1、体育馆钢屋盖 旋转滑移 技术 魏成权 (广东省工业设备安装公司，广州 510080) 1 工程概况 深圳大运会 体育馆钢屋盖为单层折面网格结构 （图 1a） ，平面形状为圆形，平面尺寸半径为 79m（图1c） 。钢屋盖由 16 个形状相同的结构单元构成 ， 由 16 个球铰支座支承在混凝土结构柱上，球铰支座均匀分布在离屋盖中心平面半径为 72m的圆周上 。 球铰支座中心标高 3.740m， 钢屋盖最高点标高为 36.500m，钢屋盖总重量约 5200t。 整个钢屋盖总共有 126个节点均匀布置在离钢屋盖中心 平面 半径为 25m、 41m、 72m、 79m的圆周上 （ 图1b） ，相邻各节点
2、高低错开布置，形成三角型折面。 2 安装 思路 采用高空 定点对称拼装、累计旋转滑移施工方案。 在体育馆钢屋盖东侧和西侧分别布置一台 260t 履带吊，在体育馆内部布置一台 110 吨汽车吊。选择 80 100 轴线和 240 轴线 260 轴线区域作为定点高空定点对称 拼装区域，在该区域的主要节点设置支撑胎架，滑移单元在支撑胎架上拼装成型。 一个中心对称的滑移单元拼装完成后 （图 2a） ，利用液压同步 滑移 系统将其整体 绕钢屋盖中心轴 沿顺时针方向旋转滑移 22.5 （图 2b） 。 然后进行下一单元的高空定点拼装 （图 2c） ，再顺时针方向旋转滑移 22.5 （图 2d） 。 依此类
3、推，拼装完的屋盖结构 累计 旋 转滑移七次 （图 2e-2n） ， 最 后将第八个屋盖结构单元定点高空 拼 装 合 龙 （图 2o） 。 3 累计旋转 滑移施工的难点 本工程钢屋盖为单层折面网格结构，滑移单元呈现立体结构，整个结构高差约 33m，跨度达 178m， 采用东西对称 累计 旋转滑移技术，施工难度非常大 。 3.1 圆弧形 滑移轨道 的 设置。立体大跨度结构滑移，需要设置不同高度的多条 圆 弧形滑移轨道。要求轨道刚度足够，安装精度 符合旋转滑移的要求 。 3.2 球铰支座处理。球铰支座分为上下支座，下支b) 节点 布置图 c) 钢屋盖平面图 图 1 主体育馆钢屋盖 a) 钢屋盖三维图
4、 a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l) m) n) o) 图 2 高空定点拼装、累计旋转滑移施工流程 座嵌入上支座 250mm 高度。常规滑移的解决措施是把钢屋盖抬高至少 300mm，滑移到位后把钢屋盖落位。本工程中如果采用整体抬高，卸载难度加大，滑移风险增大。 3.3 滑移结构 的 加固。钢屋盖为单层折面网格结构，只有整体屋盖全部安装完成后 稳定性好、 承载能力强，当仅为部分结构时自身稳定性差。旋转滑移时仅局部设置滑移支座，需要对滑移进行合理加固，才能确保滑移过程中结构安全。 3.4 滑 移同步性要求高。常规的直 线 滑移各条轨道滑移速度相同，旋转滑移不同半
5、径的轨道滑移的角速度相同而线速度不同，同步性控制难度大。 4 滑移 措施 4.1 圆弧形 滑移轨道设计 旋转滑移与直线滑移不同， 轨道设置成圆弧形的。 以 钢屋盖平面中心 为圆心， 共设置四条 同心 圆形 轨道。 圆弧形 轨道不 能 用热轧钢轨进行铺设 ， 采 用热扎厚钢板 切割成方钢截面， 弯制成 型 ，见表 1。 表 1 轨道布置明细表 编 号 位置 表面标高 轨道 尺寸 R1 R 25m 32.600 100 50 R2 R 41m 28.800 100 70 R3 R 70.5m 2.980 100 70 R4 R 74.5m 2.980 100 100 4.2 轨道支撑结构 （ 1）
6、 R4 、 R3轨道支撑结构 R4 、 R3轨道利用 2.350m层土建结构在每个支 座处有一根钢筋混凝土环梁进行改造。把该环梁修改成两条环向梁，分别位于 R 70.5m 、 R 74.5m位置 。在这两条混凝土梁上每隔 450mm 埋设一块预埋件，在预埋件表面焊接固定 R3 、 R4轨道。 （ 2 ） R2 、 R1轨道支撑结构 采用搭设型钢支撑架来支撑两条环形轨道。型钢支撑架分别由钢柱、钢桁架和柱间支撑组成，在 R=41m圆周位置均匀布置 32 个钢柱，在 R=25m圆周位置均匀布置 16个钢柱，相邻钢柱之间在标高 13.900m和顶面各设置一道径向和环向桁架 ，并设置柱间支撑 。钢柱和钢
7、桁架都采用格构式，钢柱和钢桁架的截 面尺寸都为 2m 2m，柱间支撑采用钢管。钢柱通过植筋螺栓 固定 在标高为 -4.200m的混凝土底板上，底板的承载力经校核满足要求。 4.3 结构加固 根据滑移顺序和轨道设置对滑移过程各工况进行受力分析，根据分析结果对节点必须进行合理加固。 如图 3，每个球铰支座处 （ R3、 R4轨道支撑球铰支座） 共用 17 根钢管进行加固，每个 冠谷节点 （ R1 轨道支撑冠谷节点）用 13根钢管进行加固。 4.4 滑板设计 滑板 设置在滑移支座底，并 直接放置在滑移轨道上，滑移过程中起到支承滑移钢结构全部重量及旋转滑移导向的作用。每个球铰支座设 置四块滑板， R4
8、和 R3轨道上各布置两块； R2 和 R1 轨道每个节点各设置两块滑板。 如图 4， 滑板由面板和挡块组成。面板采用厚 35mm 钢板制成，前端倒角 45，使滑板与轨道相对运动更加顺畅。挡块是确保旋转滑移的关键装置，由纵横向挡块组成；纵向挡块主要起旋转滑移的导向作用；横向挡块起加强作用，以平 衡 滑板处可能产生的 径 向水平力 。纵向挡块平行轨道，内侧前端倒角图 4 滑板 结构 轨道 挡块 面板 a) 正视图 挡块 轨道 面板 a) 正视图 a) 球铰支座 滑移 加固 b) 冠谷节点滑移加固 图 3 支座、节点滑移加固 45，每边纵向挡块内侧离轨道留有 15mm间隙，以防止间隙过小，挡块与 圆
9、弧形 轨道卡死。 4.5 滑移顶推结构设计 （ 1） 爬行器与支撑连接 如图 5， 液压爬行器与 滑移支撑的连接通过连接耳板 穿 销轴连接，方便 爬行器 的 拆装，并保证了顶推点具有一定的自由度。连接耳板安装在 滑移支座的支撑柱 上，耳板中心线距轨道上表面410mm。 （ 2） 顶推力的传递 设计 液压爬行器 只 设置 在部分 钢屋盖 支座 或节点 处 ，没有设置的支座 、节点 必然需跟随前部从动。当 设置爬行器 的 滑板 开始滑动时，后面 滑板 与滑道的摩擦力将通过 之间的钢屋盖 结构 向前 传递。 此水平力较大， 对次结构杆件和节点产生附加内力， 影响结构安全和滑移精度，因此 在沿轨道方向
10、相邻的 钢屋盖滑移支撑 之间加设临时水平联系 杆件 。 4.6 球铰支座逆向处理 球铰支座分为上下支座，下支座嵌入上支座 250mm高度， 形成球面铰 。为确保安装精度，上支座将和钢屋盖焊接成一体，与钢屋盖一同滑移。 安装时上下支座一同安装 （图 6a） ； 滑移前，把下支座降低 300mm(图 6b)，钢屋盖与上支座即可顺利实现滑移；滑移到位后，把下支座抬高，使下支座与上支座结合紧密。 5 滑移系统 设置 5.1 滑移承重系统配置 液压滑移顶推设备 选用 TJG-1000 型液压爬行器，单台额定水平顶推能力为 100 吨 。每台液压爬行器均安装在 钢屋盖 支座 或节点处滑板 沿滑移方向的后
11、侧 。 经建模计算滑道 25m所受荷 载很小，不配置 液压爬行器 ，即可满足滑移要求 。在 滑移轨道 R2、 R3、 R4分别配置 4台、 6台、 6台 TJG-1000型液压爬行器。 5.2 滑移同步 控制策略 将 R2轨道 一侧的两台爬行器设为基准点，对应的外环 滑移轨道上的 两台 液压爬行器设定为主令点 A，另外的内外环爬行器设为 从令点 B。 3条滑移轨道的半径不同，在以圆心旋转同步滑移角度相同时，滑移圆弧距离之比为： 1： 1.72： 1.82。将 基准点 的液压爬行器滑移速度设定为标准值，作为同步控制策略中速度和位移的基准。在计算机的控制下 主令点 A、 从令点 B以位移量和 角
12、速度来跟踪 比对 基准点 ，进行动态调整 。根据两点间位移量之差 L，取中值 L/2 分别进行动态调整，保证各台液压爬行器在滑移过程中始终保持同步。通过两点确定一条直线的几何原理，保证屋架滑移单元及临时支撑结构在整个滑移过程中的平稳。 5.3 滑移速度控制 滑移系统的速度取决于泵站的流量和其他辅助工作所占用的时间。在本工程中配置滑移速度为 10 米 /小时，初始累计滑移阶段控制在 6 米 /小时，随着结构单元增多，钢屋盖整体性较好时滑移速度控制约 10米 /小时。在以往类似工程中经验证，完全满足滑移过程中结构稳定性和安装进度的要求。 5.4 监控措施 （ 1) 根据预先通过计算得到的滑移顶推工
13、况各顶推点反力值，在计算机同步控制系统中，对每台液压爬行器的最大顶推力进行设定。当遇到顶推力超出设定值时，液压爬行器自动采取溢流卸载，以防止出现顶推点荷载分布严重不均，造成对钢结构和临时设施的破坏。 （ 2) 通过液压回路中设置的自锁装置以及机械自锁系统，在液压爬行器停止工作或遇到停电等情况时，能够长时间自动锁紧滑移轨道，确保滑移钢结构的安全。 （ 3) 传感监测系统 .通过行程传感检测，获得主油缸的位置信息；通过油压传感检测，获得各顶推点滑板 轨道 爬行器 图 5 爬行器连接图 a) 上下支座吻合 b) 上下支座脱离 图 6 球铰支座逆向处理 的顶推力信息；通过电 机启动信号反馈，获得电机的
14、运行状况；通过电磁阀得电信号反馈，获得阀的工作状态；通过比例阀电流信号反馈，获得液压系统流量即顶推速度。 5.5 人工监测滑移同步性 在滑移轨道侧面标识刻度，最小距离为每厘米一格，最外环每滑移 3个行程后，即 900mm后，记录各点的实际滑移距离。把数据输入 Excel，按等角速度的关系，把实际数据与理论数据进行比较。发现不同步超出 10mm时，即对不同步点进行单个液压爬行器的点动修正。 6 结语 该工程是目前国内最大跨度和最大重量的累积旋转滑移施工，钢屋盖各阶段滑移过程平稳、安全 可靠，滑移到位后，支座位置偏差 小 。滑移效果良好，获得业主和监理单位的好评。 参 考 文 献 1 GB 50017-2003 钢结构设计规范 S 2 GB 50205-2001 钢结构施工质量验收规范 S
