茹 幸，鄭銘隆，姬永鐵，李 波，張 聰

（中國建筑第二工程局有限公司，北京 101121）

在高層鋼結(jié)構建筑結(jié)構設計中使用桁架結(jié)構，能夠有效地減少工程用鋼量，降低工程施工的難度與復雜度。當前傳統(tǒng)的桁架安裝技術在既有高層鋼結(jié)構建筑工程應用中，仍然存在部分問題與不足，主要體現(xiàn)在不能較好地對桁架構件安裝過程中內(nèi)力與變形的實際情況做出實時分析，導致桁架安裝質(zhì)量得不到保障，影響了建筑結(jié)構的穩(wěn)定性與安全性。針對以上問題，本文在傳統(tǒng)桁架安裝技術的基礎上，做出了優(yōu)化設計，以某既有高層鋼結(jié)構建筑工程為例，開展了建筑桁架安裝技術的全方位深入研究。

1 工程概況

選取某既有高層鋼結(jié)構建筑工程作為本次研究背景，該建筑工程屋頂屬于管桁架結(jié)構，由次桁架與檁條構成，結(jié)構設計使用年限為50 年，鋼結(jié)構支撐與桁架抗震等級均為四級。該工程中使用的鋼桁架參數(shù)，如表1 所示。

表1 某既有高層鋼結(jié)構建筑工程鋼桁架參數(shù)

該工程建設施工過程中，鋼結(jié)構建筑桁架制作量較大，包括大量的高空作業(yè)，且鋼桁架安裝中存在構件跨度大、重量較重的特點，均增加了整體工程的施工難度。除此之外，桁架在加工制作階段，由于節(jié)點轉(zhuǎn)換構件截面較為復雜，匯交節(jié)點數(shù)量較多，在節(jié)點焊接時由于熱集中，可能引發(fā)構件變形問題。在現(xiàn)場安裝階段，桁架安裝對空間定位與測量的要求較高，常規(guī)的定位與測量方法無法滿足桁架安裝精度的要求，增加了桁架安裝難度。

2 桁架安裝技術

2.1 基于BIM技術分段處理桁架

由于既有高層鋼結(jié)構建筑工程建設規(guī)模龐大，桁架構件數(shù)量較多，各個桁架構件均存在造型扭曲多變的問題，且具有復雜的空間分布結(jié)構。為了控制桁架構件整體結(jié)構的穩(wěn)定性，保證其能夠順利地進入工程施工場地，本文引入BIM 技術對桁架構件進行分段分節(jié)處理，保證其運輸質(zhì)量與效率，減少后續(xù)安裝過程中桁架吊裝次數(shù)，方便后續(xù)現(xiàn)場安裝施工操作。

在分段分節(jié)處理中，綜合考慮桁架構件滿足運輸與吊裝施工需求。在既有高層鋼結(jié)構建筑桁架構件中，箱體巨柱主要由桁架角部鋼柱與圓管交匯組成，箱體由桁架上弦桿、斜腹桿與下弦桿組成，桁架的中弦桿多數(shù)為H 型?；贐IM 技術，對桁架構件進行分段分節(jié)處理，得出如下所示的桁架分節(jié)信息。上弦桿：規(guī)格1 200mm×1 200mm×600，最大單重為36.4t，焊縫長度為150.8m；斜腹桿：規(guī) 格1 200mm×1 200mm×80mm×40，最大單重為23.6t，焊縫長度為302.4m；下弦桿：規(guī) 格1 200mm×1 200mm×600，最大單重為16.5t，焊縫長度為154.8m；中弦桿：規(guī)格1 150mm×500mm×30mm×40，最大單重為2.3t，焊縫長度為20.8m；鋼柱：異形箱體，最大單重為80.4t，焊縫長度為167.2m。通過對桁架構件進行分段處理，使其結(jié)構構造全方位滿足運輸與吊裝的需求，方便現(xiàn)場施工操作，保證了桁架安裝施工的穩(wěn)定性與安全性。

2.2 設計桁架下弦桿預留吊柱對接牛腿

根據(jù)桁架分布位置，對桁架下弦桿預留吊柱對接牛腿進行設計，方便后續(xù)桁架安裝施工過程中及時對桁架與吊柱之間進行對接就位與校正。根據(jù)某既有高層鋼結(jié)構建筑工程的實際施工需求，結(jié)合桁架分段分節(jié)后空間分布結(jié)構，本文設計了如圖1所示的桁架下弦桿預留吊柱對接牛腿。

圖1 桁架下弦桿預留吊柱對接牛腿

預留吊柱對接牛腿包括兩種，分別為桁架預留吊柱牛腿與吊掛層鋼結(jié)構預留吊柱對接牛腿，通過二者，實現(xiàn)施工過程中對接就位與校正的目標。在吊柱對接牛腿下部位置，安裝臨時對接固定裝置，保證桁架結(jié)構的穩(wěn)固性。

2.3 吊點及吊耳設計

首先，針對桁架吊點進行設計。桁架吊點設計主要負責對吊點的數(shù)量與布設位置進行設計。依據(jù)桁架吊點布設相關原則可知，桁架吊點可以布設在3 個位置處。第一個，布設在桁架構件結(jié)構節(jié)點處，能夠方便構件結(jié)構傳力。第二個，布設在桁架吊件重心以上位置，避免被吊構件產(chǎn)生失穩(wěn)問題。第三個，布設在桁架構件結(jié)構支座處，具有較高的穩(wěn)定性，相對變形較小。吊點的數(shù)量盡量控制為偶數(shù)，使吊點兩側(cè)布設數(shù)量保持對稱，避免吊點兩端力矩出現(xiàn)失衡。結(jié)合吊點的布設情況，設計吊耳。本文設計的桁架吊點及吊耳示意圖，如圖2 所示。

圖2 桁架吊點及吊耳布設示意圖

如圖2 所示，本文設計的桁架吊點與兩個端口的距離為H／4，兩個桁架吊點之間的距離為H／2，其中H表示桁架分段分節(jié)處理后節(jié)段的單元長度，保證吊點與吊耳能夠布設在桁架構件的中間位置，起到穩(wěn)定支撐的作用。

2.4 鋼結(jié)構建筑桁架安裝

在上述準備工作結(jié)束后，接下來，安裝鋼結(jié)構建筑桁架。首先，根據(jù)桁架構件的實際結(jié)構構造與吊裝設備的性能，計算桁架構件吊裝荷載公式為

其中，k1表示桁架構件吊裝動載系數(shù)，通常情況下取值1.2；k2表示桁架構件吊裝不均衡荷載系數(shù)，通常情況下在1.1～1.25 范圍內(nèi)取值；dG表示桁架構件吊裝的重力荷載分項系數(shù)，通常情況下取值1.3；Gk1表示桁架構件荷載標準值。通過計算，得出桁架構件的吊裝荷載，綜合考慮吊具重量后，得出吊裝荷載設計值。在此基礎上，分3 段進行桁架流水安裝作業(yè)，桁架安裝順序為：26～21 軸桁架安裝→8～1 軸桁架安裝→20～9軸桁架安裝。

首先，安裝桁架整榀，確認安裝無誤后，安裝2 段次桁架。按已安裝次桁架間隔，安裝剩余外挑部分桁架與四周側(cè)弦桿。復核無誤后點焊，并固定對接焊接?；诔曁絺恚綔y桁架構件各個位置的實際安裝情況，并進行質(zhì)量檢測驗收，驗收合格后，完成既有高層鋼結(jié)構建筑桁架安裝。

3 桁架安裝結(jié)果對比分析

選取桁架構件位移變形量作為實驗的評價指標，在既有高層鋼結(jié)構建筑桁架安裝過程中，對桁架進行位移變形監(jiān)測，實時獲取各個安裝施工階段桁架結(jié)構的位移變形情況。將位移變形監(jiān)測點隨機布設在桁架構件上弦桿、下弦桿、中弦桿、斜腹桿以及鋼柱上，保證每個結(jié)構位置處均含有3 個監(jiān)測點，分別標號為SXG-#01、SXG-#02、SXG-#03、XXG-#01、XXG-#02、XXG-#03、ZXG-#01、ZXG-#02、ZXG-#03、XFG-#01、XFG-#02、XFG-#03、GZ-#01、GZ-#02、GZ-#03。設定監(jiān)測周期，在該周期內(nèi)，使用高精度全站儀，實時讀取并記錄各個監(jiān)測點的位移變形值，最后，取監(jiān)測點位移變形平均值作為最終的監(jiān)測結(jié)果。為了更加客觀地得出桁架安裝優(yōu)勢與效果，采用對比分析的實驗方法，將本文提出的桁架安裝技術設置為實驗組，將文獻[1]提出的桁架安裝技術、文獻[4]提出的桁架安裝技術設置為對照組。采用MATLAB 統(tǒng)計分析軟件，對3 種技術應用后，桁架構件的位移變形結(jié)果進行統(tǒng)計與對比，結(jié)果如表2 所示。

表2 桁架安裝后位移變形值對比結(jié)果（單位：mm）

根據(jù)表2 的桁架位移變形值對比結(jié)果可以得知，本文提出的桁架安裝技術應用后，桁架構件結(jié)構的穩(wěn)固性得到了顯著提升，桁架構件各個結(jié)構位置處的位移變形值均小于另外兩種安裝技術，最大位移變形值為3.24mm，位于桁架斜腹桿處。由此不難看出，本文提出的桁架安裝技術具有較高的可行性，安裝效果優(yōu)勢顯著，適用于既有高層鋼結(jié)構建筑工程桁架安裝。

4 結(jié)語

通過本文的研究，提高了鋼結(jié)構桁架吊裝與施工的質(zhì)量，獲取了不同時間變化規(guī)律下桁架應變的動態(tài)變化，全方位地保證了建筑工程施工安全，降低了既有高層鋼結(jié)構建筑桁架位移變形的概率，對大跨度鋼桁架的深入研究以及既有高層鋼結(jié)構建筑的建設與發(fā)展均具有重要研究意義。