丁楠羅漪呂金炭杜天瑞繆曉輝陳偉昌

(1．華僑大學(xué)土木工程學(xué)院福建廈門361021;2．福建榮盛鋼結(jié)構(gòu)實(shí)業(yè)有限公司福建泉州362000) 3．福建省第五建筑工程公司福建泉州362000)

屋面鋼結(jié)構(gòu)桁架安裝施工技術(shù)
——以泉州科技與規(guī)劃館為例

丁楠1羅漪1呂金炭2杜天瑞2繆曉輝2陳偉昌3

(1．華僑大學(xué)土木工程學(xué)院福建廈門361021;2．福建榮盛鋼結(jié)構(gòu)實(shí)業(yè)有限公司福建泉州362000) 3．福建省第五建筑工程公司福建泉州362000)

泉州科技與規(guī)劃館屋面鋼結(jié)構(gòu)為空間桁架結(jié)構(gòu)，屋蓋主體結(jié)構(gòu)由屋蓋主承重體系和葉狀采光頂體系構(gòu)成。根據(jù)總體進(jìn)度要求及基本建設(shè)程序，該工程擬采用“先鋼結(jié)構(gòu)后土建，按單體區(qū)域劃分施工，預(yù)留施工通道，先下后上，先主后次，流水作業(yè)”的安裝思路，屋蓋桁架采用“支撐胎架，地面拼裝，高空整體散裝”的施工技術(shù)。文章從整體部署、屋面桁架安裝和桁架吊裝3個(gè)步驟詳細(xì)總結(jié)了泉州科技與規(guī)劃館屋面空間鋼結(jié)構(gòu)桁架的施工技術(shù)。

空間桁架;安裝;施工技術(shù)

1 工程概述

泉州市公共文化中心項(xiàng)目，以古代海絲之路起點(diǎn)城市、東亞文化之都為規(guī)劃背景，第一個(gè)采用國(guó)家大力推廣運(yùn)用的政府和社會(huì)資本合作(PPP)模式，建設(shè)的大型公共建筑項(xiàng)目。該項(xiàng)目工程位于市行政中心中軸線中段，用地面積129 629m2，總建筑面積約32.48萬(wàn)m2，其中地下建筑面積約18.95萬(wàn)m2，地上建筑面積約13.53萬(wàn)m2，建設(shè)工期為900d，合同造價(jià)約26億元。項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容包括:泉州科技與規(guī)劃館、泉州工人文化宮、泉州大劇院、泉州圖書館和位于中央的市民廣場(chǎng)。

泉州科技與規(guī)劃館屋面鋼結(jié)構(gòu)為空間桁架結(jié)構(gòu)，屋蓋體系構(gòu)成，如圖1～圖3所示，屋蓋主體結(jié)構(gòu)由屋蓋主承重體系(屋蓋總平面布置及屋蓋總平面葉狀四管桁架)和葉狀采光頂體系(凸起葉狀采光頂及豎向連接體系)構(gòu)成，其特點(diǎn)如下:

①工程施工場(chǎng)地復(fù)雜。

②構(gòu)件形式多、結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)復(fù)雜;構(gòu)件分為鋼柱、桁架、鋼骨梁、管桁架屋蓋，截面有鋼管、H型、十字型等。工程屋面為桁架結(jié)構(gòu)，屋面桁架節(jié)點(diǎn)形式多樣。主桁架、次桁架的連接節(jié)點(diǎn)非常復(fù)雜，拼裝工作量大;屋面高度大、平面形狀不規(guī)則，高空焊接點(diǎn)多面廣，操作平臺(tái)設(shè)置困難，施工安全要求高。

③焊接量大、外觀成型要求高;鋼柱連接焊接節(jié)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)焊接量大;桁架相貫焊縫焊接質(zhì)量要求高，焊接難度大;高空作業(yè)量大，安全措施投入多。屋面桁架，拼裝時(shí)需要搭設(shè)大量支撐胎架。施工措施量大。

④各工況跟蹤測(cè)量難度大;屋面桁架構(gòu)在吊裝等階段的施工過(guò)程中屋蓋桁架結(jié)構(gòu)的受力不斷發(fā)生變化，各施工工況下對(duì)屋蓋結(jié)構(gòu)的位置和變形跟蹤測(cè)量難度大。

本文詳細(xì)總結(jié)了泉州科技與規(guī)劃館屋面空間鋼結(jié)構(gòu)桁架施工技術(shù)。

圖1 屋蓋主承重體系

圖2 葉狀采光頂體系

圖3 屋蓋主體結(jié)構(gòu)

2 施工總體部署

根據(jù)總體進(jìn)度要求及基本建設(shè)程序［1］，該工程采用了“先鋼結(jié)構(gòu)后土建，按單體區(qū)域劃分施工，預(yù)留施工通道，先下后上，先主后次，流水作業(yè)”的安裝思路，屋蓋桁架采用“支胎架，地面拼裝，高空整體散裝”的施工技術(shù)。各單體鋼結(jié)構(gòu)跟隨土建施工進(jìn)度，領(lǐng)先土建2層～3層施工，地下室基礎(chǔ)底板上一次性將鋼骨柱吊裝至地上二層，待土建首層地面施工完畢并且養(yǎng)護(hù)至吊機(jī)可上樓面的強(qiáng)度后再使用汽車吊在首層樓面上吊裝，部分無(wú)法吊裝位置使用塔吊配合吊裝。待屋頂結(jié)構(gòu)施工完畢后再進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的施工。

鋼結(jié)構(gòu)施工中，與土建交替穿插，協(xié)調(diào)進(jìn)行。按鋼結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)由下向上，依次流水施工。鋼結(jié)構(gòu)施工采用2臺(tái)70t汽車吊、2臺(tái)25t汽車吊拼裝，1臺(tái)100t汽車吊吊裝;部分汽車吊無(wú)法吊裝的區(qū)域，采用塔吊配合吊裝(采用塔吊吊裝的位置施工前校核塔吊性能)。

3 屋面桁架安裝

3.1 桁架安裝思路

科技館C～H/9～15軸線位置為桁架結(jié)構(gòu)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件，屋面桁架按照總體思路采取“散件制作、散件運(yùn)輸、地面分段拼裝、支撐胎架，高空散裝”。第一步:地面拼裝胎架安裝;第二步:桁架地面拼裝;第三步:桁架支撐胎架安裝;第四步:桁架高空散裝;第五步:桁架高空焊接、驗(yàn)收。

桁架先在地面使用25t汽車吊進(jìn)行拼裝，拼裝完成后采用100t汽車吊將桁架吊至安裝位置，部分桁架位置靠近主體里側(cè)，無(wú)法使用汽車吊吊裝時(shí)需采用塔吊進(jìn)行吊裝;采用塔吊吊裝的桁架拼裝分段時(shí)，尤其關(guān)注分段的總重量能否滿足塔吊的吊裝性能要求。

3.2 桁架拼裝工藝流程

桁架拼裝工藝如圖4所示:測(cè)量(組裝胎架定位)—組裝胎架安裝—桁架地面組裝—桁架吊裝。

3.3 桁架地面拼裝

鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)場(chǎng)前，要求現(xiàn)場(chǎng)需滿足車輛運(yùn)輸及構(gòu)件吊裝地面承載力，吊車站位打腳位置需墊枕木，拼裝場(chǎng)地需清理干凈。管桁架分段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組裝，在現(xiàn)場(chǎng)拼裝場(chǎng)地進(jìn)行整體拼裝。

桁架選用1臺(tái)25t汽車吊作為組裝吊機(jī)，負(fù)責(zé)吊裝單元桁架組裝。以單榀桁架組裝為例，如圖5～圖8所示。

3.4 桁架拼裝注意事項(xiàng)

(1)拼裝前對(duì)拼裝場(chǎng)地進(jìn)行場(chǎng)地硬化，下片桁架鋼支墩上設(shè)置槽鋼，對(duì)支墩抄平。

(2)桁架桿件組裝順序。先拼裝下片桁架的主弦桿，然后拼裝主弦桿之間的水平桿和水平斜桿，下片桁架拼裝完畢后拼裝上片桁架，拼裝順序與下片相同;上下片桁架拼裝完畢后，使用拼裝胎架固定桁架，安裝上下片桁架之間的腹桿及斜腹桿。

圖4 桁架拼裝流程圖

圖5 單片拼裝－主弦桿拼裝、定位

圖6 雙片桁架拼裝

圖7 雙片桁架拼裝立桿拼裝

圖8 雙片桁架拼裝斜腹板拼裝

(3)對(duì)于二次相貫桿件，先安裝一次相貫桿件后安裝二次相貫桿件;上下弦桿之間的腹桿。組裝時(shí)嚴(yán)格控制各個(gè)桿件的位置。

(4)桁架主桁架分段組裝，組裝誤差控制在5mm以內(nèi)，為確保組裝精度，上下弦桿拼裝時(shí)，嚴(yán)格控制節(jié)點(diǎn)中心和管口中心位置。桁架平面中心線和節(jié)點(diǎn)位置均采用墨線在上下弦桿上彈出，以確保桁架腹桿的相對(duì)位置準(zhǔn)確。為方便施工，先采用全站儀在組裝平臺(tái)上進(jìn)行放點(diǎn)，并確定節(jié)點(diǎn)位置、固定。上下弦桿上臺(tái)后，采用吊線錘法進(jìn)行初步定位和調(diào)整。

4 桁架吊裝

4.1 結(jié)構(gòu)概況

科技館屋蓋桁架位于屋頂C～H/9～15軸線位置，屋蓋桁架通過(guò)預(yù)埋件與主體結(jié)構(gòu)連接，桁架為無(wú)縫鋼管，規(guī)格為Φ402×12mm、Φ245×12mm、Φ168×8mm、Φ152×6mm、Φ140×6mm等，材質(zhì)為Q345B，共設(shè)置13個(gè)預(yù)埋件與屋蓋連接，根據(jù)預(yù)埋件的分布要求，屋蓋主平面葉狀四管桁架共分為9段地面拼裝，再高空散裝，如圖9所示。

圖9 主平面葉狀四管桁架分段

主桁架與主平面葉狀四管桁架連接，由于主桁架2長(zhǎng)度25m，桁架需分成2段進(jìn)行吊裝，下設(shè)置支撐胎架，主桁架分段點(diǎn)及支撐胎架，如圖10所示。

豎向桁架一端與主桁架連接，一端與主體結(jié)構(gòu)上的預(yù)埋件連接，桁架長(zhǎng)度為35m，分成2段進(jìn)行吊裝，下設(shè)置支撐胎架，豎向桁架分段點(diǎn)及支撐胎架，如圖11所示。

平面桁架一端與主平面葉狀四管桁架連接，一端與豎向桁架連接，桁架長(zhǎng)度為較小，待地面整體平整后再高空散裝。

脊桁架的兩端與豎向桁架連接，桁架長(zhǎng)度為34m，需分成2段進(jìn)行吊裝，下設(shè)置支撐胎架，葉－莖桁架一端與豎向桁架連接，一端與脊桁架連接，長(zhǎng)度較小，待地面整體平整后再高空散裝，如圖12所示。

圖10 主桁架分段及支撐胎架

圖11 豎向桁架分段及支撐胎架

圖12 脊桁架與豎向桁架連接

4.2 吊裝方案

科技館屋面桁架在地面拼裝完畢后使用一臺(tái)100t汽車吊在樓面上進(jìn)行吊裝，部分桁架由于距離太遠(yuǎn)且高度太高，無(wú)法使用汽車吊吊裝的采用塔吊進(jìn)行吊裝［2］。首層樓面預(yù)留吊機(jī)行走通道，基礎(chǔ)底面吊裝吊機(jī)行走路線及吊裝站位點(diǎn)需要鋪設(shè)路基箱，首層樓面吊裝吊機(jī)行走路線有管溝的地方鋪設(shè)鋼板，汽車吊站位點(diǎn)支腿處鋪設(shè)1m×1m的鋼板。

桁架安裝步驟，如圖13～圖18所示。

圖13 安裝桁架與主體結(jié)構(gòu)連接的預(yù)埋件

圖14 安裝屋蓋桁架

圖15 安裝與屋蓋主平面葉狀四管桁架連接主桁架

圖16 安裝屋蓋主平面葉狀四管桁架

圖17 安裝與屋蓋主平面葉狀四管桁架及屋面主桁架連接桁架

圖18 安裝葉－莖桁架

4.3 高空吊裝構(gòu)件的穩(wěn)定

構(gòu)件高空就位后，不連接牢靠不能松鉤，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，當(dāng)天盡可能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)面焊接成型。合理安排吊裝順序，加快吊裝作業(yè)，盡快形成構(gòu)件自身穩(wěn)定體系［3］。對(duì)于焊接工作量大的構(gòu)件，保證軸向焊接固定，吊機(jī)松鉤前，側(cè)向采用纜風(fēng)繩臨時(shí)固定［4－5］。

5 結(jié)語(yǔ)

泉州科技與規(guī)劃館屋面空間桁架鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)、制造、安裝和施工，福建榮盛鋼結(jié)構(gòu)實(shí)業(yè)有限公司與福建省第五建筑工程公司密切配合，以公司的技術(shù)、裝備、員工素質(zhì)為前提，采取科學(xué)的方法，先進(jìn)的管理，優(yōu)化的配置，完善的措施，選擇先進(jìn)的施工方案和管理措施，控制成本，進(jìn)行質(zhì)量跟蹤控制，確保項(xiàng)目順利實(shí)施。

［1］遇瑞，羅永峰．大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)整體吊裝施工方法現(xiàn)狀的研究［C］．2009全國(guó)鋼結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2009．

［2］王飛，倪建公，羅永峰．弦支穹頂結(jié)構(gòu)施工力學(xué)研究綜述［C］．第四屆全國(guó)鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)交流會(huì)論文集，2012．

［3］顏衛(wèi)亨，武鵬，張宣關(guān)．管桁架整體吊裝及就位后結(jié)構(gòu)分析［C］．第七屆全國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集，2007．

［4］張建華，張毅剛，尤德清，等．大跨度空間結(jié)構(gòu)施工過(guò)程力學(xué)行為的研究［C］．第七屆全國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集，2007．

［5］郝洪濤．大跨度屋面管桁架工廠制作與現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量控制［C］．2015中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)大會(huì)論文集，2015．

Construction Technique of Steel Roof Space Truss——Take Quanzhou Science＆Technology and Planning Museum for Instance

DING Nan1LUO Yi1LU Jintan2DU Tianrui2MIAO Xiaohui2CHEN Weicang1
(1．College of Civil Engineering，Huaqiao University，Xiamen 362021; 2．Fujian RongSheng Steel structure industrial co．，LTD，Quanzhou 362000; 3．Fujian NO．5 Construction Engineering Co，Quanzhou 362000)

The steel structure roof of Quanzhou Science＆Technology and Planning Museum is the space truss structure．The main structure of the roof constitutes the main bearing of the roof system and the leafy lighting system．According to the demand of overall schedule and the basic construction procedures，it is intended to adopt a way of the thought of installation——“the steel structure first and the civil structure later，divide the construction according to the monomer area，reserve the constructed channel，upper first and below later，major first and secondary later，and use the line operation”and the way of construction technology——“the supported bracket，the surficial assemble，and the high overall bulk．”Detailed construction technology is concluded in this paper according the overall deployment，installation of roof truss and truss hoisting．

Space truss;Erect;Construction Technique

TU391

:B

:1004－6135(2017)01－0060－05

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(51578255)福建省科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2014Y0033)福建省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014J01195)華僑大學(xué)研究生科研創(chuàng)新能力培育計(jì)劃資助項(xiàng)目(1511404001)泉港區(qū)科技小巨人重大專項(xiàng)(2015ZD04)

丁楠(1994．8－)，女。

E-mail:403251372@qq．com

2016－10－04