摘要：大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)在施工中具有跨度大、單構(gòu)件重量重、拼裝精度要求高等特點(diǎn)，其施工方法選擇的正確與否顯得尤為重要。本文結(jié)合工程實(shí)例，全面闡述大跨度鋼桁架吊裝方法、過(guò)程控制、分塊組合方案及重難點(diǎn)控制，通過(guò)優(yōu)化吊裝工序的施工工藝，詳細(xì)的制定出了安全可靠、施工簡(jiǎn)單有效，且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的大跨度鋼桁架施工技術(shù)方案，保證了吊裝質(zhì)量，提高了施工速度，同時(shí)在一定程度上降低了鋼桁架施工安全和成本風(fēng)險(xiǎn)。

Abstract： The long-span steel truss structure has the characteristics of large span， heavy weight of single component and high precision of assembling. It is especially important to choose the correct method of construction. This paper combines engineering examples to comprehensively expound the hoisting method， process control， block combination scheme and heavy and difficult point control of large span steel truss. By optimizing the construction process of the hoisting process， the safety and reliability， simple and effective construction， and economical and practical are detailed. The technical plan for the construction of large-span steel truss ensures the quality of lifting and improves the construction speed， and at the same time reduces the safety and cost risk of steel truss construction to a certain extent.

關(guān)鍵詞：大跨度鋼管桁架;分塊組合;吊裝技術(shù);施工工藝

Key words： long-span steel pipe truss;block combination;hoisting technology;construction technology

中圖分類(lèi)號(hào)：TU758.11? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）17-0145-03

0? 引言

大跨度鋼桁架的發(fā)展日新月異，它的結(jié)構(gòu)輕巧、結(jié)構(gòu)形式豐富多樣，加工制作便利、結(jié)構(gòu)傳力明確、經(jīng)濟(jì)效益合理，是目前應(yīng)用比較廣泛的一種結(jié)構(gòu)體系。但是在施工中由于其自身具有的跨度大、單構(gòu)件多、拼裝精度質(zhì)量要求高等特點(diǎn)，在施工前需要充分結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及安全、環(huán)境、進(jìn)度、質(zhì)量、效益等因素合理選擇施工方案，施工過(guò)程中嚴(yán)格控制質(zhì)量，才能確保施工圓滿(mǎn)完成。本文在借鑒以往鋼結(jié)構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，應(yīng)用先進(jìn)的軟件作輔助，同時(shí)優(yōu)化完善了施工工藝，制定出切實(shí)可行的大跨度鋼桁架施工技術(shù)方案，確保了本工程高質(zhì)量完成。

1? 工程概況

中交天津港灣工程研究院有限公司天津臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)科研試驗(yàn)基地-水工試驗(yàn)大廳位于天津臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)，該工程為排架/框架結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)地上1層，局部2層，軸線(xiàn)尺寸長(zhǎng)90.0m，寬64.8m，共1跨。屋架肩高12.45m。工程鋼結(jié)構(gòu)主桁架跨度為64.8米，最大起吊高度為15米。鋼桁架為三角立體鋼桁架體系，倒三角桁架與穩(wěn)定桁架、支撐連接后通過(guò)固定鉸支座與混凝土柱頂上的預(yù)埋件連接。所有桿件均采用Q345B無(wú)縫鋼管，制作時(shí)均按跨度的1/500起拱，桿件對(duì)接接頭焊縫等級(jí)為二級(jí)。

鋼桁架體系由8榀主桁架（HJ-01）、7榀次桁架（HJ-02）及14榀邊桁架（HJ-03）組成，其中HJ-01、HJ-02為倒三角管桁架，HJ-03為直角三角管桁架。鋼桁架平面布置見(jiàn)圖1。

2? 鋼桁架施工難點(diǎn)分析

2.1 施工難點(diǎn)

①屋面桁架采用倒三角管桁架，主桁架跨度64.8m、高度4.5m、重量大，倒三角形為幾何常變體系，現(xiàn)場(chǎng)拼裝和吊裝均易失穩(wěn)破壞。②為保證桁架安全施工，需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及特點(diǎn)，對(duì)桁架桿件進(jìn)行詳細(xì)的受力驗(yàn)算和整體吊裝驗(yàn)算。③跨度大、桿件切割加工精度要求高，現(xiàn)場(chǎng)拼裝難度大。

2.2 針對(duì)施工難點(diǎn)采取措施

①為使倒三角管桁架不失穩(wěn)，需在安裝過(guò)程中，將桁架由幾何常變體系變?yōu)閹缀尾蛔凅w系。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、桁架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工情況，施工前制定多方案進(jìn)行對(duì)比，解決桁架施工期間的穩(wěn)定及安全問(wèn)題，即（形成穩(wěn)定的桁架塊）后安裝。②采用midas gen有限元數(shù)值計(jì)算軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，合理確定吊點(diǎn)位置、查明吊裝過(guò)程中存在的結(jié)構(gòu)軟弱部位并采取補(bǔ)強(qiáng)措施，優(yōu)化大跨度鋼桁架變形控制施工工藝，避免桁架在吊裝過(guò)程中因不同工況產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力應(yīng)變，從而導(dǎo)致主結(jié)構(gòu)出現(xiàn)安全隱患。③合理布置及調(diào)整施工現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械走位和場(chǎng)區(qū)布置，提前發(fā)現(xiàn)并消除影響吊裝施工的各項(xiàng)危險(xiǎn)源，使得施工風(fēng)險(xiǎn)降到最低。④采用TEKLA軟件整體建模，從源頭上保證構(gòu)件的精度。構(gòu)件加工采用相貫線(xiàn)數(shù)控下料，保證構(gòu)件加工精度。現(xiàn)場(chǎng)整體放樣拼裝，保證拼裝精度。

3? 鋼桁架吊裝施工

3.1 吊裝施工方法選定

大跨度鋼桁架常用的施工方法主要包括：高空散裝法、整體提升法、整體頂升法、高空滑移法、整體吊裝法、分塊吊裝法等。

由于該工程鋼結(jié)構(gòu)桁架跨度大，項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)場(chǎng)地有限，鋼桁架重量大，一次整體吊裝施工難度、施工風(fēng)險(xiǎn)高，綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)條件、工期、成本、安全、質(zhì)量等因素，經(jīng)詳細(xì)討論后決定采用在地面拼裝場(chǎng)分塊制作、兩臺(tái)吊車(chē)抬吊、高空平移的方式就位，分塊吊裝后高空焊接連接的施工方法。

本項(xiàng)目桁架為倒三角管桁架結(jié)構(gòu)，為使單榀桁架不失穩(wěn)，需在拼裝和吊裝就位時(shí)，將桁架由幾何常變體系變?yōu)閹缀尾蛔凅w系。通過(guò)施工方案的分析與對(duì)比，采用兩榀主桁架、中間次桁架及支撐系統(tǒng)等在地面拼裝成整體（形成穩(wěn)定的桁架塊）后安裝，即可保證桁架的穩(wěn)定性，又降低了空中安裝的難度。即首先在地面上的桁架制作胎膜上將兩榀桁架制作成一個(gè)桁架塊整體拼裝、高空平移法逐塊吊裝就位，最后將塊間桁架高空焊接連接形成整體。

3.2 吊裝施工思路及順序

桁架塊拼接吊裝思路為：在地面上提前準(zhǔn)備好的拼裝場(chǎng)地上進(jìn)行桁架塊的焊接拼裝。一個(gè)吊裝桁架塊由兩榀HJ-01+一榀HJ-02+兩榀HJ-03焊接拼裝組成，總重量約60t。共分為四個(gè)桁架塊分四次進(jìn)行吊裝就位。

先安裝8-10軸的桁架塊結(jié)構(gòu)，再依次安裝6-7軸桁架塊、5-4軸桁架塊、3-2軸桁架塊，最后連接8-10軸、6-7軸及5-4軸、3-2軸間的次桁架，直至全部桁架安裝完畢。

3.3 吊裝施工過(guò)程

3.3.1 鋼桁架拼接要點(diǎn)

①在地面上搭設(shè)好桁架的拼裝胎架，用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀和全站儀測(cè)量和控制胎架的定位尺寸、標(biāo)高，確保胎架穩(wěn)定牢固。

②在胎架上先對(duì)主弦桿對(duì)接接長(zhǎng)，對(duì)接拼裝時(shí)，在對(duì)接口處必須設(shè)置焊接襯套，控制好桿件的直線(xiàn)度，先進(jìn)行點(diǎn)焊固定，再根據(jù)加工完成的構(gòu)件連接點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量和定位，確認(rèn)無(wú)誤后將主弦桿固定在胎架上，按對(duì)接焊接工藝的要求進(jìn)行對(duì)接口的焊接，焊接完成后符合檢測(cè)條件后進(jìn)行焊口檢測(cè)。

③主弦桿焊接完成檢驗(yàn)合格，按圖紙要求在弦桿上放樣，然后按安裝圖編號(hào)從兩端向中間拼裝弦桿間的桿件，相貫面口吻合緊密塞焊固定，直至整榀桁架拼裝完成。

④整個(gè)拼裝過(guò)程中用全站儀實(shí)施全過(guò)程測(cè)量控制，確保桁架的位置、尺寸符合要求。

3.3.2 吊裝工況分析

通過(guò)綜合分析現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、施工狀況以及桁架本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)吊裝各種工況進(jìn)行分析。

①雙機(jī)抬至3-4軸工況進(jìn)行分析。

組裝成整體的塊狀桁架重約60噸，采用兩臺(tái)350噸汽車(chē)吊吊裝，每臺(tái)分擔(dān)30噸。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)行走路線(xiàn)及吊車(chē)位置，查性能表得知，主臂36m，吊裝半徑20m，可吊52噸，單機(jī)負(fù)荷率30/52=57.7%<80%，滿(mǎn)足桁架吊裝要求。詳見(jiàn)圖2、圖3。

②對(duì)雙機(jī)抬至6-7軸進(jìn)行工況分析。

雙機(jī)抬至6-7軸時(shí)，汽車(chē)吊工作半徑最大為22m，此時(shí)為整個(gè)工程最不利的工況。查汽車(chē)吊性能表得知，主臂36m，吊裝半徑22m，可吊45噸，單機(jī)負(fù)荷率30/45=66.7%<80%，滿(mǎn)足桁架吊裝要求

3.3.3 桁架吊點(diǎn)的設(shè)置

塊狀桁架采用雙機(jī)抬吊，每臺(tái)4點(diǎn)吊裝方式，8根吊帶，其中4根長(zhǎng)14m，4根長(zhǎng)12m。通過(guò)midas有限元分析，吊點(diǎn)位置滿(mǎn)足施工需要。

桁架吊點(diǎn)以吊起后桁架不變形、平衡穩(wěn)定為準(zhǔn)，采用吊帶避免吊裝過(guò)程中桿件破壞和油漆脫落。通過(guò)受力分析，確定吊點(diǎn)位置，吊點(diǎn)上弦桿與腹桿的節(jié)點(diǎn)處如圖6。

3.3.4 鋼桁架吊裝就位

桁架支座混凝土柱強(qiáng)度已達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求后，方可進(jìn)行桁架安裝。吊裝前對(duì)桁架的整體尺寸進(jìn)行復(fù)核，測(cè)量上下弦桿原始起拱度數(shù)值。組裝成整體的塊狀桁架重約60噸，采用兩臺(tái)350噸汽車(chē)吊桁架跨外吊裝，每臺(tái)分擔(dān)30噸。

①首先雙機(jī)抬第一塊狀桁架臨時(shí)放至3-4軸鉸支座上，以纜風(fēng)繩輔助桁架的臨時(shí)穩(wěn)定。②移動(dòng)汽車(chē)吊，吊裝第一桁架塊至6-7軸再至8-10軸鉸支座，與支座焊接固定就位。③汽車(chē)吊按上述方法吊裝第二桁架塊至6-7軸鉸支座，對(duì)位調(diào)整后與支座焊接。連接兩塊桁架間的次結(jié)構(gòu)，形成穩(wěn)定體系，詳見(jiàn)圖8。④依次按照上述步驟拼裝第三、第四塊桁架，連接次桁架及時(shí)形成整體。桁架安裝完畢，詳見(jiàn)圖7。

⑤屋面桁架整體安裝后，及時(shí)測(cè)量上下弦桿最終的變形量，與地面測(cè)量的初始起拱度進(jìn)行對(duì)比，是否滿(mǎn)足桁架設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的最終變形量。同時(shí)檢查安裝節(jié)點(diǎn)的標(biāo)高、跨距、外形尺寸等，需滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4? 工藝優(yōu)化及完善

4.1 吊點(diǎn)部位桿件受力分析及優(yōu)化

4.1.1 桿件替換

本工程因兩榀桁架及中間次桁架在地面拼裝成一個(gè)整體桁架塊后吊裝，吊點(diǎn)位置處桿件在吊裝過(guò)程中內(nèi)力與原設(shè)計(jì)時(shí)有差異。確定吊裝方案后，用MDAS有限元軟件對(duì)桁架吊裝進(jìn)行受力分析，發(fā)現(xiàn)圖7中標(biāo)紅的吊點(diǎn)之間桿件內(nèi)力較大，為保證吊裝施工安全，在工廠加工時(shí)根據(jù)吊裝受力情況，把原桿件直徑及壁厚加大，經(jīng)計(jì)算替換為Ф219*5圓管，滿(mǎn)足吊裝要求。（如圖6桁架吊點(diǎn)平面布置圖吊點(diǎn)間桿件）。

4.1.2 吊裝驗(yàn)算

結(jié)構(gòu)吊點(diǎn)處采用midas gen有限元數(shù)值計(jì)算軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模，恒荷載系數(shù)取1.5。吊裝應(yīng)力比最大值為0.422<1，滿(mǎn)足吊裝安全的要求。

4.2 吊裝成品路基箱的應(yīng)用

吊裝方案確定后，現(xiàn)場(chǎng)地基承載力經(jīng)計(jì)算不符合350噸汽車(chē)吊支腿處的承載力要求，考慮到350噸吊車(chē)吊裝時(shí)的實(shí)際工況，根據(jù)吊車(chē)在最不利受力狀態(tài)下，吊車(chē)每個(gè)支腿需要承受的力來(lái)進(jìn)行支腿承載力計(jì)算，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證及壓載試驗(yàn)，決定在汽車(chē)吊車(chē)支腿下鋪設(shè)專(zhuān)用路基箱（2×3米）來(lái)增加地基承載力，滿(mǎn)足吊裝要求，保證吊裝施工安全。

5? 鋼桁架吊裝施工監(jiān)控

5.1 屋架下?lián)媳O(jiān)控

5.1.1 監(jiān)控點(diǎn)布置

每榀桁架在上下弦桿處各布設(shè)5個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)位置為桁架的四等分點(diǎn)。

5.1.2 觀測(cè)方法

首先在各監(jiān)測(cè)點(diǎn)上粘貼反射片，然后在事先選好的測(cè)站點(diǎn)位置架設(shè)全站儀，測(cè)量各監(jiān)測(cè)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)間高差，與設(shè)計(jì)值相比較從而得出該軸向在豎直方向的撓度值。在對(duì)每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，盤(pán)左、盤(pán)右全讀數(shù)后取其平均值，消弱系統(tǒng)誤差帶來(lái)的影響。

5.1.3 監(jiān)測(cè)周期

桁架安裝完畢觀測(cè)一次，之后每天觀測(cè)一次，主體結(jié)構(gòu)完工恒荷載加載完畢觀測(cè)一次。加完恒定荷載后每10天觀測(cè)一次，觀測(cè)三次后視變形情況調(diào)整觀測(cè)頻率，如變形穩(wěn)定，每1個(gè)月監(jiān)測(cè)一次至竣工驗(yàn)收。

6? 結(jié)語(yǔ)

①實(shí)踐證明，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件、工期、成本、安全、質(zhì)量等因素，采用在地面拼裝場(chǎng)分塊制作、兩臺(tái)吊車(chē)抬吊，分塊起吊高空平移的施工方案是非常成功的。②本施工工藝在滿(mǎn)足工期要求的前提下，充分利用現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地，保證施工質(zhì)量的同時(shí)節(jié)約了施工成本（一塊桁架1個(gè)臺(tái)班就能夠完成吊裝）。③輔助應(yīng)用相貫線(xiàn)切割控制技術(shù)，進(jìn)行圓鋼管間的連接口切割，切割口規(guī)矩精準(zhǔn)，提高現(xiàn)場(chǎng)拼接精度的同時(shí)，減小了拼接變形，保證了焊接質(zhì)量。④提前采用TEKAL軟件進(jìn)行整體建模，通過(guò)對(duì)吊裝過(guò)程進(jìn)行工況模擬，采用midas gen有限元數(shù)值計(jì)算軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，合理確定吊點(diǎn)位置、查明吊裝過(guò)程中存在的結(jié)構(gòu)軟弱部位，并在工藝上采取了補(bǔ)強(qiáng)措施，保證了桁架在吊裝過(guò)程中的整體穩(wěn)定。⑤施工現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械行走路線(xiàn)、走位及場(chǎng)區(qū)布置，專(zhuān)用成品路基箱的應(yīng)用，吊裝變形監(jiān)測(cè)方法的調(diào)整等工藝方法的完善，保證了大跨度鋼管桁架施工的高質(zhì)量完成。

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作者簡(jiǎn)介：邵偉（1985-），男，天津人，中級(jí)工程師，本科，學(xué)士，研究方向?yàn)橥聊竟こ獭?/p>