周海鋒

（中冶建工集團有限公司，重慶400032）

1 引言

大型體育場館的建設日漸增多，其屋面體系大多為鋼結構，其自重輕、跨度大，能滿足結構及功能性需要。鋼結構屋面造型復雜，導致構件異型、弧形桿件及復雜節(jié)點增多，懸臂桁架多采用地面拼裝成型，然后大型起重設備分榀吊裝，高空連接成整體的施工方法，地面拼裝質量將影響到整個鋼結構施工安全和質量[1]。通過地面拼裝施工技術總結創(chuàng)新，可用于指導同類型或相似桁架地面拼裝，彌補相關技術資料空缺。

2 工程概況

2.1 項目總體概況

體育場位于內蒙古呼倫貝爾牙克石市，主體為鋼筋混凝土框架結構，屋面為鋼管桁架結構，地上2層，局部3層。占地面積14 376.67m2，總建筑24 995.8m2，總座椅數16 995個（乙級體育場），設計使用年限50年，抗震設防烈度7度。主體結構最大長度240m，最大寬度190m，檐口高度33.227m。

2.2 鋼結構概況

屋面鋼管桁架結構，主桁架24榀（見圖1），東西側對稱布置各12榀，環(huán)桁架4道，沿整個屋蓋呈不規(guī)則橢圓形布置（見圖2）；主桁架為倒“7”字形安裝，截面呈倒三角形（見圖3），每榀桁架設置2個支座分別在A、C軸線，支座中心距3m，主桁架有 6 種不同規(guī)格，質量 27～56t，懸挑長度 23～33m，倒“7”字高14～20m；鋼結構罩棚質量約1600t；主桁架桿件規(guī)格：上弦桿φ76mm×（3.8～425）mm×30mm；下弦桿及腹桿φ76mm×（3.8～480）mm×35mm；焊接空心球支座半徑R為425～500mm。

圖1 屋蓋整體示意圖

圖2 屋蓋立面示意圖

圖3 主桁架立面示意圖

3 工程特點及拼裝難點

本工程的特點及拼裝難點如下：

1）主桁架規(guī)格多，桿件長度、直徑、傾斜角度不一（見圖3），對地面拼裝放樣、拼裝精度控制等帶來挑戰(zhàn)；

2）節(jié)點復雜，焊接質量控制難度大。主桁架腹桿較多，軸線均相交與一點，導致此處焊縫相交及存在窄間距焊接，其焊接困難，設計一級全熔透焊縫質量不易保證；

3）截面形式復雜、桿件變徑，轉折等，需要對桿件分段劃分，方案需仔細策劃，以減少拼裝焊接量和提高組拼工效；

4）工期緊張，拼裝胎架多套，重復利用率低，需多次改造使用，倒“7”字形地面臥拼，其形式復雜，對胎架制作精度及可調整性要求高。

4 現場臥拼整體及關鍵工藝流程

整體流程：場地處理→測量放線→胎架焊接拼裝→桿件吊裝組拼焊接→技術復核→焊縫探傷→補漆→轉場安裝。

場地處理：選址→承載力復核→地基處理→混凝土硬化→切縫→養(yǎng)護。

胎架焊接拼裝：測量放線→底梁定位→拉梁焊接→立柱焊接→斜撐加固→三角托焊接→技術復核。

桿件吊裝組拼焊接：上弦左側主弦桿吊裝→上弦右側主弦桿吊裝→下弦桿吊裝→調整定位→上弦聯系桿吊裝定位→腹桿吊裝定位→技術復核→分段焊接→驗收。

說明：桿件在工廠下料、彎弧、相貫線切割、噴漆等，質量合格，打包運至拼裝現場。

5 施工關鍵技術

5.1 場地處理

拼裝場地處理應考慮因素：主桁架及胎架自重荷載，其通常進行地面硬化后能滿足要求，也可進行簡單核算；重點應考慮拼裝吊機行走路線和停車點荷載，本工程主桁架地面拼裝后，采用SCC4000（400t）履帶吊轉場吊裝，因此，考慮吊裝荷載時地面承載能力為主；拼裝場地及桿件堆放地應進行墊高，便于排水。

履帶吊行走線路路基承載力簡化計算包括2方面：

1）通過查詢設備參數，獲得吊機在基本臂和標準配重下的履帶平均接地比壓力P1，通過靜力計算獲得吊機負重狀態(tài)下履帶反力（取較大值），從而計算壓應力P2。P1+P2＜fak（地基承載力特征值）。

2）簡化靜力計算模型，如圖4所示。查詢設備參數表和分析吊裝工況，通過靜力計算模型得到履帶最大反力R，從而得到壓應力P，P＜fak。

本工程拼裝場地通過粉土壓實后鋪200mm厚碎石，C25硬化150mm厚；吊裝路線粉土換填500mm厚毛坯石，鋪150mm厚級配礫石整平層，并壓實，履帶吊行走時隨鋪15mm厚鋼板。

圖4 簡化靜力計算模型

5.2 構件拆分

主桁架拆分成若干桿件運至現場拼裝焊接，其拆分合理性涉及運輸、拼裝效率、焊接量等，因此，應詳細策劃?！?”字主桁架拆分：直管長度不超過拖掛車廂，超過時分段；彎管、變徑節(jié)、腹桿、聯系桿單獨成段，折線處在轉折點分段。分段處應避開密集施焊節(jié)點。如有復雜節(jié)點（鑄鋼節(jié)點），節(jié)點應單獨制造。

5.3 胎架設計及組拼

主桁架胎架3套，完成同類型構件拼裝后改造，胎架的設計應考慮承載力、剛度和穩(wěn)定性要求，通過計算確定（見圖5）。立柱間距應當考慮桿件形式及長度、焊縫位置、構件變形及穩(wěn)定、胎架整體加固等因素。胎架采用全站儀定位放樣，確保尺寸準確。胎架及主桁架采用Xsteel Tekla整體建模，轉換成CAD模型圖，進行坐標定位放樣。

根據放樣位置，先安裝底梁并焊接拉梁固定，再焊接立柱和斜支撐；胎架高度最低處應能滿足全位置焊接所需高度；三角托高度應根據標高嚴格控制，并焊接限位立柱；上弦桿焊接平臺應能確保焊接可操作性，確保其合理寬度和高度。拼裝胎架組裝后應進行技術復核，驗收合格后使用。

圖5 胎架設計示意圖

5.4 拼裝及焊接

用25t汽車吊將主桁架地面一次拼裝成型（見圖6）。現場架立胎架，將主桁架弦桿依次吊裝至胎架上并臨時固定，調整復核后臨時焊接固定，吊裝腹桿和聯系桿并與主弦桿臨時固定，在分段焊接主弦桿和對應的腹桿。

焊接采用新技術（免清根焊接技術、免開破口熔透焊技術、窄間隙焊接技術），確保焊接質量。焊前進行工藝評定，桁架焊接應先焊接主構件再焊接次構件；對稱結構焊接必須對稱施焊，應連續(xù)施焊避免多次熄弧引?。幌群附雍缚p長且填充量大的焊縫。為減少桁架主弦桿焊接過程中的焊接變形，應分段同步焊接腹桿和聯系桿形成約束體系，或設置臨時支撐和焊縫約束板（固定在焊縫兩側）。部分圓管可采用地面對接焊接成型后胎架拼裝，以減少仰焊。

圖6 主桁架拼裝

5.5 質量控制與檢測

質量檢測包括：拼裝尺寸、焊接質量、防腐涂裝等，拼裝質量通過現場檢尺并與深化設計圖紙對比，偏差在允許范圍內；焊縫設計采用一級焊縫，全焊透，所有焊縫均進行外觀質量檢查合格后超聲波探傷，均達到驗收及設計標準。

鋼管焊接控制要點：坡口組對時應避免破口間隙過小和錯邊量，應考慮焊接收縮余量（通過試驗焊接確定，經驗參考值為弦桿每段放焊接收縮余量3～5mm，對腹桿等桿件放焊接收縮余量2mm）；在施焊部位搭設防風棚；墊板應與坡口緊貼；坡口清理干凈不得留有雜質和污染物；焊前預熱和焊后保溫時間及溫度應滿足要求；打底焊采用小電流將焊縫根部熔透，填充焊電流大于打底焊，避免出現焊瘤等缺陷，并嚴格控制層間溫度，層間清理應徹底[2]。

6 結語

由于結構的特殊性，“7”字形鋼管主桁架構造復雜，臥拼難度大，通過現場優(yōu)化及創(chuàng)新，總結了場地處理方式、拼裝胎架設計思路、桁架拆分及組拼質量控制等方法，確保了拼裝進度和質量，具有一定的應用借鑒價值。由于本工程體量有限，對于更大型的類似結構，可參考以上思路解決實際問題。