大跨倒三角鋼管桁架側拼施工技術研究

任亞莉

（山西一建集團有限公司，山西太原 030012）

1 工程概況

某商業項目總投資500多億元，項目包括商場、酒店群、別墅群、主題樂園等。項目中的商場整體外形呈馬鞍形，平面尺寸長428m，跨度從94m漸變到174m。建筑高度最高點約85m，最低點約35m，主體采用鋼筋混凝土框架結構，屋蓋為變截面倒三角鋼管桁架結構，桁架最大矢高約14m，鋼管規格為φ180mm×6mm~φ800mm×50mm，鋼材主要材質為Q345B，商場的總用鋼量為1.5萬噸，商場俯視圖如圖1所示。

圖1 商場俯視圖

2 拼裝方法選擇及胎架設計

結合本工程鋼管桁架弧度的變化特點，綜合分析目前桁架拼裝用的正拼和倒拼兩種方法，以及創新的側拼法（即將桁架安裝就位狀態進行整體旋轉90°后使桁架下弦處于水平位置進行桁架的拼裝）。側拼法可以有效避免因桁架弧度的變化而產生的諸多難點。

正拼法的優點：桁架拼裝完成后可以直接安裝；拼接狀態即為安裝狀態，便于安裝檁托、插板等桁架的小部件。缺點：高空作業多；胎架材料消耗大；胎架隨桁架弧度的變化而調整的難度大。

倒拼法的優點：胎架可以隨桁架弧度的變化而調整；便于桁架脫架；節省胎架材料。缺點：桁架拼裝完成后需翻兩次身，才能安裝。

側拼法的優點：有利于結構穩定；節省胎架材料；髙空作業少。缺點：桁架拼裝完成后需翻兩次身，才能安裝。

（1）胎架設計工具式拼裝胎架，由T形底座、支撐桿、斜撐和牛腿4部分組成，其中，T形底座由3根H型鋼組成，連接形式為螺栓連接；支撐桿與底座通過螺栓連接；斜撐一頭與支撐桿連接，另一頭與底座連接，均為螺栓連接，支撐桿上設有可調節高度的牛腿，根據桁架的尺寸進行調節。由于將固定焊接成一個整體的拼裝胎架分解成便于安裝和拆卸的散件，既能將體積龐大的拼裝胎架拆散成零部件進行運輸或存儲，大幅提高運輸效率和縮小存放面積，又能根據現場桁架的尺寸隨時調整胎架的尺寸，極大提高胎架的重復使用率，減少材料的浪費，胎架正立面和側立面示意圖如圖2和圖3所示。

圖2 胎架正立面

（2）胎架布置。為減少管桁架在空中對接時桿件錯位的情況，提高管桁架拼裝的尺寸精度，考慮將整榀桁架分為左右對稱的兩段桁架同時拼裝，拼裝胎架每隔5m布置1個，布置的原則為避開節點區域和腹桿位置。在桁架下方進行桁架的拼裝，布置2列拼裝胎架，每列160m，共布置64個拼裝胎架，胎架布置如圖4所示。

圖3 胎架側立面

圖4 胎架布置

3 桁架拼裝流程

桁架拼裝前，先驗收拼裝胎架，根據桁架的胎架布置圖，在地面放出桁架的投影尺寸，然后按照施工圖及構件上標識找齊所需桿件。桁架構件在工廠制作時分解為若干節下弦桿、若干節上弦桿和若干腹桿，打包運至現場，桁架分為若干節從一端向另一端連續流水拼裝。

桁架進行拼裝時的流程：桁架放線→胎架調整→桁架弦桿安裝→桁架弦桿校正并固定（安裝下一節桁架弦桿→如此反復）→腹桿安裝→腹桿校正并固定→腹桿焊接→節點補漆→桁架驗收。

4 桁架拼裝工藝

（1）按工廠內預拼裝的順序和要求進行拼裝，先安裝上下弦桿，用胎架定位塊進行定位，必須保證定對中心線、水平度，以及端面垂直度，然后安裝桁架的腹桿。

（2）組裝中所有桿件應按施工圖控制尺寸，各桿件的力線應匯交于節點中心，并完全處于自由狀態，不允許有外力強制固定，主桿單根支撐點不應少于2個。

（3）桁架現場分段拼接成整榀桁架的施工過程為露天拼裝，應注意檢測時間，減少溫度對測量的影響。

（4）分段開口處設置封板，防止變形。

（5）拼接在專用胎架上進行，上下弦主桿應可進行上、下、左、右調節和固定。腹桿可在調整過程中逐步就位。

5 拼裝質置要求

桁架拼裝的允許偏差要求如下：

跨度最外側梁端安裝孔或兩端支撐面最外側距離的允許偏差為[-10，+5]mm，檢驗方法是使用鋼尺進行檢查；接口截面錯位的允許偏差為2mm，檢驗方法是對焊縫進行量規檢查；設計要求起拱的允許偏差為±L/5000，設計未要求起拱的允許偏差為L/20000，檢驗方法是使用拉線和鋼尺進行檢查；節點處桿件軸線錯位的允許偏差為4mm，檢驗方法是劃線后使用鋼尺進行檢查。

6 焊接變形控制

焊接施工順序對焊接變形及焊后殘余應力有很大影響，在焊接時為盡量減小結構焊接后的變形和焊后殘余應力，結構焊縫應合理，讓結構受熱點在整個平面內對稱，均勻分布，避免結構因受熱不均勻而產生扭曲和較大焊后殘余應力。

焊接順序原則：先焊主弦桿管與管之間的對接焊縫，再焊斜腹桿與主弦桿的相貫焊縫；焊完一條后再轉人另一條焊接，同一管子的兩條焊縫不得同時焊接；焊接時應由中間往兩邊對稱跳焊，防止扭曲變形。相貫焊縫應對稱施焊，多層多道焊。一個節點往往有多條相貫焊縫，焊縫集中。一條相貫焊縫焊接完畢冷卻后，再焊相鄰的相貫焊縫，以防止應力集中，減小焊接變形。焊接時，應先焊坡口大，變形大的區域，對于Y形節點，先焊A、D區，后焊C、B區，且先焊趾部再焊根部。

7 實施效果

該商業樓蓋倒三角管桁架的拼裝施工采用散件進場，利用工具式胎架進行連續大跨度拼裝，節省施工材料，縮短拼裝時間，保證施工質量與安全。同時還節省大量的拼裝胎架材料和機械臺班，施工工期大大縮短，為工程施工的順利進展創造條件，創造良好的社會效益。隨著建筑行業的不斷發展，鋼桁架結構在建筑結構中應用越來越普遍。桁架結構類型越多且復、跨度更大等特點將是發展趨勢，而本技術從根本上解決了精度、效率、質量與安全的問題，其中工具式胎架的設計與改進、拼裝思路及精度控制技術、焊接技術等綜合施工方法，以其成功應用可證明其在類似結構施工中的優點與創新點，為其在以后的推廣與應用奠定了基礎。