淺談沙縣體育公園ぁ叭館”鋼結構桁架屋蓋施工技術

芮秀明 張秉文 周春芳

【摘要】本文講述了福建沙縣體育公園體育館、游泳館、訓練館三個場館鋼結構桁架屋蓋結構的施工共性；雙曲三角桁架的制作、拼裝及吊裝成為施工的重點和難點，單榀桁架跨度大、超長、超重且受到現場施工環境和條件的限制，吊裝必須采用大噸位QUY350塔式工況350噸履帶吊車加以100噸汽車吊輔助完成，吊裝難度極大，技術措施極為復雜。

【關鍵詞】雙曲三角桁架；拼裝；雙機抬吊；安裝焊接措施

1. 工程概況

沙縣體育公園占地面積333畝，總投資4.1億元，主要建有主體育館、游泳館、訓練館等體育場館簡稱“三館”（見圖1）。其中，主體育館和游泳館分別容納5000人和1176人。沙縣體育公園建成后，將成為沙縣展示城市魅力的一個標志性建筑。建成后，可承接國家級、省級單位舉辦的各類綜合運動會、單項體育比賽、舉辦大型文藝演出、集會、展覽、商貿服務等活動。

圖1

圖2屋蓋桁架結構圖

1.1三個館結構基本類似，下方為混凝土結構形式為設置少量剪力墻的框架結構，屋蓋采用鋼管空間桁架結構體系，桁架節點采用鋼管之間直接相貫的焊接節點。

1.2三館屋蓋呈不規則橢圓形，桁架投影長度均超過120m，單榀桁架跨度方向超出90m，現場施工存在很大難度。

1.3屋蓋桁架主要為三角形界面桁架，部分為平面桁架，桁架雙向交叉分布，四周通過環梁收邊。

1.4現場施工場地十分狹小，給現場拼裝和桁架吊裝方案帶來難度，跨度大、構件重，大型吊裝機械作業是三館的共性

2. 工程施工特點、關鍵技術及施工難點

2.1本工程鋼結構特點主要可歸納為以下幾點：

（1）本工程主體鋼屋蓋呈雙曲面，且各點標高不一。

（2）主要構件超重（最重構件約為32噸）、超長（最長構件為93米）。

（3）主桁架跨度大（最大跨度為64米）、安裝高度高（最高為24.2米），且懸挑長度長（最大約為15米）。

（4）節點管管相貫按中心線對稱布置，現場拼裝胎架數量多。

（5）因受場館限制，大型履帶吊裝機械無法進入場內，吊裝作業半徑增大。

（6）桁架現場安裝，本工程構件吊裝非常復雜，尤其是主桁架的吊裝，由于主桁架長度長、吊裝分段重量重，吊裝階段桁架平面外剛度非常差，吊裝極易產生變形，另外吊裝高度最大達到24米多，且受現場條件的限制，吊裝難度極大，吊裝方案的優劣直接影響到工程質量、工期和安全。

3. 桁架現場拼裝方案

現場桁架拼裝采用臥拼的形式拼裝，拼裝分段根據吊裝方案來分段 圖3三角形桁架單榀示意圖

3.1桁架拼裝方法。

3.1.1主桁架拼裝流程。

（1）第一步：安放拼裝胎架拼裝桁架弦桿，通過墊塊調節好標高，用卡件固定桿件位置

（2）第二步：拼裝腹桿，尺寸定位準確后點焊固定在上下弦桿上，復檢合格后即可焊接

3.2現場拼裝技術措施。

（1）按工廠內整體預拼裝的順序和要求進行拼裝，先組裝上下弦桿，用胎架定位塊定位，必須保證定對中心線、水平度、以及端面垂直度，然后安裝桁架的腹桿。

（2）待桁架弦桿調整固定完畢，從中心開始逐根安裝腹桿，安裝時應注意對稱。

（3）組裝中所有桿件應按施工圖控制尺寸，各桿件的力線應匯交于節點中心，并完全處于自由狀態，不允許有外力強制固定。

（4）組裝構件控制基準、中心線應明確表示，并與平臺基準線相一致。

（5）所有要進行組裝的桿件，必須單件制作完畢，并經專職檢驗員檢驗合格后組裝。

（6）在胎架上組裝全過程中，一般不得對構件進行修正，切割或捶擊等。

（7）較長桁架地面露天拼裝時，應注意檢測時間，以減少溫度對測量的變化。

（8）分段開口處應設置臨時支撐封閉，防止變形。

（9）焊接采用CO2氣保護焊，減少焊接應力和變形；拼裝前所有桿件、胎架及其配件必須經檢驗合格后才能使用。拼接在專用胎架上進行，上、下弦主桿應可進行上、下、左、右調節和固定。腹桿可在調整過程中逐步就位。調整時先用激光經緯儀輔以鋼卷尺調整并固定平面投影坐標位置，然后用水準儀按坐標高低控制調整各控制節點的高差，然后用劃線、定位模板確定節點位置，如此反復調整每個控制節點至準確后，再進行點焊固定或采用臨時螺栓連接，待定位節點復核正確后即可正式施焊 。

4. 吊裝設備配置及吊裝方法

4.1主桁架使用QUY350塔式工況350噸履帶吊車，吊裝半徑32米，主臂長42米，副臂長42米，起吊重量36.5噸。桁架整體重量及起吊重量35噸，因吊裝半徑未達到作業要求，故使用100噸汽車吊配合吊裝，方可滿足施工要求。三館所有主桁架用SCC2000塔式工況200噸履帶吊脫離胎架，次桁架使用200噸履帶吊吊裝。

（1）如圖6所示，在場內布置一臺100噸汽車吊，場外布置一臺350噸履帶吊，首先由履帶吊單機將桁架吊起送入館內部，然后汽車吊吊起桁架一端，轉動吊臂，同時履帶吊慢慢放松吊繩，兩臺吊機抬吊將桁架就位。雙機抬吊過程如下所述。

圖6

（2）第一步：350噸履帶吊將桁架整榀吊起，向桁架安裝位置靠近。同時在桁架上系上用于汽車吊起吊的吊繩。

圖7

（3）第二步：汽車吊吊起桁架一端，履帶吊一根吊繩上葫蘆慢慢松開，桁架向安裝位置移動。

圖8

（4）第三步：汽車吊旋轉吊臂，履帶吊一邊旋轉吊臂一邊放松吊繩上的葫蘆，桁架向安裝位置移動。兩臺吊機協同作業將桁架吊裝就位。

4.2次桁架吊裝方法。

次桁架以每兩榀主桁架之間的部分為一個吊裝單元，每個吊裝單元重約3.1噸，采用履帶吊跨外吊裝。由于重量較輕，200噸履帶吊可以直接吊裝就位。

5. 屋蓋桁架安裝技術措施

5.1桁架對接拼裝。

桁架吊裝到位，在胎架上對接拼接時，先對接上下弦桿，再安裝腹桿。上下弦桿對接時先采用連接耳板臨時固定，然后焊接，連接耳板固定如圖9所示。

圖9

5.2鋼構件吊裝措施。

（1）由于部分吊裝單元的長度較大，故在布置吊點時，在滿足分段的強度和剛度的范圍內，盡量將增大吊索與吊裝構件夾角，以減小吊裝過程中構件所承受的壓力。而且吊鉤應盡可能通過吊裝單元重心位置，以防止起吊時桁架發生偏轉、方便構件就位。根據我公司以往大型工程施工經驗，部分平面桁架分段采用四吊點起吊方式。吊索與水平面的角度控制在45～60度。分段吊裝示意圖如圖10。

圖10桁架分段四點吊裝示意圖

（2）吊裝時，在吊裝單元設置可拆卸活動吊耳。這樣設置吊耳的方式不僅能夠減少構件加工過程中的工作量和材料用量，而且在吊裝結束后無需割除，從而能夠減少工序加快施工進度。而且該方法可以避免鋼絲繩捆扎方法起吊所帶來的可能破壞涂裝層的缺點（見圖11）。

圖11

圖12鋼管上標識

圖13連接節點構件上標識

5.3鋼管拼裝組對焊接措施。

鋼管桁架的組裝連接包括鋼管與鋼管的對接連接，鋼管相貫面直接焊接連接。

5.3.1管節點構件連接拼裝方案。

桁架弦管與腹桿連接為相貫面連接，所以在連接前需要確定出其連接的準確位置并在其上標識出；具體做法按照如下步驟：

（1）各連接構件與主鋼管相貫時其軸線相交，所以在主管上均參照同一個平面為基準面。

（2）支管相貫接頭的兩端，用樣沖在0°、90°、180°、270°的位置作標志（鋼管上標識見圖12，連接節點構件上標識見圖13）。

（3）主管用洋沖在0°、90°、180°和270°的方向作好標志，按照各支管的軸線距離，在主管的外管壁上，位于主管和支管的軸線相交點的垂直面處，作出標志（見圖14）。

圖14

（4）在主管的外管壁上，作出支管的角度位置。

（5）裝配時先按照主管圖紙尺寸、位置組裝，并點固好主管，支管0°至180°軸線應與主管上的支管位置點在同一直在線。

5.3.2管節點連接焊接工藝。

（1）當相貫圓鋼管軸線夾角≤75°時，相貫焊縫可劃分為A、B、C三個區；如圖15示。

圖15

（2）其中趾部區A區域及兩側區B區的鋼管相貫焊縫采用全熔透坡口焊縫，焊縫質量等級要求達到規范要求二級，節點的C區的相貫焊縫當二面角為<60°時為部分熔透坡口焊縫，焊縫質量等級為三級，當二面角≥60°時要求同A、B區。當相貫圓鋼管軸線夾角>75°時，全周焊縫采用全熔透坡口焊縫，質量等級為二級。

6. 結束語

通過沙縣“三館”桁架屋蓋施工的順利完工，有力證明了該施工技術方案實用性和可靠性，在保證該工程施工質量、安全和進度情況下，在受場地限制的復雜條件下合理完成施工，得到業主和監理的極大好評，取得了良好的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1]周觀根.方敏勇：大跨度空間鋼結構施工技術研究.施工技術，2006，No12，Vo135.

[2]《鋼結構工程施工規范》GB50755-2012，中國建筑工業出版社，2012.

[3]楊皓東.72m大跨管桁架結構的施工技術 ，安徽建筑，2012.5.

[文章編號]1619-2737（2013）05-16-664

[作者簡介] 芮秀明（1984-），男，籍貫：安徽巢湖人，職稱：工程師，工作單位：安徽富煌鋼構股份有限公司，畢業于巢湖建工學院。