某大跨空間桁架結構施工技術研究

鄧海峰

（山西一建集團有限公司，山西太原 030012）

0 引言

隨著科學技術的不斷發展，建筑鋼結構呈井噴式發展。實踐證明，空間鋼桁架結構更能滿足目前對建筑大跨度、大空間的發展趨勢。然而，對于大跨度鋼桁架結構不合理的施工方案、不完善的安全管控會對結構造成很大的安全隱患。如何根據工程特點選擇合理切實可行的施工方案，是鋼桁架安裝質量的根本保證[1-2]。

1 工程概況

某醫院保健中心工程項目總建筑面積24580m2，包括主綜合樓及地下車庫、設備機房等用房。其中地上5 層，地下1 層建筑，其中地上建筑面積18122m2；地下空間總建筑面積6458m2，建筑高度23.95m。地上部分采用鋼框架結構體系，3 層屋頂花園處設置了兩榀大跨度鋼桁架，跨度為32.4m，下弦標高7.400m，上弦標高 9.500m，桁架自身高度 2.1m，上弦截面為 H300×600×28×28、腹桿為箱型截面B250×250×16，桁架上下弦均采用雙向滑動支座落于兩側鋼柱牛腿上。

2 工程重難點及解決措施

針對大跨度桁架，通過施工方案對比，為保證結構的安全性、經濟性、合理性，桁架安裝采用整體吊裝的施工方案。

工程難點及重點：

（1）對于超長、超寬或者超重的構件在運輸時需要進行分段，滿足最大運輸限制，確保運輸安全。合理的分段是保證運輸與安裝的關鍵。解決措施：對桁架進行深化設計分段，滿足桁架的最大運輸限制，分段運輸至現場后，在地面進行拼裝，然后在進行整體吊裝。桁架運輸到現場后，進行地面拼裝，桁架的安裝精度控制是桁架安裝的重點。

（2）桁架運輸到現場后，進行地面拼裝，桁架的安裝精度控制解決措施：在鋼桁架安裝前應進行預拼裝，進行整體尺寸的核實等情況，并進行桁架的仿真驗算，避免現場安裝時出現誤差等，影響安裝質量及安裝進度。在安裝過程中測量任務全程跟進，及時消除誤差。

（3）桁架安裝大部分工作都在高空進行，施工過程中整體安全防護是施工階段的控制重點解決措施：針對桁架安裝的安全要求，針對本工程成立整體安全防護組織體系，由安全組長負責現場施工安全管理。并制定施工過程安全的控制標準，在施工過程中嚴格遵守。時時對施工過程中的安全隱患予以排除。施工過程中，在操作平臺外圍設立防護欄桿，并在樓層外側設立防墜網以確保施工人員和周圍地面的安全。在吊裝區域周圍，拉設警戒線，負責專人看管，起吊時，吊臂下及吊臂的回轉范圍內嚴禁無關人員停留或通過。上下交叉作業時，中間必須設置防護隔離措施。在工廠內分段桁架進行預拼裝，采用3D 模擬預拼裝技術進行比對，矯正加工過程中出現的誤差，保證現場安裝的精度。

3 鋼桁架安裝技術

3.1 桁架分段

保健樓三層屋頂花園處設置了兩榀大跨度鋼桁架，跨度為32.4m，下弦標高7.220m，上弦標高9.350m，桁架自身高度2.13m，上下弦截面為箱型截面φ800×800×35、腹桿為箱型截面400×300×25。每榀桁架重約40.2t。考慮桁架運輸及吊裝，特將桁架分成5 段進行安裝。

3.2 桁架安裝方案

桁架分為四段，桁架單元重分別為 7.9t、8.1t、7.9t、8.1t。桁架最不利吊裝半徑為25.7m，最重為8.1t，滿足塔式起重機額定吊裝工況。桁架分段安裝搭設臨時支撐架，由于10 軸桁架。

安裝難點分析：保健樓三層屋頂花園處設置了兩榀大跨度鋼桁架，上、下弦雙層鉸支座鋼桁架的安裝是重點，傳統的加工、安裝工藝精度不夠，造成上下弦不能同步受力，達不到結構受力要求，容易造成結構安全隱患。

解決措施及安裝順序：桁架安裝采用下弦端頭預留一段，上下弦支座處分別設置承壓應力貼片，在桁架基本安裝完成后將2個后補段分別安裝在支撐架上和支座上，并用臨時碼板焊接，計算桁架自重下支座應力，待承壓應力貼片受力達到平衡設計狀態后，4 個焊工分別在兩側進行，焊接側焊縫再焊接上下平焊仰焊縫，焊接過程采用多層多道焊接，卸載完成后拆除支撐架。安裝次梁，保證桁架分段穩定性。安裝其他桁架分段。并連接桁架分段單元之間的連接耳板。最終桁架分段拼裝完成后進行校正、焊接。

3.3 支撐架搭設方案

支撐架選用尺寸1m×1m×1.5m，立柱為P89×4，水平桿件和斜撐為P63×3.5，支承在零層樓板上。桁架下表面標高為6.680m，0 層板上表面標高為0.000m，支撐架設置高度應為6.68m。支撐架下方對應截面為900mm×900mm 及800mm×800mm 規格混凝土柱。桁架安裝過程中，桁架重量及支撐架重量通過零層板傳給下方混凝土柱，然后傳給地基。使施工過程更趨安全合理。支撐架搭設示意圖如圖1 所示。

圖1 支撐架搭設

這種結構形式不僅使網架結構的跨度更上一層樓，且使結構整體性受力性效果更佳，結構自重更輕，被廣泛應用于體育類、展覽類、交通類等公共建筑中。一個合理的結構設計是要在滿足所有給定的條件（如荷載條件、邊界條件、建筑規范等）下，能達到傳力合理，經濟成本高效的設計，尤其對于這種獨立均衡系統的結構形式。

4 施工階段仿真分析

依據設計文件、圖紙以及相關技術要求，考慮結構的安全性，對該樓大跨度桁架安裝進行仿真分析。安裝過程采用臨時支撐架支撐大跨度桁架，待桁架安裝完成后，分批次對大跨度桁架進行卸載。施工階段仿真分析采用有限元分析軟件MIDAS/GEN8.7.5。

4.1 結構驗算總控信息

結構在承載力極限狀態和正常使用極限狀態下應符合下列要求：

S≤R

式中：S-荷載或作用效應；R-結構抗力。驗算構件承載力極限狀態時，應滿足：

γ0S≤R

式中：γ0-結構構件重要性系數；S-荷載或作用效應組合設計值；R-結構構件承載力設計值。

4.2 計算模型

整體結構模型如圖2 所示。

圖2 整體結構模型

4.3 荷載和荷載組合

（1）自重桁架桿件自重由程序自動統計，自重系數取1.1。

（2）荷載組合選用基本荷載組合：1.2DL。

4.4 桁架拼裝模擬分析

分析模型如圖3 所示。

圖3 桁架拼裝模擬分析模型

計算結果表明：①階段1 位移最大值為0.2mm，應力最大值為3.9MPa，應力比最大為0.16；②階段2 位移最大值為0.2mm，應力最大值為3.9MPa，應力比最大為0.17；③階段3 位移最大值為0.2mm，應力最大值為3.9MPa，應力比最大為0.17；④階段4位移最大值為0.2mm，應力最大值為3.9MPa，應力比最大為0.17；⑤階段5 位移最大值為16.2mm，應力最大值為43MPa，應力比最大為0.173。

5 結語

（1）大跨度桁架施工方案選擇合理，安全可靠，并利于施工成本的控制。

（2）根據鋼桁架構件大、跨度大的特點，采用分段吊裝技術施工，安裝精度控制精準，安全高效，比原定工期縮短10d，并確保了工程質量，同時為此類大跨度桁架結構的施工提供了一定的參考。