空間曲面大跨度H型鋼桁架結(jié)構(gòu)屋蓋施工技術(shù)

魏桂順 曹世陽

【摘要】汕頭大學(xué)新體育館工程選用大跨度空間H型鋼結(jié)構(gòu)形式，桁架最大長度65.9m，最大高6.948m，最大單重40.6噸。結(jié)構(gòu)施工中H型鋼構(gòu)件的制作、彎曲、坡口的加工全部在工廠進(jìn)行，運輸至現(xiàn)場后，在地面拼焊平臺上整體組裝焊接完成，拆分成若干吊裝單元，分單元吊裝。采用專利技術(shù)-大跨度/懸挑鋼結(jié)構(gòu)工程支撐支架，施工完畢后單榀同步依次卸載。

【關(guān)鍵詞】空間曲面鋼結(jié)構(gòu)；大跨度；H型鋼桁架；施工技術(shù)

1、工程概況

1.1 汕頭大學(xué)新體育館工程位于廣東省汕頭市金平區(qū)汕頭大學(xué)校園內(nèi)，總建筑面積53643m2，建筑高度23.2m。屋蓋主結(jié)構(gòu)為8榀大跨度H型鋼桁架，H型鋼桁架最大跨度為56m，最大拱高6.948m。

1.2 本工程主材均采用Q345B材質(zhì)，每榀主桁架下口均設(shè)有鉸支座。主桁架上弦桿H型鋼規(guī)格為H400*400*18*22，H400*400*18*25，H400*350*16*20。下弦桿H型鋼規(guī)格主要為H400*350*16*25，H400*350*16*20。腹桿H型鋼規(guī)格主要為H250*250*8*14，H300*300*10*16。H型鋼桁架總重約為2100噸。

1.3 體育館屋面為三個層面弧形過度，中間弧形屋面東西貫通，外圍兩側(cè)的弧形屋面與中間弧形屋面在東西兩端融為一體，屋面最大高差約2m，外圍兩側(cè)弧形屋面最大寬度約11.5m。

2、施工難點

2.1 構(gòu)件外形尺寸大，桁架最大長度56m，高6.948m，單重40.6噸，現(xiàn)場場地狹小，不能采用整體吊裝的安裝方式。

2.2 桁架分單元吊裝必須采用臨時支架，臨時支架的設(shè)計必須方便組裝和拆卸，臨時支架安裝精度要求高。

2.3 桁架高空對接安裝時，上弦桿和下弦桿尺寸必須吻合，對拼裝尺寸精度要求高。

2.4 構(gòu)件拼裝和安裝精度要求高，必須嚴(yán)格控制構(gòu)件加工精度、拼裝尺寸、焊接變形及安裝過程的吊裝變形。

2.5 單榀桁架同步卸載作業(yè)難度大。

3、施工總體部署

3.1 H型鋼桁架結(jié)構(gòu)的桿件制作、彎曲加工，坡口切割，防腐底漆和中間漆全部在工廠加工，運輸至現(xiàn)場。H型鋼桁架結(jié)構(gòu)現(xiàn)場整體放樣，設(shè)置拼裝平臺，H型鋼桁架結(jié)構(gòu)構(gòu)件在拼裝平臺上整體拼裝和焊接，預(yù)留構(gòu)件拆分接口，組裝和焊接及面漆施工完成后，把H型鋼桁架結(jié)構(gòu)拆分成吊裝單元進(jìn)行分段吊裝。

3.2 根據(jù)現(xiàn)場情況和H型鋼桁架結(jié)構(gòu)的特點，在H型鋼桁架主弦桿和腹桿的節(jié)點處設(shè)置我司專利產(chǎn)品-大跨度/懸挑鋼結(jié)構(gòu)工程支撐支架（專利號：ZL201220050471.X）。H型鋼桁架拆分成三段，從一端往另一端依次安裝。一榀桁架安裝完成后安裝與之相鄰的一榀主桁架。

4、施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

桿件清點和復(fù)核→施工準(zhǔn)備→地面放線→拼裝平臺定位固定→H型鋼桁架結(jié)構(gòu)拼裝、焊接和面漆施工→臨時組合支撐胎架定位安裝和固定→構(gòu)件拆分和倒運→端部一側(cè)H型鋼桁架結(jié)構(gòu)安裝、固定→端部中間H型鋼桁架安裝、固定→端部另一側(cè)H型鋼桁架結(jié)構(gòu)安裝、固定（一榀主桁架安裝完畢）→與之相鄰的一榀主桁架的安裝、固定、次桿件、聯(lián)系桿的安裝（方法同上至桁架安裝完畢）→依次卸載和拆除臨時組合支撐胎架。

4.2 操作要點

4.2.1 拼裝平臺定位、固定

（1） 建立平面坐標(biāo)系，對主桁架節(jié)點坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，用全站儀測定主弦桿及H型鋼桁架節(jié)點處在地面上的水平投影位置，H型鋼主桁架節(jié)點交點、弦桿中心線等作為控制點在地面設(shè)固定標(biāo)示，并對原始控制點和控制線的位置進(jìn)行復(fù)核。

（2） 在主桁架節(jié)點相交處側(cè)面附近1m處定位、加工制作拼裝平臺，拼裝平臺設(shè)置位置應(yīng)避開桁架節(jié)點位置，滿足焊工的施焊空間。拼裝平臺采用H型鋼地梁，如標(biāo)高不滿足施焊要求可設(shè)立柱，拼裝平臺間距2.5m左右，對基礎(chǔ)條件較好的部位可以制作預(yù)埋件，把立柱直接焊接在預(yù)埋件上。

（3） 在拼裝平臺橫梁上放出上下弦桿端面定位線、中心線及分段長度位置線，作為H型鋼桁架拼裝驗收的依據(jù)。

（4） 單榀主桁架拼裝焊接完畢后，可在其上鋪設(shè)H型鋼梁，調(diào)整拼裝平面標(biāo)高，進(jìn)行另一榀桁架的拼裝和焊接。

（5） 拼裝平臺之間設(shè)置支撐保證拼裝平臺結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

（6） 拼裝過程中對拼裝平臺隨時進(jìn)行測量，防止拼裝過程中拼裝平臺受外力作用發(fā)生位移，從而影響安裝精度。

4.2.2 H型鋼桁架拼裝、組裝

（1） 先拼后焊，整體拼裝完成，尺寸檢查驗收后開始焊接。先拼裝H型鋼桁架主弦桿，再拼裝H型鋼桁架腹桿。先焊接主弦桿，再焊接腹桿。

（2） 為減小焊接應(yīng)力，控制焊接變形，主弦桿和腹桿的焊接從桁架中間往兩側(cè)開始焊接。

（3）為保證對接接口對接質(zhì)量，工廠制作時在接口位置設(shè)置H型鋼桿件對接接口調(diào)節(jié)裝置，使用螺栓夾板進(jìn)行對接固定，通過千斤頂和鐵楔調(diào)節(jié)H型鋼對接接口參數(shù)，擰緊螺栓后進(jìn)行焊接作業(yè)，控制焊接變形。節(jié)點形式如下圖所示：

4.2.3 臨時組合支撐胎架定位、安裝和固定

（1） 為了避免單榀桁架單重及外形尺寸較大，吊裝時容易造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件塑性變形，同時滿足選用吊裝設(shè)備經(jīng)濟(jì)性的要求，主桁架分成三段，分段拼裝，分段吊裝。

（2）臨時組合胎架的現(xiàn)場組裝成標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，采用鍍鋅螺栓連接，安裝完成后測量臨時組合支撐胎架的垂直度及上口標(biāo)高，并在每個角設(shè)一層鋼絲繩校正收緊，鋼絲繩與地面連接處設(shè)置地錨，連接牢固，并用緊線器和地錨連接。

（3）臨時組合支撐胎架頂部設(shè)置可調(diào)式桁架擱置支撐點，可以對支撐擱置點標(biāo)高尺寸在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（4）鋼支架內(nèi)部設(shè)鋼爬梯，方便施工人員從鋼支架上安全的山下通行。

（5）通過調(diào)整臨時組合支撐胎架基礎(chǔ)鋼支架的高度尺寸來進(jìn)行調(diào)節(jié)臨時組合支撐胎架的支撐高度。

4.2.4 H型鋼桁架結(jié)構(gòu)安裝準(zhǔn)備

（1）主桁架整體拼裝、組裝和焊接完成后，拆分成吊裝單元，把構(gòu)件從拼裝平臺里吊離，倒運至吊裝位置。

（2）使用臨時組合鋼支架四個角上設(shè)置的鋼絲繩，校正鋼支架空間位置，并收緊。使用其頂端的標(biāo)高調(diào)節(jié)裝置，把支撐點的標(biāo)高調(diào)節(jié)到設(shè)計標(biāo)高位置。

（3）為滿足在H型鋼桁架上行走操作的要求，在H型鋼桁架上設(shè)置生命線，操作人員高空作業(yè)時安全帶扣在生命線上作業(yè)，確保安全。

4.2.5 H型鋼桁架結(jié)構(gòu)安裝

（1） 構(gòu)件吊點的設(shè)置、分段位置、結(jié)構(gòu)吊裝順序等等施工過程應(yīng)進(jìn)行施工驗算，按施工方案進(jìn)行施工。

（2） 計算單元吊裝構(gòu)件的重心，并計吊裝算鋼絲繩長度，采用兩吊點起吊。

（3） H型鋼桁架兩端分別系好兩根纜風(fēng)繩，保證吊裝過程中構(gòu)件受控。

（4）起吊前在桁架上下弦之間設(shè)置簡易鋼爬梯，方便操作人員由桁架下弦桿爬到上弦桿進(jìn)行操作。

（5）高空對接節(jié)點部位掛設(shè)吊籃，待吊裝就位后，操作人員進(jìn)入吊籃進(jìn)行高空作業(yè)。

（6）主桁架從一端按順序往另一端開始安裝。主桁架結(jié)構(gòu)構(gòu)件吊裝就位校正尺寸后，另一臺吊車隨即安裝與之相鄰主桁架結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系桿件，連接牢固后主桁架結(jié)構(gòu)構(gòu)件方可摘鉤，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4.2.6 鋼結(jié)構(gòu)卸載作業(yè)

（1） 汕頭大學(xué)新體育館工程采用單榀同步依次卸載的方法，經(jīng)計算整個卸載過程中，最大位移發(fā)生在第五榀桁架卸載時，最大位移值為23.5mm。

（2） 卸載從一端往另一端按順序逐榀進(jìn)行，每榀桁架兩個卸載點同步卸載，5mm為一級。

（3） 卸載前，對各工序的卸載人員進(jìn)行必要的崗位培訓(xùn)和卸載演練，并對其進(jìn)行書面技術(shù)、質(zhì)量、安全交底，預(yù)防發(fā)生安全和質(zhì)量事故。

（4） 卸載信息傳遞應(yīng)及時準(zhǔn)確，并有備用信息傳遞系統(tǒng)。

（5） 卸載由專人指揮作業(yè)，保證卸載的同步，一次哨令，只進(jìn)行一次行程的卸載，應(yīng)力變形檢測數(shù)據(jù)收集匯總分析，滿足要求后方可進(jìn)行下一級卸載作業(yè)。

（6） 支撐胎架上口設(shè)置卸載裝置，卸載作業(yè)時，通過可調(diào)節(jié)千斤頂裝置達(dá)到卸載的目的。

5、結(jié)論

汕頭大學(xué)新體育館工程采用通過實踐創(chuàng)新多項技術(shù)，解決大型構(gòu)件運輸、拼裝和安裝的難題，降低施工成本，既確保了施工階段安全，又能保證工程質(zhì)量，為今后類似工程的施工提供了寶貴的經(jīng)驗，具有一定的參考價值和指導(dǎo)作用。

作者簡介：魏桂順，男，1978年生，工程師，注冊建造師，畢業(yè)于南京建筑工程學(xué)院建筑工程系。

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