探究大跨度鋼結構桁架施工技術

摘 要 管桁架整體式結構，在現代大跨度屋蓋結構中應用較廣泛，如何對結構進行合理分割、分塊，是解決制作和安裝的首要問題。另外在現場實際施工中會出現各種吊裝難題，如何處理和解決這些難題，是工程能夠順利、安全進展的重要環節。下面本文以日本仙臺市村田制作所株式會社未來創新中心展館項目為例，試論大跨度鋼結構桁架施工技術。

關鍵詞 展館;整體式屋蓋桁架制作;安裝單元塊的分割;現場制作的可行性;吊裝難點及應對方案;滑移安裝

1工程概況

日本仙臺市村田制作所株式會社未來創新中心展館部分，共1#～5#展館自西向東連成近似梯形，占地面積32700m2，其中會展建筑面積29600m2，鋼結構工程于2018年3月開工，2019年6月結構吊裝完工，2019年12月主體結構竣工驗收。

展館主體鋼結構1680t，圍護鋼結構600多噸，展館屋架系統為“▽”型鋼管桁架，北高南低，南側檐口結構高度13.2m，北側檐口高19.35m，屋面傾角為5°，1#～4#展館每一展館寬47.55m，中間僅有4根或2根鋼柱支撐，兩側均坐落于混凝土核心筒邊柱上，其中1#展館西側中部還有地下室。

屋架桁架采用直縫焊管，材質STKN490B（日制鋼管），弦桿規格為φ457.2×16、φ318.5×10.3、φ216.3×8.2，腹桿為φ216.3×8、φ165.2×6及φ139.8×4.5;鋼柱采用φ609.6×16兩端均采用剛接。桁架截面高度為3000（中心高），最大跨度47.75m（4#展館橫向桁架），最大構件重量43.2t（門橋1）。

本工程主體結構管桁架桿件連接接頭均為相貫線全熔透焊接接頭，支座節點的焊縫和鋼管對接焊縫均要求為一級焊縫，其余為二級。

2整體式屋蓋桁架制作、安裝單元塊的分割探討

作為設計，它總將每一展館的屋面作為一個整體，將每一桁架的構件采用相貫線全熔透焊接連接，以保證其等強度。如果考慮每館整體吊裝，現場場地不允許，有周邊的砼核心筒受干涉，另外吊機也不允許，無這么大起重量及伸臂尺寸的起重機，而且由于制作時工件不能翻身，很多連接焊縫的施焊位置不合適，不可避免要出現立焊和仰焊，對焊接質量不易保證，所以必須要根據縱橫桁架的構造進行安裝單元分塊。

但是如果簡單地從縱、橫桁架相連接的根部分段，將會在桁架安裝時碰到相貫線的安裝接口，而且在吊裝就位時，必須使桁架作一定的水平位移，且接口誤差會比較大，空中接口施工難度大，焊縫質量不好保證。因此必須在先安裝的主桁架上焊上一段連接短管段，長度不小于500，其外側端口為齊口，并開好剖口，內襯襯墊管，在吊裝時可軸向伸縮，在接口處上方加焊一塊定位靠板，保證其吊裝連接時能定位，并保證合適的襯墊焊間隙尺寸。

4#展館由于設計抽柱，致使受力結構變化，必須將橫向桁架做成整體，跨度（47.75m），而把中間的縱向桁架分段，與各橫向梁相連。由此可見必須根據受力情況來確定桁架的主次，分割中應保證主要受力桁架不斷開，且優先就位安裝，有支座桁架優先安裝，以減少現場臨時支撐的數量。

3現場制作的可行性探討

大型屋蓋管桁架，即使進行了合理的分塊，由于其桁架截面尺寸較大，每一吊裝單元件的外形尺寸還是很大，大部分桁架高度都大于3.5m，門橋桁架總高達4.2m，沿途通過高度、長度將會受到限制，但裝車重量不大，每車滿載率只有50%左右，鋼構件加工廠所在地至施工現場所在地公路里程長達400多公里，公里運輸每噸運費普通車為540元/噸（折合人民幣）;每車定額載重20～25噸，加長車運費600元/噸（折合人民幣），每車定額載重30噸。如在鋼構件加工廠做成桁架出運，大部分構件需要長車甚至還要按超長件來運輸，每車的裝載量在15～18噸，顯然不經濟。

如果不在工廠組焊，僅下料、噴砂、油漆，到現場再進行組焊，運輸時大小管徑可互相穿套，節省空間，每車均可按額定載重裝足，相比之下，可節省大量運輸費，每噸約450～525元（折合人民幣），總共1680噸構件，兩者相比，可節省運費70多萬元，另外也為鋼構件加工廠騰出了大量的制作場地。

從施工現場情況看，該區域還有二、三期待建設的大片空場地，正好可先預利用作為制作及堆放的施工場地。

實施方案確定后，現場準備工作提前進行。準備了混凝土的施工場地2300m2，配備2臺10噸18m簡易門式起重機，這樣也解決了裝卸車及現場堆放問題，兩者相比還節省了運費30萬元，并且還節省了半臺現場裝卸車的吊機費。

唯一不利的是由于室外作業受氣候影響較大，好在施工現場所在地降水量較少，但冬天溫度較低，鋼結構在低溫環境下的焊接必須采取相應的措施，為此及時制訂了《鋼結構低溫焊接的專項方案》，配置了一些防雨、御寒的設施，保證了低溫下的焊接質量，又搶回了冬季施工的進度[1]。

41#展館部分構件吊裝難點及應對方案

1#展館西邊，有一占地面積相當大的地下室建筑，并先于鋼結構施工完畢，此區域影響鋼結構吊裝的構件有：1#門橋、1-1軸線上的縱向桁架、橫向次桁架HJ-3、HJ-16。如果選用跨外吊，必須選用200以上的大吊機，因施工所在地區大型吊裝機械租賃困難費用高等原因，決定采用90噸吊機進入場地內吊裝的施工方案。

TG-900E全液壓汽車吊，起重臂長18m，分段構件起吊作業半徑9m，其額定起重量為26.6t（門橋1分段后構件各重23t和21t），安裝就位作業半徑各7.7m和7.3m，吊機其8m作業半徑的額定起重量為32.5t，上述工況均滿足安全技術要求。

本吊機空車自重64t，進入地下室區域時在輪胎行駛路線須鋪設走道鋼板，汽車吊后三排共6組（12個）車輪分擔42t荷重。前二排4個車輪分擔22t荷重。吊機兩側輪胎行駛路線鋪設厚25mm，寬1.8m走道鋼板，車后半部分縱向7m區域，通過走道鋼板的平均荷重為1.67t/m2;前半部分的縱向4m區域，通過走道鋼板的平均荷重為1.53t/m2。

當吊機停位，兩側支腿伸出支起，分段門橋構件（23t）起吊及回轉到安裝位置后，臨近起吊構件一方的支腿荷重為35t，其它兩側的支腿荷重為10～20t。支腿下鋪設4m2鋼板及路基箱后，其在該區域的最大平均荷重為8.75t/m2，計入25%系數后為11t/m2，能夠滿足該區域的荷重要求。

為確保吊裝作業萬無一失，必須采取以下各項措施：①地下室南北兩側原基坑回填土后并夯實。②地下室頂板上方填土完成，并夯實，達到基本平整。③按《施工方案》平面布置圖進行測量，并顯殊標注出吊機行駛路線，吊機停放位置（含主要支腿點位置）各支腿點位置必須落在地下室砼柱和剪力墻上或基坑實土上[2]。④吊車就位、起吊前及起吊中應密切注意支腿支承處的下沉情況，必要時采取相應的補救及應急措施。

由于《施工方案》制訂詳細合理，吊裝中措施到位，該區域構件一一順利吊裝完成。

55#展館滑移安裝施工方案

5#展館平面形狀為一形狀復雜的多邊形，該展館在西部2/3區域內設有24根混凝土柱，并在6.00m及10.20m標高上設有砼樓層面，鋼結構的吊裝作業必須在砼結構完成后進行。此時吊機已無法進入此區域，如采用特大型起吊設備，其成本將會成倍增長，所以只能采用空中滑移的施工方法。

按平面圖位置架設二條平行的H鋼作滑移軌道，為適合桁架的安裝，將H鋼頂面的高度，正好是桁架下弦管下表面的高度，并調成北高南低與屋面坡度相同的傾角（5°）利用10.20m平臺面作支撐的底面。H鋼梁每隔4～5m設置一個支撐，由于支撐高度不大，僅（0.7～5.4m），經計算，分別采用D140、D168、D219單根鋼管作柱，而在砼柱子位置，用鋼管焊成格構形井架，來承載及穩定，H鋼兩側為保證其側向穩定，在每一支撐柱位置，均設浪風繩，采取了這些措施后，H鋼經計算采用H294×200×8×12的熱軋H鋼并處理成連續梁。

由于桁架構件都為倒△形，在滑移過程中如立置，其穩定性太差，對其采取穩定措施太復雜，因此選擇臥放置在滑軌上，比較穩妥，移動時通過一臺3噸的卷揚機水平牽拉，由高向低滑移，到位后采用巴桿板起，即完成就位安裝。

采用了這一方法，順利地進行該區域桁架構件的安裝。

6結束語

大跨度鋼結構桁架在各類場館、展廳較為常見，由于其外形尺寸大、重量重，所以對構件的運輸、現場吊裝要求高。制作吊裝方案時，要考慮運輸條件和經濟性、現場的施工條件等因素，對結構進行合理分割、分塊。

參考文獻

[1] 日本建築學會.鉄骨工事技術指針工場製作編.2007，2.

作者簡介

袁錫斌（1978-），男，浙江寧波人;畢業于院校：大連海洋大學;學歷：本科，職稱：中級工程師;現就職單位：上海駒建鋼結構技術有限公司，研究方向：建筑施工。