大跨度鋼管桁架吊裝工藝的選擇

任柏松 周小甲 任有橋

摘 要 近年來隨著鋼結構技術的不斷發展，施工工藝的不斷進步完善，國內以至于世界上涌出了一大批以鋼結構——鋼骨架為主體的大型鋼結構建筑。鋼結構的結構形式日益新穎，構造越來越復雜，結構跨度也越來越大。隨之而來的一大難題就是大跨度鋼管桁架的結構吊裝，面對這個難題，選擇合適的施工工藝、使用正確的吊裝方法，對這種大跨度鋼管桁架的順利吊裝顯得尤為重要。特別是隨著科學技術與生產力的不斷發展進步，越來越多的新技術、新工藝、新方案不斷出現，選擇不同的吊裝工藝，將直接影響整個工期的進度、成本與效益。針對這個問題，本篇文章將著重描述關于大跨度鋼管桁架吊裝工藝的選擇。

關鍵詞 大跨度;桁架梁;分段組合;吊裝技術;施工工藝

1工程概況

1.1 項目概況

本項目為亞運射擊射箭現代五項館，包括射箭、飛碟、現代五項競賽項目，場館位于富陽區銀湖街道九龍大道與龍溪北路交叉口西北側，規劃用地412.77畝。

本項目建設內容包括新建射擊綜合館、新聞及安保中心、輔助用房、馬廄及隔離馬廄及地下室;飛碟、射箭及現代五項的比賽場地及項目范圍內的道路、綠化、停車場、廣場及硬地公用工程等配套設施。鋼結構主要為綜合館、新聞及安保中心、輔助用房和馬廄等的主體結構。結構形式為鋼及鋼骨框架、型鋼桁架、管桁架等，工程總用鋼量約4500噸。

項目總用地面積275182m2，新建總建筑面積約82360.35m2，其中地上建筑面積：射擊綜合館42558.07m2，新聞及安保中心5041.5m2，飛碟輔助用房5091.1m2，射箭及現代五項輔助用房5613.3m2，馬廄2050.4m2，隔離馬廄91.1m2，地下建筑新建建筑面積21914.88m2（包括人防地下建筑面積4883平方米），同時新建射箭、飛碟、馬術激光跑比賽場地及停車場;停機動車停車數966輛、非機動車位數152輛。

（1）綜合館

綜合館地上建筑面積42558.07m2，包含射擊決賽館、游泳館、50m和25m比賽館和輔助用房等。其中本工程的管桁架主要集中在射擊預賽館。

射擊預賽館擋彈板管桁架位于8-20/J-U軸，其中50m預賽館管桁架位于8-20/J-Q軸，桁架支座標高+13.550m，桁架頂標高+16.284m，桁架高度2.2m，主桁架為南北方向共7榀，每榀跨度51m，下設5處支座。主桁架間通過橫向桁架聯結。

25m預賽館管桁架位于11-19/S-U軸，桁架支座標高+3.750m，桁架頂標高+6.550m，桁架高度2.3m，主桁架為南北方向共6榀，每榀跨度15.55m～18.1m，下設2～3處支座。主桁架間通過橫向桁架聯結。

50m和25m射擊預賽館管桁架弦腹桿主要為PIP89×6～PIP168×16等規格，50m預賽館主桁架跨度51m，單榀桁架重量12t;25m預賽館主桁架跨度18.1m，單榀桁架重量4t。典型特征見下圖：

2施工特點及重難點

經過對本工程大跨度管桁架所在位置及方案介紹分析可知，此處吊裝存在以下難點：

2.1 大跨度管桁架結構桿件多，鋼管貫口切割精度要求高

主要困難：本工程50m、25m射擊預賽館管桁架存在大量鋼管加工，與鋼管相貫節點的幾何信息正確與否是相貫線切割質量保證的重要條件，桁架桿件皆為圓鋼管，且大量連接節點為相貫節點，采用何種合理的切割設備、切割工藝來確保鋼管的相貫線切割精度將是整個工程質量的重點。

2.2 拼裝難度大、精度要求高

主要困難：管桁架桿件多，形式復雜，且桁架超寬超大，需散件運輸至現場，拼裝后安裝。現場拼接胎架的設立位置確定和拼裝精度的控制是重點。

2.3 桿件數量多，管理組織要求高

主要困難：本工程桿件多，規格多，施工分區多，同時施工的工作面多，若構件管理不善造成現場構件管理混亂，將給工期和成本造成巨大的損失。所以，如何將桿件有序包裝，配合現場的成品管理，是本工程的重點[1]。

2.4 跨度大，凈空高，噸位大

50m預賽館主桁架跨度51m，單榀桁架重量12t;25m預賽館主桁架跨度18.1m，單榀桁架重量4t。

3吊裝方案選擇以及施工

3.1 吊裝方案選擇

經過對本工程大跨度管桁架所在環境位置及方案要求分析可知，可供選擇的吊裝方案及思路如下：

（1）整榀桁架整體吊裝法

整體吊裝法是指大跨度空間鋼結構在地面拼裝成整體后，采用單根或多根拔桿，一臺或多臺起重機械進行吊裝就位的施工方法，吊裝時可高空平移或旋轉就位。

焊接量幾乎在地面進行，能夠保證施工的質量，但對起重設備的能力和起重移動的控制尤為重要。

以整榀桁架為吊裝單元可大大提高工作效率，減少空中焊接拼裝缺陷，降低施工難度。因此工程開始就將整榀吊裝的施工思路納入方案選擇之中。

（2）分段或分塊吊裝法

分塊或分段吊裝法是將結構進行合理的劃分，然后由起重設備吊裝至設計位置，完成高空對接拼裝，形成整體的安裝方法。

結構劃分的大小視起重設備的能力大小和結構狀況而定。桁架結構的分段位置不宜在跨中，網架結構可采用分塊或分條的安裝方法。施工難點和重點是吊裝單元的合理劃分，吊裝單元必須自成體系，并保證足夠的剛度，以確保吊裝過程中吊裝單元的穩定性以及變形等滿足要求。

將整榀桁架合理的分割成段，以每一段桁架為單獨的吊裝單元待用，有利于桁架的快速施工，小單元可以在平地制作好，可與工程結構平行施工，一旦安裝條件具備，即可立即吊裝;分段吊裝還能減少現場施工環境及場地限制問題對吊裝的影響，并且因此對吊裝機械的要求也會相對變小。

由于50m射擊預賽館管桁架擋彈板管桁架整段自重超過塔吊起重能力，且距汽車吊站位位置較遠，無法使用汽車吊跨外進行吊裝，經過多方會審以及對現場情況勘察，最終確定采用塔吊在三層樓板進行分段吊裝。

桁架支座、焊接球、弦腹桿均以散件形式入場，經塔吊直接卸到3層樓板上，在3層樓板搭設拼裝胎架，分段拼裝完成后吊裝。

3.2 管桁架結構吊裝吊機選擇

50m射擊預賽館管桁架采用1號（T7020）、2號（TC5710）、

4號（H7015）塔吊，在各自的塔吊覆蓋范圍內，將桁架分段拼吊。

塔吊覆蓋范圍圖如圖4。

根據塔吊起重性能，將7榀主桁架分為5-9段，8線主桁架分為5段，20線主桁架分為9段，下部設置支撐胎架，分段接頭錯開高空焊接。

支撐胎架從+10.1m～+14m，胎架高度4m。管桁架分段重量均在0.5t～4t范圍內，胎架主肢、腹桿采用L63×6角鋼，截面500×500，經計算滿足支撐受力要求。

3.3 管桁架結構吊裝吊點選擇

在確定大跨度空間桁架結構的吊裝方案時，吊點的選擇和吊點的分布是首先要考慮的問題。一個平直的大跨度結構構件，要吊裝到設計標高與兩柱頭連接，其吊點的選擇和吊點的分布要保證起吊后的梁：在自重作用下兩端的軸向相對變形等于或接近零，這樣吊裝到設計位置的梁就能準確就位，不會超長也不會縮短。依據這個原則，吊點的選擇要滿足以下三條：

（1）吊件兩端的軸向相對變形等于或接近零。

（2）吊件翻身、起吊過程中自身重力作用下的變形和彎矩分布比較均勻，且數值最小。

（3）設計方提供的構件吊裝驗算數據及吊裝要求。

在本工程中考慮到吊裝高度和吊裝機械的參數，以及吊裝桁架的整體性因素，經過專家論證等各方的討論協商，桁架吊裝決定采用四點綁扎、分段整體吊裝、次就位的方法。為使桁架吊起后不發生搖擺，與其他構件相碰，起吊前在離支座的節點附近用麻繩系牢，隨吊隨放松，以此保證其正確位置[2]。

3.4 勞動力安排

根據該節點進度要求，鋼桁架結構施階段高峰期間，每天現場所投入勞動包括起重工、拼裝工，鉚工、焊工、測量工等總計約 30人 。

4桁架吊裝施工過程

4.1 桁架吊裝施工工藝流程

桁架吊裝施工工藝流程如下：場地清理一 待吊裝桁架就位一 吊機就位—搭設高空操作平臺一 試吊裝一 正式吊裝 一高空就位 一 搭高空焊接操作臺一 焊接一 落鉤。

4.2 桁架吊裝前準備

（1）桁架吊裝前，主體結構必須施工完畢，并且檢查驗收合格。

（2）吊裝前，吊機所行的路線和輔助吊車的位置必須提前確定好，以確保吊裝的順利進行，起重機吊裝工作范圍內的障礙物必須預先清除。

（3）吊裝施工時使用的鋼絲繩、索具、撬棒、卡環、包角、道木等應該準備齊全，并達到施工使用要求。

（4）吊裝前，安裝施工人員根據桁架及次梁的實際尺寸，對吊裝施工中垂直空間內影響和阻礙吊裝的物體拆除清理干凈。

（5）吊裝前，根據現場實際情況和施工機械的現狀，編制合理的吊裝施工方案。組織參加作業的施工人員對方案進行學習，掌握吊裝方法和技術要求。

（6）桁架梁安裝點尺寸符合要求。

（7）影響吊裝的桁架上障礙物處理、場地障礙物已經處理完畢，表面擦洗完畢需帶上的附件已固定。

（8）現場所有警戒措施及通信設施合格。

（9）道路使用申請已經審批。

4.3 試吊

由于本工程鋼管桁架構件質量較大，長度較長，故選用分條分片吊裝，并且用三臺塔吊共同吊裝。為了確保吊裝的安全可靠，每榀桁架正式吊裝前應進行試吊，試吊時在桁架吊離地面150～200mm時，應停留幾分鐘，檢查全部機具與支腳穩定性，發現問題應先將工件放回地面，故障排除后重新試吊，確認一切正常，方可正式吊裝。為了防止構件在起吊和就位過程中擺動過大，在構件兩端設牽引繩，以便操作人員對構件定位進行控制。

4.4 正式吊裝

第一步：在分段桁架下方設置胎架。

第二步：用塔吊將拼裝安放好的管桁架從三層樓板緩慢吊起4米厚停止。

第三步：塔吊緩慢旋轉臂桿到合適的角度，到達要吊裝的位置正上方時，停止旋轉。

第四步：鋼結構施工人員進入施工現場，由塔吊配合安裝固定桁架，直至鋼桁架焊接結束，工作人員確定可以可以松鉤為止，吊裝人員才可摘鉤。

第五步：依照此步驟，依次吊裝其他桁架。

4.5 測量控制

（1）定位及標高的控制

鋼桁架安裝前，用全站儀放樣出桁架端柱中心定位坐標，并在埋件上做好標記。安裝時，對準已在埋件放樣好的定位坐標控制鋼桁架的定位。

根據鋼桁架的底標高，利用水準儀測量埋件的標高。

對于空間彎曲結構，必須嚴格按照設計坐標，全站儀全程跟蹤。

（2）垂直度控制

利用攬風繩和經緯儀從兩個側面同時觀測精確鋼桁架垂直。鋼桁架校正完畢后進行臨時焊接固定，焊縫長度不得小于正式焊縫長度的1/5。垂直底的偏差控制在高度的1/1000。

4.6 焊接質量通病及控制

（1）焊接變形對施工質量影響非常大，所以，焊接時應采取措施嚴格控制焊接變形。

（2）根據板的不同厚度采取相應的預熱措施及層間溫度控制措施。

（3）實施分段的多層多道焊，每焊完一道后應及時清理焊渣及表面飛濺，發現影響焊接質量的缺陷時，應清除后方可再焊。

（4）連續焊接時應控制焊接區母材溫度，保證層間溫度符合要求，遇有中斷焊接作業的特殊情況，應采取保溫措施，再次焊接時，應重新預熱且應高于初始預熱溫度。

（5）焊接時嚴禁在焊縫以外的母材上打火引弧。

（6）焊后應認真清除焊縫表面飛濺、焊渣、焊縫不得有咬邊、氣孔、裂紋、焊瘤等缺陷和焊縫表面存在幾何尺寸不符現象，不得因切割連接板、刨除墊板等工作而傷及母材，連接板、引入、引出板刨除后的表面應光滑平整。

5吊裝過程安全控制

（1）作業前需對吊車司機、指揮、起重吊裝作業人員等進行交底，讓其了解作業內容、作業環境、安全要求等。

（2）吊車作業人員、指揮人員必須了解本機的工作原理和構造及安全裝置的構造和調整方法。作業前，操作人員需對本機進行自檢，以確保安全。起重指揮人員如果在作業過程中發現本機有異常現象，必須立即告訴司機，對異常現象進行處理。

（3）進入現場的人員戴安全帽;

（4）高空作業人員必須佩帶雙鉤安全帶，安全帶做到高掛低用，隨時保證安全帶有可靠的掛接點;

（4）密集高空作業點安全管理人員重點監護，隨時提醒高空作業人員注意安全，相關管理人員做到旁站式管理。

（5）設專人指揮機械，機械作業范圍內不得站人，無關人員不得進入現場;

（6）杜絕違章作業。

（7）起重吊裝“十不吊”

（8）作業過程中如遇見大風、大雨、大雪，應立即停止作業，并將主臂收回。

（9）在操作過程中，應避免吊鉤著地。如果吊鉤必須著地，再次升起時，必須注意監視卷筒鋼絲繩的排列情況，避免卷筒鋼絲繩亂繩，必要時須重新排列卷筒鋼絲繩。

（10）卸扣必須檢查合格后使用，所用卸扣必須滿足吊重所需，不得以小帶大，在使用過程中經常檢查。

（11）起重機作業時速度應均勻平穩，不得突然制動或在沒有停穩時作反方向行走或回轉。落鉤時應低速輕放。

（12）每班作業完畢后，汽車吊必須退出施工現場吊裝區域，并將主臂收回。

（13）起重吊裝區域應拉設警戒繩，嚴禁無關人員穿過，并設監護人。

（14）起重機在作業中如出現故障或不正常現象，應采取措施放下重物，停止運轉后進行檢修，嚴禁在運轉中進行調整或檢修。起重機嚴禁采用自由下降的方式下放吊鉤或重物。

（15）夜間施工時必須照明充分，存在安全隱患時必須停止作業。

（16）在開始吊裝時，應先用微動信號指揮，待負載并離開地面200mm～300mm并穩定后，再用正常速度指揮。在最后降落就位時，也用微動信號指揮。

（17） 嚴禁將重物長時間懸吊空中，當作業中途休息或離開時，應將吊物落到地面，以防止高處墜物及物體打擊等安全事故的發生。

6結束語

本文通過對現場實際情況、鋼結構構件、吊機性能等進行關鍵技術分析，在保證施工安全、技術可靠的基礎上，綜合經濟效益以及工期進度要求，研究出了一種科學合理的吊裝方案對大跨鋼桁架進行吊裝，經過合理有序施工，所有大跨度鋼桁架正在有序順利吊裝完成中，此施工技術研究為其他類似工程施工提供了一定的借鑒意義。

參考文獻

[1] GB50017-2017.鋼結構設計標準[S].北京：中國標準出版社，2017.

[2] GB50755-2012.鋼結構工程施工規范[S].北京：中國標準出版社，2012.