钢结构技术论文
中国建筑金属结构协会
建筑钢结构分会主办
[摘 要]:介绍了昆明新机场钢屋盖的胎架滑移技术，并对胎架滑移施工过程进行模拟计算，重点阐述了滑移轨道的设置、胎架的设计等关键技术，实践证明该施工技术保证了昆明新机场钢屋盖的顺利安装就位，取得了显著的工期效益和经济效益，可供此类工程参考。
[关键词]:大跨度；钢屋盖；胎架；滑移
1 引 言
昆明新机场建设项目是国家“十一五”期间的重点建设工程，也是云南省特大型城市基础设施建设工程。其定位是中国面向东南亚，南亚和连接欧亚的国家门户枢纽机场，因此国家和云南省都对此给予高度重视，确定了“建世纪工程，立千秋伟业，创中国一流”的项目目标，建设“节约型，环保型，科技型和人性化的现代化绿色机场”。建成后，昆明将成为继北京，广州，上海之后全国第四个拥有国家大型门户枢纽机场的城市。
昆明新机场航站楼，目前是我国单体投影面积和建筑面积最大的航站楼，其屋盖为双曲面外形，南北方向长约850m，东西方向宽约1120m，投影面积约17.828万平米。在航站楼南端入口处有22m～32m的室外悬挑屋顶、北端局部区域设有11m的悬挑屋顶。屋盖结构设有6道温度缝，将整个航站楼屋顶分为七部分，其中核心区（A区）屋盖面积最大，其东西长约328m,南北方向宽约277m,屋盖面积约8.5万平米。屋盖主体采用曲面空间网架结构，为四角锥网架和正交桁架系结合的网架形式。核心区(A区)是屋盖支承在彩带结构、悬臂钢管柱、钢管混凝土柱和摇摆柱柱顶，其他区域的屋盖支承在悬臂钢管柱和摇摆柱柱顶。网架通过三向固定铰支座与下部支承结构连接，整体效果图如图1所示。为了达到“彩带”的建筑效果，建筑师将A区中心屋盖支承结构布置的十分简洁流畅，各拱顶将作为屋顶网架支承点，如图2所示。整个结构线条流畅，造型新颖，但同时给施工带来很大难度。
图1.昆明新机场效果图
图2.A区彩带轴测图
2 施工方案
大跨度钢屋盖的安装方法主要有高空散装法、分条分块吊装法、高空滑移法、顶升法及整体吊装法等[1-4]。考虑到本工程A区的结构特点、场地条件以及施工工期等要求，最后采用高空滑移法中的设置滑移装置，每次拼装完一个单元后，滑移至下一位置组拼。
鉴于象征“七彩云南”的七根彩带中，（与滑移直接有关的是4#~7#彩带），均各以中心SO1轴东西对称。而在东西半区的彩带拱顶高度均为从边向中由“较高——较低——最高”呈马鞍形变化。为此，折线式滑移轨道，也应按“较高——较低——最高”而变化。这样在滑移时，网架结构下口不会碰到彩带拱顶。因此，滑移轨道就简化为在边上初始位置的拼装区一段距离平行抬高一段高度，以让开彩带沿边上一段为较高的拱顶；然后通过一段倾斜的过渡轨道，再与+10.20m楼层面上的水平轨道相连接。相反，如果是直接在+10.20m楼面上的水平轨道上滑移，那么就只能按该滑移分块滑移至其真实位置前，能通过的边上彩带拱顶和中心彩带拱顶而定下滑移胎架的高度。这样滑移胎架就要做得足够高，否则网架结构就要与彩带初始位置相碰无法滑移。虽然轨道的做法简易，却给滑移分块到位后，往下降至网架真正位置高度时带来巨大的麻烦：需将滑移胎架顶上的顶升油泵（其行程只允许≤300mm）多次下降，则相应要将滑移胎架顶部结构逐步割去。这样工作繁琐，且增加了大量极不安全的高空作业，还会大大影响工程的周期和质量。
2.1 滑移分块及滑移轨道布置
由于A区屋盖为对称结构，取1/2模型进行分析，如图3所示。
图3.滑移分块图
滑移分块总共分为10块，以6#彩带所在的12轴对称分两区，每区各分5块，编号为A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10。滑移轨道共8条，分别位于3、4、7、8、11、13、15、18/5、轴上。其中滑移分块A5、A10所在位置为安装区域，即在该处对各个滑移分块进行拼装，然后沿着滑移轨道滑到钢屋架结构的设计位置，A9分块直接吊装，A5、A10分块在其设计位置进行现场拼装即可。在布置滑移轨道时，充分利用原有建筑结构的混凝土梁作为轨道支撑，尽量避免对原有建筑结构进行加固，减少临时结构费用支出。选取原混凝土框架第三层结构梁铺设八条滑移轨道，网架的滑移分块下弦焊接球节点支承在滑移胎架上，通过液压爬行器牵引胎架沿着轨道滑动。滑移胎架重复利用，每次滑到位后用临时支撑换撑，滑走胎架，根据原建筑结构，滑移分区及轨道布置如下图4所示。
图4.轨道布置图
特别注意的是，滑移分块A1～A5跨过5#彩带，滑移分块A6～A10跨过7#彩带，故而在设计滑移轨道时需综合考虑施工的可行性、以保证各滑移分块可以顺利通过彩带。
2.2 滑移胎架设计
滑移胎架系统由格构柱、联系桁架组成（图5），底部通过滑移箱梁与胎架连接，滑移箱梁上焊接耳板与液压爬行器连接。滑移箱梁搁置在滑移轨道上，在滑移箱梁与轨道接触的两侧设置挡板，以便于适当调节不同步的状况。胎架尺寸及构造如图6所示。由于各分块的安装高度不统一，将胎架设计成标准节和非标准节，通过组合调整，使胎架高度满足各分块的安装要求。现场胎架及液压爬行器如图7所示。
图5.滑移胎架图
图6.胎架构造图
图7.现场胎架及液压爬行器
整个滑移结构体系（网架、联系桁架和滑移胎架）是一个刚性体。滑移过程中，在通过滑移轨道的变坡时，刚性体在斜坡上倾斜将会使上部网架重心前倾，增加施工不安全系数，且这样的结构无法自适应变形，因此在轨道平衡梁下设置转铰机构，如下图8：
滑移胎架底部采用此机构后，过斜坡时，滑移体系的自适应过程如下：
图8.滑移胎架底部自适应体系及在斜坡轨道处的自适应过程
对于这种高空的钢结构在斜坡上滑移时，结构是否会倾覆是必须考虑的问题，为此通过sap2000的计算，得出了滑移体系在斜坡滑移时并不会出现倾覆的结论；但是后排滑移胎架的双轨铰点反力中，存在一个为负的反力，即此铰滑移过程中会出现上翘，这对于滑移施工是很不利的。对于这种高空结构，防倾覆也应该作为一种安全保障。综合考虑现场条件最后采用如下设计见图9：
图9.轨道处防倾覆装置
该反钩机构安装在后排胎架的平衡梁底部，用于防止结构的倾覆，通过计算后铰点的上翘力并不大，此反钩机构完全能够满足抗弯要求。
不过经过滑移的实践，可以对此机构进一步优化，使其在滑移过程中不仅可以防倾覆，而且可以起导向作用，防止滑移体系跑偏；结构形式如下图10所示：
图10.防倾覆装置改进型
此结构的局部放大图11如下：
图11.改进型详图
此机构的安装位置也是后排胎架的轨道平衡梁下部。工作原理如下：当滑移体系有倾覆或一个铰翘起时，该机构的轮子和轨道上翼缘下部接触，防止结构倾覆，且机构的抗弯能力要明显好于前面的反钩机构。而当滑移体系跑偏时，轮子将和轨道腹部接触防止跑偏，并可以很好的起到导向作用。
滑移胎架底部安装的转铰机构虽然解决了结构过斜坡的问题，但由此产生了局部结构的倾覆问题，下图12分别为后排胎架和前排胎架在斜坡滑移时，转铰下部结构的受力图：
图12.在斜坡轨道处的滑移胎架下部转铰结构受力图
通过受力分析可知，N和Fy产生的力偶为抵抗局部翻转的力偶，对于防止该结构的翻转是有利的，为了增大此力偶，可以从增加力臂的长度考虑，设计如下图13：
图13.下部转铰处结构改进型
此滑撬结构可以很好的增加力臂的长度，防止结构绕转铰翻转，但此时滑撬结构受弯，为了提高结构的抗弯能力，滑板上面采用工字钢，在滑板与平衡梁连接处焊后进行打磨平滑，这样既可以很好的起到导向作用，而且避免出现滑板卡切轨道的情况。
当然，受滑雪用的雪橇启发，可以将结构优化设计如下图14：
图14.转铰结构改进型的优化
这种结构不仅可以很好的起到局部抗翻转作用，而且可以很好的起到滑移导向的作用。
3 滑移过程有限元分析
为了保证胎架系统在滑移过程中的整体稳定性和安全性，有必要对滑移过程作模拟有限元分析，验算在各种工况下的结构承载力和变形。本文采用SAP2000有限元软件做滑移分析，并取最重的分块1作滑移计算。
3.1 荷载工况
3.1.1荷载(D)
滑移胎架和网架自重。
3.1.2风荷载(W)：考虑X向和Y向风荷载，具体
风荷载计算如下：
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