復(fù)雜空間管桁架結(jié)構(gòu)現(xiàn)場拼裝及吊裝施工研究

何慶 崔博陽 韓旭 曹峻嘉

摘要：結(jié)合工程實例，介紹銀行館管桁架鋼結(jié)構(gòu)施工存在的困難及相關(guān)施工技術(shù)應(yīng)用，特別針對吊裝設(shè)備選擇、管桁架吊裝作業(yè)順序及控制方法等進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu);公共建筑工程;管桁架;吊裝

從20世紀(jì)90年代起，隨著一些大跨度鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，我國開始逐步對大跨度鋼結(jié)構(gòu)桁架吊裝施工技術(shù)進(jìn)行研究，積累了不少大跨度空間鋼管桁架結(jié)構(gòu)體系的施工技術(shù)。

一、工程概況

某銀行大廈項目屋面鋼結(jié)構(gòu)工程主要分布于塔樓屋面四周的管桁架，整個塔樓平面為矩形，屋面（114.85m）采用空間鋼管桁架體系，柱腳采用混凝土基礎(chǔ)預(yù)埋螺栓，桁架主要采用Q345B鋼管，沿屋面四周布置，析架軸線寬度1750mm，高度 10.85m。根據(jù)塔吊起重性能及參數(shù)，豎向桁架柱為1段，并且將間距1.45米的四根桁架柱固定成一小單元體，成段吊裝，其余桁架柱二根固定成一小單元吊裝。頂部橫向桁架梁沿A和E軸軸方向分為3段，沿1軸和6軸方向分為2段，其余標(biāo)高桁架梁空中與桁架柱散拼安裝。

二、鋼結(jié)構(gòu)重難點分析

（一）鋼管相貫線剖口切割

此項工程腹桿有大量的鋼管相貫部口。鋼管相貫線是一個空間曲線，且其坡口角度是隨曲線的變化而變化的，鋼管相貫線的切割好壞直接關(guān)系到桁架的焊接質(zhì)量及外觀質(zhì)量，是制作過程的關(guān)鍵。采用數(shù)控相貫線切割機(jī)進(jìn)行切割，能夠根據(jù)放樣程序在電腦上控制自動切割，并能一次性坡口成形，坡口角度可隨圓周變化，以滿足相貫線接頭處趾部、根部和側(cè)部的不同焊接要求。

（二）鋼管線型加工

桁架是空間桁架，主桁架弦桿是一空間曲線，鋼管的線型必須光順美觀且要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，為確保鋼管彎曲圓滑成形，必須防止起鼓、起皺。此工程管徑范圍在φ89～φ152mm之間。采用火工折彎處理，以滿足現(xiàn)場要求。

（三）焊接變形控制和制作精度控制

采取雙面對稱焊接及合理的拼裝順序以減少焊后變形。先焊接變形大的部位，后焊接變形小的部位。鋼柱采取整體放樣，以保證精度。

（四）桁架預(yù)拼裝

每一榀桁架完成后都進(jìn)行預(yù)拼裝，在地面上根據(jù)桁架的長度制作胎架，保證桁架弧線的尺寸精度，桁架按立面方向放置的方式進(jìn)行拼裝。在鋼平臺上，劃出桁架各弦桿、腹桿中心線及輪廓線的投影線。根據(jù)桁架長度設(shè)置弧形胎架。

三、吊裝單元分析

（一）吊裝單元劃分

根據(jù)吊車起重重量和現(xiàn)場情況將結(jié)構(gòu)分為4種單元類型，為保證吊裝單元在吊裝過程中始終保持固定的角度，就需要吊裝單元的吊點位置必須和單元重心處于同一條豎直線卜。不規(guī)則單元的重心可采用彎矩平衡的原理來確定。

（二）吊裝分析

在吊裝過程中，單元主要考慮重力作用，近似采取靜力計算方法來分析單元的內(nèi)力變化情況，另外考慮起吊時產(chǎn)生的動載效應(yīng)，內(nèi)力計算時考慮動力系數(shù)，單元的變形采用標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計算。同理，分別對其他3類拼裝單元進(jìn)行分析，對比4種類型的單元，所有吊裝單元最大應(yīng)力比為0.324，最大變形為7.613mm。整體上，所有的單元應(yīng)力比都小于1，豎向變形都小于跨度的1/400，所有單元都處于彈性工作狀態(tài)。

四、吊裝方法

做一個等邊三角形的扁擔(dān)，長1.2米，高0.6米，在頂部割一個孔，用以掛在吊鉤上。在底邊角位置鉆兩個直徑為40mm的孔，孔邊距離板邊大于60mm，用直徑20mm的鋼絲繩和卡環(huán)兩點起吊桁架柱，吊點設(shè)置在柱頂?shù)觞c處，柱身豎直，吊點通過注重心位置，易于起吊、對線、校正。

桁架柱的吊裝：吊裝前，在桁架柱頂部固定四根直徑8mm鋼絲繩作為攬風(fēng)繩，在桁架柱根部綁扎一根麻繩（注意防護(hù)），作為牽制溜繩，以調(diào)整桁架柱方向。綁扎就緒后，先將桁架柱的一端吊離地面200mm左右，停機(jī)檢查用索綁扎情況和吊車穩(wěn)定情況。確認(rèn)一切正常后，吊車邊起鉤邊轉(zhuǎn)臂，直至將桁架柱吊直并處于需安裝的基礎(chǔ)上面時，指揮吊車緩慢下鉤。當(dāng)桁架柱底面距離基礎(chǔ)地腳螺栓頂端40-100mm時，調(diào)整柱底位置，注意防止鋼柱就位時破壞螺栓，當(dāng)螺孔完全對準(zhǔn)地腳螺栓，再讓吊車下鉤至桁架柱就位后，利用吊車臂回轉(zhuǎn)進(jìn)行垂直度的初校，再擰緊全部螺母，將柱子可靠固定后摘除釣鉤。按此方法，繼續(xù)吊裝其余所有桁架柱。

桁架梁的吊裝與桁架柱吊裝基本相同。

校正：在桁架柱的四個方向上綁扎直徑為8mm的鋼絲繩和緊線器，在鋼柱的兩個方向分別架設(shè)經(jīng)緯儀，用以調(diào)整鋼柱的垂直度，使之滿足要求或需要的調(diào)整值。

焊接：桁架校正后，用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)對桁架柱與桁架梁接縫進(jìn)行焊接，焊接24小時后進(jìn)行超聲波探傷。

五、吊裝工藝

（一）現(xiàn)場柱基的檢查

1.定位軸線的檢杳

根據(jù)控制定位軸線引到柱位置的基礎(chǔ)上，定位線必須重合封閉，每根定位線的總尺寸誤差是否超過控制數(shù)，定位軸線必須垂直或平行;定位軸線的檢查應(yīng)由亞主、監(jiān)理、總包（土建）、安裝聯(lián)合進(jìn)行檢查，對檢驗的數(shù)據(jù)要統(tǒng)一認(rèn)可后才能進(jìn)行鋼柱安裝。

2.柱間距檢查

柱間距檢查是在定位軸線被認(rèn)可的前提下進(jìn)行的，用標(biāo)準(zhǔn)鋼卷尺實測柱間距，柱間距的偏差值應(yīng)嚴(yán)格控制在士5mm以內(nèi);

3.柱中心線的檢查

檢查柱中心線與定位軸線的偏差。

（二）鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的預(yù)檢

構(gòu)件的預(yù)檢在鋼結(jié)構(gòu)加工廠質(zhì)檢部門檢查的基礎(chǔ)上，現(xiàn)場安裝項目部要進(jìn)廠對制造質(zhì)量復(fù)檢，復(fù)檢合格后，方可出廠。不允許不合格構(gòu)件進(jìn)入安裝現(xiàn)場，同時項目部根據(jù)現(xiàn)場安裝進(jìn)度要求及提供的構(gòu)件清單監(jiān)督制造部門是否按進(jìn)度要求配套加工，避免由于加工構(gòu)件不配套造成現(xiàn)場安裝間斷，影響安裝工期和質(zhì)量。

（三）桁架柱的吊裝

1.吊點設(shè)置：

吊點設(shè)置在柱頂處，柱身豎直，吊點通過注重心位置，易于起吊、對線、校正。為防止鋼柱變形，采用二點吊裝。

2.起吊方法

桁架柱安裝過程中，應(yīng)注意的事項：a.在操作過程中，要互相配合，動作協(xié)調(diào)，采用鐵扁擔(dān)起吊，盡量使鐵扁擔(dān)保持平衡，以防造成安全事故;b.必須有信號指揮，并且分指揮必須聽從總指揮。

起吊時桁架柱必須垂直，盡量做到回轉(zhuǎn)扶直，根部不拖。起吊回轉(zhuǎn)過程中應(yīng)注意避免同其他已吊好的構(gòu)件相碰撞，吊索應(yīng)有一定的有效高度。

桁架柱安裝到位，對準(zhǔn)軸線，必須等安裝螺栓固定后才能松開吊索。

六、結(jié)束語

銀行大廈管桁架鋼結(jié)構(gòu)施工應(yīng)結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)形式、空間形態(tài)，在確保桁架加工及安裝精度的情況下，編制科學(xué)、安全、實用的施工方案，選擇合理的吊裝設(shè)備及加工工藝，制定周密細(xì)致的吊裝順序，是銀行大廈復(fù)雜空間管桁架施工取得成功的關(guān)鍵所在。

參考文獻(xiàn)：

[1]中冶京誠工程技術(shù)有限公司.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范：GB%50017-2017[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2017.