移结构连接，中间利用主液压缸产生驱动顶推力。
液压顶推器的顶紧装置具有单向锁定功能。当主液压缸伸出时，顶紧装置工作，自动顶紧滑道侧面；主液压缸缩回时，顶紧装置不工作，与主液压缸同方向移动。液压顶推器工作流程示意图如下。
液压同步顶推器工作流程
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第一步：液压顶推器顶紧装置安装在滑道上，靠紧侧向挡板；主液压缸缸筒耳板通过销轴与被推移结构连接；液压顶推器主液压缸伸缸，推动被推移结构向前滑移。
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第二步：液压顶推器主液压缸连续伸缸一个行程，顶推被推移结构向前滑移一端距离（一个步距）。
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第三步：一个行程伸缸完毕，被推移结构不动；液压顶推器主液压缸缩缸，使顶紧装置与滑道挡板松开，并跟随主液压缸向前移动。
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第四步：主液压缸一个行程缩缸完毕，拖动顶紧装置向前移动一个步距，一个行程的顶推滑移完成，从步序1开始执行下一行程的步序。
在第三步过程中，由于顶紧装置前端底部设置有坡口，当主液压缸缩缸过程中，顶紧装置会自行爬至下一步挡板前完成一个步距的顶推任务，无需人力再行调整。保险起见，首段滑移过程安排测量人员利用卷尺实时量取主液压缸伸出长度，通过对讲机将数据反馈给泵源处操作人员，与人机界面反馈数据进行对比，及时调整偏差。
4、结束语
通过充分的调用现场既有资源，节省了较多的时间，提高了施工效率；也通过实际的数据反馈验证了工程塑料合金MGB板在实际工况下的摩擦系数，同时为了节约成本除首段144m滑移及二段96m滑移使用MGB板外，第三段滑移距离较短的单元内尝试使用了价格更为低廉的MGA板，总结出其出去耐压性能略小于MGB外摩擦系数基本一致，为后续类似工程提供借鉴依据。
参考文献：
《起重机械安全规程》GB/T6067-2010
《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2017
《重要用途钢丝绳》GB8918-2006
《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2017
《建筑施工塔式起重机安装、使用、拆卸安全技术规程》JGJ196-2010
《建筑施工起重吊装安全技术规范》JGJ 276—2012