预应力倒三角管桁架钢屋盖滑移施工技术

广交会展馆四期展馆扩建工程是纳入商务部和广东省合作框架协议的重点工程，位于广州市海珠区琶洲，总占地面积23万m ² ，建筑面积约56万m ² ，主要包含东、西2个地块。其中，西地块建筑面积46万m ² ，包括展厅、会议中心、登录厅、地下室及其他附属设施。结构形式为钢筋混凝土框架结构+大跨度钢结构屋盖，项目整体效果如图1所示。西地块计划于2022年10月15日完成工程实体建设并移交，于2022年秋季交会正式投入使用，绝对工期仅为644d，工期紧张。

展厅区域平面上分为B，C，D，E 4个展厅，各展厅间设置独立的屋盖钢结构。每个屋盖平面尺寸约为128.3m（长）×92.1m（或93m）（宽），下方设置标高15.900m混凝土楼板。屋盖采用带预应力的倒三角形立体管桁架体系，基本参数为：主桁架最大跨度119.5m；桁架高度3～7.4m；每榀桁架间隔15m；桁架两端与混凝土柱一侧采用固定铰支座，另一侧采用单向滑动铰支座（沿跨度方向）；管桁架上、下弦杆规格为?700×30；管桁架下弦杆内设4束钢绞线对称布置，共68根（边跨屋面悬挑较大的1榀桁架内共84根）；单根钢绞线规格为1×19W-15-2-1860-YB/T081-2013，预张力 5 050kN （边跨屋面悬挑较大的1榀桁架内钢绞线预张力6 525kN）；斜腹杆采用高强钢拉杆单向布置；单个展厅用钢量3 375t；展厅屋盖总用钢量13 500t。展厅屋盖及单个展厅屋盖分别如图2，3所示。

??展厅屋盖钢结构安装总量为13 500t，体量大，施工周期仅为4个月，时间紧、任务重。

??展厅屋盖钢结构施工期间，其下部2层主体混凝土结构尚未完工，如何实现钢结构和其他专业快速插入是难点。

??展厅屋盖钢结构涉及大跨度桁架、预应力钢绞线穿束、张拉及钢拉杆施工，构件规格和数量多。

??钢结构施工高峰期，展厅屋盖、卡车通道、珠江散步道及卡车坡道钢结构同时进行施工，现场构件堆放体量大、种类多，对构件堆场及作业场地需求大。

鉴于工期紧张，展厅120m跨倒三角预应力钢屋盖与其下部2层主体混凝土结构同步施工，创新提出超长大跨度钢桁架分段等节奏滑移施工技术，即钢屋盖滑移安装+展馆两侧附属混凝土结构先行施工，展厅屋盖钢结构提前插入安装，各专业平面、立面穿插施工，实现全专业快速穿插。

钢屋盖施工方面，研发了基于装配式、自稳定高空平台的大跨度钢桁架拼装技术，实现超长大跨度重型钢桁架分单元快速拼装；针对主体结构作为滑移支撑体系两侧异标高的特点，设计双向滑移轨道，并研制滚针式滑靴及动力系统，确保滑移安全稳定；应用倒三角预应力钢绞线快速穿束和张拉技术，解决了超长预应力筋穿束张拉与高空滑移技术难题。钢桁架分段等节奏滑移如图4所示。

钢屋盖整体施工流程：施工模拟→高空拼装平台搭设→滑移轨道连通及安装→钢桁架拼装→滑靴及动力系统安装→可拆卸式支撑及护栏安装→等节奏滑移→卸载就位→健康监测及检查→完成滑移。

研发装配式可周转格构柱群支撑体系，采用12排（东西向）×6列（南北向）布置方式，安装72根格构柱用于高空平台搭设，每根格构柱下方设置转换梁，将荷载传递至混凝土结构，确保高空平台安全。调节立柱位置设置200型贝雷架南北贯通，贝雷架上方铺设H200×100×8×12型钢作为平台钢梁，再铺设花纹钢板形成平台。格构柱顶设置圆管支撑，作为拼装桁架的胎架。高空拼装平台如图5所示。

钢桁架采取高空分单元拼装，以3榀桁架为1个单元，每个单元分段安装。在装配式高空拼装平台上安装可转动式快速脱胎管桁架临时支撑体系，整体平稳、传力可靠，如图6所示。

将预应力倒三角钢桁架分为8~10段，如图7所示，利用塔式起重机与汽车式起重机配合，按照先拼装下弦杆再拼装上弦杆的顺序，在高空拼装平台上利用可转动式快速脱胎管桁架临时支撑体系进行拼装。钢桁架拼装完成后，胎架即可转动放倒，实现钢桁架快速脱胎。

预应力钢绞线施工工艺流程：滑移单元桁架拼装完成，3榀桁架同时穿束→穿束设备和钢绞线材料就位→钢套管穿入钢丝绳备用→穿束机开始穿束→若遇到穿束受阻情况，可将南侧○1/E轴钢丝绳与钢绞线连接，北侧○U轴端头卷扬机拉设钢丝绳辅助穿束→穿束到位后切除钢绞线→按此顺序完成滑移单元钢绞线穿束工作→安装锚垫板、锚具→千斤顶就位，每根钢绞线两端同时张拉，南北两端同时张拉第1，2束至25%→南北两端同时张拉第3，4束至25%→按顺序（0%→25%→75%→105%）完成三级张拉，且最后一级张拉至105%时需持荷2min→卸载千斤顶、锚固钢绞线→滑移就位后端部灌浆→封堵灌浆孔、安装保护罩。

2.5.1 钢结构滑移单元分区

每个展厅6榀桁架，每3榀桁架作为1个滑移单元，将展厅屋盖划分为8个滑移单元，每个滑移单元重1560t，滑移单元分区如图8所示。

2.5.2 钢结构滑移施工工艺

1）滑移轨道布置

钢桁架南北两侧混凝土结构作为滑移支撑结构，因其设计标高不同，造成钢桁架两侧不等高。为保证超长大跨度重型钢桁架滑移安全平稳，每组设置为双滑移轨道。同时由于相邻展厅结构梁间不连续，特在此处增设临时钢轨道梁，确保滑移过程中传力均匀。滑移轨道如图9所示，展厅钢滑移轨道梁如图10所示。

双轨中心距400mm，2组轨道中心间距约120m，采用800mm×200mm×20mm钢板和8 16锚筋间隔800mm预埋（见图11），与混凝土轨道梁连接，预埋板与QU100轨道采用卡板焊接连接。滑移轨道测量以轨道梁（混凝土梁）最高点进行找平。

2）滑移动力系统安装

滑移动力系统由滑靴与液压顶推装置组成，如图12所示。滑靴为滚针式滑靴，如图13所示，是滑移轨道与桁架的连接构件，滑靴顶面与桁架通过支撑焊接，底面滚针直接与钢轨顶面接触。

液压顶推装置为组合式结构，作为滑移驱动设备，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靴连接，中间利用液压油缸驱动爬行。当油缸伸出时，夹块工作（夹紧），自动锁紧滑移轨道；油缸缩回时，夹块不工作（松开），与油缸同方向移动，如图14所示。并根据钢结构整体滑移变形及应力数据实时调整滑移动力。每个滑移单元每组滑移轨道上布置3个滑移支点，顶推设备布置在滑移支点上，每个支撑点布置1个滑靴，共6个滑靴。

3）超长大跨度钢桁架等节奏流水分段滑移

展厅钢桁架等节奏滑移与其下部2层主体结构同步施工，相互穿插进行。按滑移顺序和方向，依次流水施工，优先施工滑移轨道区南、北两侧附属结构。当南、北滑移轨道区混凝土结构及轨道连接钢梁嵌补完成后，随即安装滑移轨道、滑靴及动力系统。此时根据桁架落位顺序，同步逆序穿插施工2层展厅水平梁板结构，实现钢屋盖滑移安装与混凝土结构同步等节奏流水施工，如图15所示。

列举4个等节奏流水施工过程不同工况（见图16）：

??工况1 滑移单元1拼装完成，准备滑移，北侧滑移轨道区结构与2层展厅梁板结构同步施工；

??工况2 滑移单元1滑移到位，拼装滑移单元2，北侧滑移轨道区结构与2层展厅梁板结构继续施工；

??工况3 北侧滑移轨道区域结构施工完成，第1，2滑移单元临时落位，拼装滑移单元3，2层展厅梁板结构继续施工；

??工况4 滑移单元1下方2层展厅梁板结构完成，滑移单元1卸载落位，其余部位梁板结构继续施工。

2.5.3 钢桁架滑移智能施工监测

全过程模拟分析钢屋盖滑移施工，经过计算，确定钢桁架结构应力应变监测点最佳布设位置，配合合理的温度、应力及位移监测方法，构建大跨钢桁架施工监测模块。

大跨度钢桁架滑移是动态过程，滑移推力、环境荷载、轨道承载力、轨道平顺性等因素对桁架滑移准确就位均有影响。因此在滑移前，对滑移阶段结构关键构件应变、位移、构件变形及环境温度进行实时监测、分析与反馈。滑移施工过程中，通过实时在线监测桁架应力、位移、振动变化，避免滑移过程中结构应力集中、局部变形过大、脱轨、失稳及倾覆，保证滑移施工过程结构安全、稳定及滑移同步性。

滑移时对控制点进行位移监测，以防钢构件在安装或卸载过程中实际坐标与设计坐标出现较大偏差并对结构产生较大侧向力。通过对比监测值与初始值，得出结构在各卸载阶段位移变化，如图17所示。

滑移就位后，采用基于BIM的三维激光扫描技术，对大体积屋盖钢桁架杆件安装偏差进行扫描，利用点云模型与原图纸模型进行误差对比分析，通过模型对比快速生成偏差，实现复杂钢桁架快速复核。