鋼結構技術論文
中國建筑金屬結構協會
建筑鋼結構分會主辦
[摘 要]:介紹了昆明新機場鋼屋蓋的胎架滑移技術，并對胎架滑移施工過程進行模擬計算，重點闡述了滑移軌道的設置、胎架的設計等關鍵技術，實踐證明該施工技術保證了昆明新機場鋼屋蓋的順利安裝就位，取得了顯著的工期效益和經濟效益，可供此類工程參考。
[關鍵詞]:大跨度；鋼屋蓋；胎架；滑移
1 引 言
昆明新機場建設項目是國家“十一五”期間的重點建設工程，也是云南省特大型城市基礎設施建設工程。其定位是中國面向東南亞，南亞和連接歐亞的國家門戶樞紐機場，因此國家和云南省都對此給予高度重視，確定了“建世紀工程，立千秋偉業，創中國一流”的項目目標，建設“節約型，環保型，科技型和人性化的現代化綠色機場”。建成后，昆明將成為繼北京，廣州，上海之后全國第四個擁有國家大型門戶樞紐機場的城市。
昆明新機場航站樓，目前是我國單體投影面積和建筑面積最大的航站樓，其屋蓋為雙曲面外形，南北方向長約850m，東西方向寬約1120m，投影面積約17.828萬平米。在航站樓南端入口處有22m～32m的室外懸挑屋頂、北端局部區域設有11m的懸挑屋頂。屋蓋結構設有6道溫度縫，將整個航站樓屋頂分為七部分，其中核心區（A區）屋蓋面積最大，其東西長約328m,南北方向寬約277m,屋蓋面積約8.5萬平米。屋蓋主體采用曲面空間網架結構，為四角錐網架和正交桁架系結合的網架形式。核心區(A區)是屋蓋支承在彩帶結構、懸臂鋼管柱、鋼管混凝土柱和搖擺柱柱頂，其他區域的屋蓋支承在懸臂鋼管柱和搖擺柱柱頂。網架通過三向固定鉸支座與下部支承結構連接，整體效果圖如圖1所示。為了達到“彩帶”的建筑效果，建筑師將A區中心屋蓋支承結構布置的十分簡潔流暢，各拱頂將作為屋頂網架支承點，如圖2所示。整個結構線條流暢，造型新穎，但同時給施工帶來很大難度。
圖1.昆明新機場效果圖
圖2.A區彩帶軸測圖
2 施工方案
大跨度鋼屋蓋的安裝方法主要有高空散裝法、分條分塊吊裝法、高空滑移法、頂升法及整體吊裝法等[1-4]。考慮到本工程A區的結構特點、場地條件以及施工工期等要求，最后采用高空滑移法中的設置滑移裝置，每次拼裝完一個單元后，滑移至下一位置組拼。
鑒于象征“七彩云南”的七根彩帶中，（與滑移直接有關的是4#~7#彩帶），均各以中心SO1軸東西對稱。而在東西半區的彩帶拱頂高度均為從邊向中由“較高——較低——最高”呈馬鞍形變化。為此，折線式滑移軌道，也應按“較高——較低——最高”而變化。這樣在滑移時，網架結構下口不會碰到彩帶拱頂。因此，滑移軌道就簡化為在邊上初始位置的拼裝區一段距離平行抬高一段高度，以讓開彩帶沿邊上一段為較高的拱頂；然后通過一段傾斜的過渡軌道，再與+10.20m樓層面上的水平軌道相連接。相反，如果是直接在+10.20m樓面上的水平軌道上滑移，那么就只能按該滑移分塊滑移至其真實位置前，能通過的邊上彩帶拱頂和中心彩帶拱頂而定下滑移胎架的高度。這樣滑移胎架就要做得足夠高，否則網架結構就要與彩帶初始位置相碰無法滑移。雖然軌道的做法簡易，卻給滑移分塊到位后，往下降至網架真正位置高度時帶來巨大的麻煩：需將滑移胎架頂上的頂升油泵（其行程只允許≤300mm）多次下降，則相應要將滑移胎架頂部結構逐步割去。這樣工作繁瑣，且增加了大量極不安全的高空作業，還會大大影響工程的周期和質量。
2.1 滑移分塊及滑移軌道布置
由于A區屋蓋為對稱結構，取1/2模型進行分析，如圖3所示。
圖3.滑移分塊圖
滑移分塊總共分為10塊，以6#彩帶所在的12軸對稱分兩區，每區各分5塊，編號為A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10。滑移軌道共8條，分別位于3、4、7、8、11、13、15、18/5、軸上。其中滑移分塊A5、A10所在位置為安裝區域，即在該處對各個滑移分塊進行拼裝，然后沿著滑移軌道滑到鋼屋架結構的設計位置，A9分塊直接吊裝，A5、A10分塊在其設計位置進行現場拼裝即可。在布置滑移軌道時，充分利用原有建筑結構的混凝土梁作為軌道支撐，盡量避免對原有建筑結構進行加固，減少臨時結構費用支出。選取原混凝土框架第三層結構梁鋪設八條滑移軌道，網架的滑移分塊下弦焊接球節點支承在滑移胎架上，通過液壓爬行器牽引胎架沿著軌道滑動。滑移胎架重復利用，每次滑到位后用臨時支撐換撐，滑走胎架，根據原建筑結構，滑移分區及軌道布置如下圖4所示。
圖4.軌道布置圖
特別注意的是，滑移分塊A1～A5跨過5#彩帶，滑移分塊A6～A10跨過7#彩帶，故而在設計滑移軌道時需綜合考慮施工的可行性、以保證各滑移分塊可以順利通過彩帶。
2.2 滑移胎架設計
滑移胎架系統由格構柱、聯系桁架組成（圖5），底部通過滑移箱梁與胎架連接，滑移箱梁上焊接耳板與液壓爬行器連接。滑移箱梁擱置在滑移軌道上，在滑移箱梁與軌道接觸的兩側設置擋板，以便于適當調節不同步的狀況。胎架尺寸及構造如圖6所示。由于各分塊的安裝高度不統一，將胎架設計成標準節和非標準節，通過組合調整，使胎架高度滿足各分塊的安裝要求。現場胎架及液壓爬行器如圖7所示。
圖5.滑移胎架圖
圖6.胎架構造圖
圖7.現場胎架及液壓爬行器
整個滑移結構體系（網架、聯系桁架和滑移胎架）是一個剛性體。滑移過程中，在通過滑移軌道的變坡時，剛性體在斜坡上傾斜將會使上部網架重心前傾，增加施工不安全系數，且這樣的結構無法自適應變形，因此在軌道平衡梁下設置轉鉸機構，如下圖8：
滑移胎架底部采用此機構后，過斜坡時，滑移體系的自適應過程如下：
圖8.滑移胎架底部自適應體系及在斜坡軌道處的自適應過程
對于這種高空的鋼結構在斜坡上滑移時，結構是否會傾覆是必須考慮的問題，為此通過sap2000的計算，得出了滑移體系在斜坡滑移時并不會出現傾覆的結論；但是后排滑移胎架的雙軌鉸點反力中，存在一個為負的反力，即此鉸滑移過程中會出現上翹，這對于滑移施工是很不利的。對于這種高空結構，防傾覆也應該作為一種安全保障。綜合考慮現場條件最后采用如下設計見圖9：
圖9.軌道處防傾覆裝置
該反鉤機構安裝在后排胎架的平衡梁底部，用于防止結構的傾覆，通過計算后鉸點的上翹力并不大，此反鉤機構完全能夠滿足抗彎要求。
不過經過滑移的實踐，可以對此機構進一步優化，使其在滑移過程中不僅可以防傾覆，而且可以起導向作用，防止滑移體系跑偏；結構形式如下圖10所示：
圖10.防傾覆裝置改進型
此結構的局部放大圖11如下：
圖11.改進型詳圖
此機構的安裝位置也是后排胎架的軌道平衡梁下部。工作原理如下：當滑移體系有傾覆或一個鉸翹起時，該機構的輪子和軌道上翼緣下部接觸，防止結構傾覆，且機構的抗彎能力要明顯好于前面的反鉤機構。而當滑移體系跑偏時，輪子將和軌道腹部接觸防止跑偏，并可以很好的起到導向作用。
滑移胎架底部安裝的轉鉸機構雖然解決了結構過斜坡的問題，但由此產生了局部結構的傾覆問題，下圖12分別為后排胎架和前排胎架在斜坡滑移時，轉鉸下部結構的受力圖：
圖12.在斜坡軌道處的滑移胎架下部轉鉸結構受力圖
通過受力分析可知，N和Fy產生的力偶為抵抗局部翻轉的力偶，對于防止該結構的翻轉是有利的，為了增大此力偶，可以從增加力臂的長度考慮，設計如下圖13：
圖13.下部轉鉸處結構改進型
此滑撬結構可以很好的增加力臂的長度，防止結構繞轉鉸翻轉，但此時滑撬結構受彎，為了提高結構的抗彎能力，滑板上面采用工字鋼，在滑板與平衡梁連接處焊后進行打磨平滑，這樣既可以很好的起到導向作用，而且避免出現滑板卡切軌道的情況。
當然，受滑雪用的雪橇啟發，可以將結構優化設計如下圖14：
圖14.轉鉸結構改進型的優化
這種結構不僅可以很好的起到局部抗翻轉作用，而且可以很好的起到滑移導向的作用。
3 滑移過程有限元分析
為了保證胎架系統在滑移過程中的整體穩定性和安全性，有必要對滑移過程作模擬有限元分析，驗算在各種工況下的結構承載力和變形。本文采用SAP2000有限元軟件做滑移分析，并取最重的分塊1作滑移計算。
3.1 荷載工況
3.1.1荷載(D)
滑移胎架和網架自重。
3.1.2風荷載(W)：考慮X向和Y向風荷載，具體
風荷載計算如下：
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