橢圓形轉角敷設橋架施工

衛 芷

1 工程概況

本工程總建筑面積為898 965 m2;建筑高度55.64 m;地上5層;總坐席數57 589席;建筑類別為甲級大型體育建筑;主體育場整個輪廓呈不規則橢圓形。結構五層各環廊，鋼結構頂棚內、外環馬道均設有橋架，數量巨大，且很多區域均無吊頂，施工質量、進度及整體美觀效果要求非常高。

2 找出問題

2.1 問題的提出

由于體育場為不規則橢圓形輪廓，而且本工程質量要求高，不能只單獨考慮使用功能，還必須考慮美觀的要求。所以，我們的橋架不能按圖紙直線敷設，而必須按照不規則橢圓形輪廓進行多折線敷設，折線部均為經向軸線與緯向軸線的交點，即為橋架需轉角處。

主體育場結構五層各環廊，鋼結構頂棚內、外環馬道均設有橋架，工期緊，數量巨大，還必須考慮觀感質量。

2.2 問題分析

1)各種類型橋架規格及數量的分析。

我們根據設計圖紙對體育場內各橋架的功用、規格、數量做了詳細的統計。統計可知:由于體育場為大型公用建筑，各種功能要求多，致使各功用橋架種類多，相應的規格非常多，橋架數量極大。

2)橋架轉角數量的分析。

根據結構施工圖紙和現場實地觀察發現，體育場結構轉角處均在經向軸線和緯向軸線的交點處，我們將各回路橋架也在此處進行轉角處理的數量進行了分層統計。由統計結果可以看出，橋架需轉角處理的數量巨大。若轉角處處理不當，將嚴重影響施工進度和質量。

3)橋架轉角處理難度分析。

直線段橋架敷設時，可以預先將2段～3段橋架(每段橋架標準長度為2 m)在地面進行組裝，將需要敷設的總長度橋架分別組裝好后，分別整體吊裝到橋架支架上進行連接，敷設速度快，難度低。而在橢圓形結構內進行橋架敷設時，在轉角處需做特殊處理，無法進行前期預拼裝，敷設速度慢，施工難度大。

4)整體美觀效果分析。

本工程質量目標為“確保汾水杯，爭創魯班獎”，若施工質量及整體美觀不符合要求將大大影響工程的評優。橋架在體育場1層～5層混凝土結構和鋼結構內、外環馬道上均有橋架的敷設，而且，很多橋架敷設區域內，均無吊頂，若橋架未按弧形結構敷設，施工質量差，會大大降低整體的美觀效果。

3 最佳施工方案選擇

3.1 施工方案的提出

表1 價值工程法

結合上述分析:體育場結構外形雖然為不規則橢圓形，但是，它由多條折直線組成，只要將各轉角處的橋架處理好，即可滿足需要。由于橋架轉角處數量巨大，施工難度高，對于施工質量至關重要。

依據現場實際情況，討論出研制橋架轉角部件的各種思路，初擬出以下四種方案:

方案一:運用裁剪法進行轉角的角度處理;

方案二:運用補角法進行轉角的角度處理;

方案三:將轉角部位設計為整體轉角橋架;

方案四:可調節角度的轉角橋架直接片研制。

3.2 方案比選論證

綜上所述四種方案，從整體美觀效果、易操作性、可靠及準確性、節能環保、安裝速度五個方面進行了對比，并綜合打分。根據價值工程理論:價值V=功能F/成本C，計算出得分最高的就是最優方案，總結見表1。

評分規則:滿分10分，最低分0分，評分結果見表2。

分析結論:經過綜合評估，選定最佳方案為方案四，可調節角度的轉角橋架直接片研制。

3.3 方案優化

為了有效達成目標，小組針對方案四進行了進一步的優化，得出最佳實現方案如圖1所示。

表2 方案功能綜合評分F

圖1 最佳實現方案圖

4 方案實施

1)內側直接片雖然角度改變，但是螺栓孔距并未改變，因此內側直接片長度與普通直接片長度相同，此處內襯板采用標準產品即可滿足需要。

外側直接片由于兩節直線段橋架在轉角處拼接后，形成的夾角，其螺栓孔距需重新計算測定。

根據四邊形內角和為360°，相鄰直線段橋架角度為90°，則可計算出:

外側直接片螺栓孔距寬度:

其中，lw為外側直接片兩側螺栓孔距1/2寬度(計算結果取整);ly為標準直接片的寬度，200 mm;lq為橋架寬度;Lw為外側直接片總長度;A為內側夾角;B為外側夾角，用CAD軟件，在圖中進行測量標注，并在現場抽檢復核。

為了能夠批量生產，也為了施工方便，所有外側直接片的長度Lw經測算均設定為234 mm。

2)外側直接片單個的螺栓孔距，雖然為20 mm的長孔，但依然在調節角度時，受到螺栓孔距調節范圍小的制約，經過分析，決定將外側連接片的單獨螺栓孔，依照對折線兩端，分別用沖孔機床，將每單側三個螺栓孔沖成長孔，且其長度比原三孔總長度大20 mm。此處的內襯板也相應作同樣的處理，為使螺栓連接強度不受影響，在橋架與外側直接片連接處加裝螺栓長條墊片。

實施效果:依據測算得出的外側直接片長度，生產出的樣品滿足使用要求。外側直接片螺栓孔加工成長孔后，使安裝更便捷。螺栓長條墊片把原直接片的長孔遮擋，且使橋架與直接片的連接強度不受影響。

3)由于外側直接片是朝橋架外側折角，將其L形底邊中線處用機器沖壓床取角，取角角度為60°。內側直接片由于是朝橋架內側折角，所以將直接片L形底邊中線處切縫即可。

4)用直角壓彎機床對直接片的豎向中線做預折處理，預折角度為160°～175°。

實施效果:外側直接片取角處理使得直接片的彎折角度范圍達到目標值120°～180°;內側直接片切縫處理，使得其彎折角度范圍更大。預折處理使直接片按照中線彎折好的軌跡進行調節，而不會有變形。

5)根據測算，得出空擋區域最寬處的長度，再根據實際需要對底部托板進行加寬處理。底部托板雖然不受力，但是為防止拖塌變形，我們選擇1.5 mm厚的鋼板，為統一加工，批量生產，所有規格的橋架，托板寬度均定為120 mm。橋架寬度超過500 mm時，托板有拖塌現象。經過研究，現場論證，決定寬度超過500 mm的橋架，底部托板裝配完畢后，在橋架內側底部，轉角兩端，分別均勻布置三個點，用手槍鉆，鉆出φ8圓孔，用橋架專用螺栓，將底部托板和兩端橋架連接牢固。

6)根據托板厚度及寬度，對直接片底部進行凹槽設計，并由廠家加工的專用沖壓模具進行凹槽沖壓處理。

實施效果:做預裝試驗，托板封堵嚴密，無縫隙。由于凹槽設計合理，底部托板裝配便捷，安裝牢固，無縫隙。橋架寬度超過500 mm轉角處的底部托板經過螺栓固定之后，連接牢固無拖塌現象。

7)由于直接片的高度比橋架低20 mm，便于橋架蓋板的安裝(注:橋架蓋板為U形，立梆部分為10 mm)，這就使得夾角空擋處橋架蓋板與外側直接片上部留有10 mm寬的縫隙，影響觀感。

8)經過測算和分析，讓廠家利用加工橋架剩余的邊角料加工成10 mm寬的長條，根據夾角寬度，并再加長20 mm，將其切斷，用點焊機固定在直接片的中線頂端部位。

實施效果:橋架夾角立面封堵嚴密。

5 結語

通過本工程的施工，研制出適用于弧形結構橋架敷設的連接裝置，開創了新的施工工藝，有效縮短了在弧形結構中橋架的敷設時間、降低了勞動強度、節約了資源，最主要的是使研制的連接部件做到了工廠化預制，實現了批量生產，為今后類似工程積累了豐富的經驗。

[1]張瑞明.鋼管桁架結構的設計與施工[J］.山西建筑，2010，36(11):160-161.