三連跨大跨度鋼桁架梁安裝施工控制技術

□文/王建勛 王 東 楊 明 崔愛珍

1 工程概況

于家堡金融區起步區03-04地塊工程地下2層、地上12層，總建筑高度達60 m。設計采用巨型鋼框架-多核心筒結構體系，主體結構由8個筒體+大跨度桁架梁與周邊的鋼管混凝土柱+H型鋼梁框架構成。其中第4層、第7層和第12層為單跨桁架梁，跨度為45 m，首層和第10層為與核心筒連接的三跨連續桁架梁，主要由縱橫向結構組成，兩側核心筒之間主桁架跨度為45 m，塔樓之間主桁架跨度為36 m。在L軸線上，主桁架由核心筒之間的桁架和主桁架T1、T3組成，中心部位的T1＋T3＋T1桁架最大跨度達到 9 m+45 m+9 m+36 m+45 m+9 m，鋼桁架的最大總吊裝質量達到200 t，見圖1。

圖1 鋼桁架層分布

2 鋼桁架安裝難點

1）鋼桁架最大跨度達153 m，焊接節點較多，操作空間狹小，安裝質量要求高，很難確?，F場鋼桁架的拼裝精度。

2）結構對稱由南北2個塔樓組成，每個塔樓又由4個核心筒構成，其中首層和10層三連跨鋼桁架塔樓間鋼桁架跨度為36 m，兩側核心筒間鋼桁架跨度為45 m，兩側核心筒間的45 m鋼桁架關于塔樓間36 m桁架對稱布置。首層為魚腹式鋼桁架，10層為矩形鋼桁架，縱向主桁架共計5道，最大45 m跨的T1鋼架質量為71 t，因此鋼桁架安裝對結構整體受力影響較大，容易因結構受力不均造成失穩。同時鋼桁架兩端焊接固定于核心筒的鋼骨柱上，由于鋼桁架自重大，如何保證核心筒鋼骨柱的剛度尤為關鍵，見圖2和圖3。

圖2 首層三連跨桁架梁

圖3 10層三連跨桁架梁

3 鋼桁架安裝要點

1）為保證構件的安裝空間位置準確，采取工廠預拼裝，通過實樣檢驗預拼裝各部件的制作精度，修整構件部位的界面，定出構件的實際尺寸、復核構件各類標記等形式。

2）核心筒先于鋼桁架安裝，待核心筒鋼骨柱內混凝土澆筑完畢，混凝土達到設計強度后進行鋼桁架安裝，同時遵循三連跨鋼桁架對稱安裝的原則，即先安裝兩塔樓間的36 m鋼桁架，然后同時對稱安裝兩側核心筒間的45 m鋼桁架。由于45 m跨T1鋼桁架質量為71 t，依據現場塔吊的布置及塔吊的吊重，核心筒間鋼桁架采取分段吊裝的形式，10層巨型鋼桁架分4段，首層魚腹式鋼桁架分為3段，每段又分為上、下弦桿，見圖4。先安裝下弦桿再安裝上弦桿，先安裝兩端分段后安裝中間分段的安裝順序，塔樓間36 m鋼桁架采用整體雙機抬吊的形式進行安裝。依照上述安裝原則，既保證了核心筒鋼骨柱的剛度，也避免了因鋼桁架自重大造成的結構失穩。

圖4 魚腹式鋼桁架分段

4 鋼桁架安裝的技術保障

4.1 設置臨時支撐

1）傳遞荷載的有效性。在鋼構件形成整體結構能夠承受自身及外在荷載前，臨時支撐能夠有效的將構件自重和相關施工荷載傳遞至下部的基礎或平臺，因此需要臨時支撐具有足夠的強度。

2）施工中結構變形的可控制性。為保證結構最終成型時與原設計誤差在可控制的范圍之內，需要合理的設置臨時支撐，使得安裝中結構構件能夠準確就位并且構件自身變形和構件安裝應力在控制范圍之內。這要求在支撐設計中，合理確定支撐設置的部位，臨時支撐需具備足夠的剛度。

3）支撐體系的可靠性。為確保支撐體系的可靠性，在設計中除按照鋼結構設計規范計算臨時支撐剛度、強度、穩定性外，還必須采取必要的措施確保支撐體系的可靠性。

4）支撐底部承臺的可靠性。臨時支撐底部將荷載傳遞至作為安裝作業平臺的結構上，為保證承臺能夠有效受力，應確保不發生受力平臺的破壞，因此在臨時支撐的底部應當有合理的構造措施使得下部的荷載有效地傳遞。

5）支撐設置的經濟性。在滿足前面幾條原則并具有足夠的富余度的基礎上，還需要考慮到支撐設置的經濟性，在保證安全的前提下盡量降低構造措施的用鋼量。

根據鋼桁架安裝工況進行支撐體系的受力的模擬驗算，最終確定在安裝桁架分段時，采用單管支撐，支撐截面為φ351mm×12mm，材質為Q235B，底端通過設置埋件與混凝土柱頂固定；支撐與桁架及下部結構的關系見圖5。

圖5 支撐與桁架及下部結構關系

4.2 精準定位測量

綜合運用全站儀、激光鉛直儀測控技術等先進的測量手段保證測量精度。即在鋼桁架上布置控制點，在鋼桁架安裝過程中，同步的對控制點進行測量，確?？刂泣c的空間三維坐標X、Y、Z符合設計要求，鋼桁架控制點精度保障的同時整個鋼桁架在整個結構體系的空間位置也就確定了。對于三連跨桁架施工困難的部位，施工前對整個鋼桁架結構進行整體的分析驗算，了解內力和位移情況，作為施工安裝時調整的依據。

1）X軸：鋼桁架控制點的軸線偏差、核心筒鋼骨柱垂直度、整個三連跨鋼桁架是否在一水平線上。

2）Y軸：鋼桁架控制點的軸線偏差、鋼桁架是否發生扭曲。

3）Z軸：鋼桁架的標高控制、鋼桁架的撓度、鋼桁架起拱高度。

4.3 三連跨鋼桁架的變形監測技術

采用現代化的監測設備，實時跟蹤結構施工過程中的關鍵部位的位移和應力變化以及其他如振動、溫度等內容記錄。通過實時收集到的信息，判斷結構實際狀態與設計目標是否一致，以便及時調整，使結構施工的準確性和安全性得到保證。鋼桁架施工過程監測的基本原理是通過被安裝在結構上的傳感器系統來實時收集施工過程中結構特性的變化情況，通過分析與判斷對結構當前的運行情況，發現施工過程中的不準確性和不安全性因素，保證施工過程的順利完成。

考慮到本鋼桁架施工特點，最終選擇具有抗干擾能力強、受電參數影響小、零點飄移小、溫度影響小、性能穩定可靠、耐震動、壽命長等特點的振弦式傳感器。根據施工過程的數值模擬結果，確定大跨度鋼桁架梁所需監測的關鍵構件（根據經驗，初步確定每層需要監測1～2榀桁架梁，每榀桁架梁監測6～8根桿件）。在施工過程中，對大跨度鋼桁架梁的關鍵構件、關鍵部位的應力/應變進行監測。

5 結語

三連跨大跨度鋼桁架梁安裝施工技術，解決了鋼桁架跨度大、構件重所帶來的安裝復雜，安裝精度難以保證，對結構整體變形影響大等不利因素，降低了施工難度，加快了施工進度，保證了施工安全，現場三連跨鋼桁架拼裝和吊裝一次成優。

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