福建省建甌一中“雙館”鋼結構施工桁架安裝方案研究

楊興毅

大跨空間鋼桁架結構的安裝作業是指將一系列構件或提前拼裝好的準結構單元，通過施工技術安裝到設計位置并形成最終的結構形態。鋼結構主要包括框架體系和桁架體系，框架體系的連接節點一般視為剛性節點，而桁架體系的連接節點一般視為鉸接點。桁架結構體系的拼裝施工工藝對其質量和安全性起著至關重要的作用，因此對鋼結構施工桁架拼裝方案進行研究具有非常重要的意義。文獻[1]介紹了咸陽奧體中心鋼結構工程的結構特點、鋼結構安裝施工方案、臨時支撐布置、平面管桁架地面拼裝、吊裝塊體組裝、塊體吊裝、臨時支撐體系的設置、合攏安裝、整體卸載等關鍵技術。文獻[2]設計了一種可用于不同曲率的空間雙曲桁架拼裝的胎架，達到了一胎多用，拼裝整體吊裝，節約拼裝及臨時支撐等措施成本的效果。文獻[3]對桿件端部不同剛度對其承載力和破壞模式的影響進行了數值分析研究。文獻[4]以某煤場的大跨度鋼桁架施工為案例，分析了整體吊裝施工中的主要施工流程。在結構的安裝過程中，如何在保證結構安全與構件或單元準確就位的前提下，實現施工的綠色與經濟，是當代綠色環保施工的最終目的。本文依托福建省建甌一中“雙館”項目，主要對鋼結構桁架的拼裝方案進行了研究，以期為類似的鋼結構桁架拼裝設計與施工提供借鑒和參考。

1.工程概況

建甌第一中學擴建項目配套體育運動場館（室內體育館、游泳館），位于福建省南平市建甌市。“兩館”設計主題為開枝散葉，根脈情懷，符合學校開枝散葉，桃李滿天下的寓意，也表達了對故鄉，對母校的根脈情懷。

新建的體育館建筑面積為5353m2，室內擁有一個150m 環形跑道和60m 直道，可同時容納4 個班級上體育課及大型集會；游泳館的建筑面積為2911m2，是一座25m×50m 的標準游泳館，配有恒溫水循環系統，可全年供教育教學和大型游泳比賽使用。

本工程游泳館、體育館采用空間桁架結構體系。游泳館設有25 根圓管柱，13 榀主桁架，桁架屋蓋與圓管柱相貫焊接連接。游泳館鋼柱與桁架構件均采用圓管截面，鋼柱構件截面為：P450 mm×16 mm；桁架構件截面為：P245mm×12 mm、P219 mm×12 mm、P209 mm×12 mm、P180 mm×10 mm、P114 mm×6 mm 等。屋面檁條構件采用方鋼管，截面為：B160 mm×80 mm×6 mm×6 mm；體育館桁架屋蓋與混凝土柱采用支座連接，桁架采用倒三角形式，鋼管之間采用相貫的焊接節點。體育館結構構件均采用圓管，構件截面為：P402 mm×16 mm、P377 mm×16 mm、P351 mm×16mm、P245 mm×12 mm、P219 mm×12mm、P209 mm×12 mm、P180 mm×10mm、P168 mm×8 mm、P159 mm×6mm、P114 mm×6 mm、P89 mm×6mm 等。圖1 為“雙館”整體效果圖，圖2 為“雙館”整體結構軸測圖。

圖1 整體效果圖

圖2 整體結構軸測圖

2.桁架安裝施工方案

2.1 現場安裝方案概述

典型的鋼桁架施工安裝方法主要有以下幾種：高空散裝法、分條或分塊安裝法、整體提升法、高空滑移法、整體頂升法、折疊展開安裝法、整體吊裝法、攀達穹頂施工法（Pantadome 體系）、累積提升法等[5]。本工程游泳館、體育館主要為管桁架結構，游泳館采用單片桁架；體育館部分主桁架為倒置三角形截面。主桁架截面尺寸倒三角桁架最大位置6.95 m×11.0 m。考慮到運輸條件的限制，為了提高運輸效率，計劃采用工廠散件加工，運輸至現場分段拼裝，整榀吊裝就位的方法進行安裝。由于體育館部分桁架采用預埋錨栓節點，因此桁架地面拼裝階段將支座拼裝在桁架上一起吊裝。

2.2 桁架拼裝胎架的搭設

拼接胎架考慮到分段單元自重較大，為防止產生較大的初始缺陷，影響后期的拼裝，胎架宜采用較小截面工字型鋼焊接而成，拼裝場地必須提前進行硬化處理，場地的硬度和平整度均需滿足要求后方可進行焊接操作；胎架設置應避開節點位置，即節點應交錯布置，同時應滿足焊工的焊接作業空間。胎架必須保證胎架上口水平度誤差在±1mm以內，為便于桁架整體的起吊安裝，從施工力學的角度出發，胎架的布置應嚴格按照施工圖紙，準確放樣后，進行安裝搭設，在此期間應有技術員和安全員進行監督，避免返工事故發生，需要監理驗收簽字的及時驗收簽字，嚴格履行施工的各項規范制度。為防止胎架發生不均勻沉降，應在胎架旁設置一沉降觀察點，作為平臺沉降的檢查依據。胎架截面為HN400 mm×200 mm×8 mm×13 mm，馬凳高度為0.8m，胎架之間距離為6m。胎架馬凳高度為0.8m，胎架搭設高度從地面至頂部高度為8.8m，寬度為11m，胎架之間距離為6m。

2.3 桁架拼裝方法及流程

游泳館主桁架采用平面拼裝，體育館主桁架采用立式拼裝的方式進行拼裝，詳細過程如下所述。

2.3.1 桁架立式拼裝

桁架立式拼裝流程如圖3 所示，主要操作步驟如下：

圖3 桁架立式拼裝流程圖

（1）在剛性工作平臺上畫出桁架整體線型尺寸，包括上下弦桿中心線、端部企口線；畫線時注意桁架拱度。桁架線畫好后，根據畫線設置拼裝胎架，在拼裝胎架上進行桁架拼裝，桁架支座位置下加設墊塊。

（2）安裝中間段桁架弦桿，并點焊固定。

（3）安裝桁架中間腹桿及兩端弦桿，并點焊固定。

（4）安裝桁架兩端腹桿，并點焊固定。

（5）安裝兩端桁架中間腹桿及兩端弦桿，并點焊固定。

（6）檢驗桁架的拼裝精度與誤差，對于拼裝尺寸誤差較大的應及時進行調整，使其滿足要求，檢驗合格后，進行焊接，對小誤差在焊接過程中及時進行調整，不可使誤差在焊接過程中增大。焊接完成后應及時進行焊縫質量檢測，至此一個階段的桁架拼裝完成。

2.3.2 平面桁架安裝

（1）在剛性工作平臺上畫出桁架整體線型尺寸，包括上下弦桿中心線、端部企口線；畫線時注意桁架拱度。桁架線畫好后，根據畫線設置拼裝胎架，在拼裝胎架上拼裝桁架，桁架支座位置下加設墊塊。

（2）安裝桁架弦桿，并點焊固定。

（3）安裝桁架腹桿，并點焊固定。

（4）檢驗桁架的拼裝精度，檢驗合格后，進行焊接。

2.4 桁架吊裝質量控制

圖4 為桁架吊裝拼裝現場施工圖。整榀桁架的起吊和安裝具有較高的施工難度，在具體施工時需要嚴格控制上弦距離胎架立柱的距離，確保桁架曲線變化要求；對于在拼裝中出現個別胎架垂直度偏差較大的情況，應做好測量實際數據，調整此節點數值控制；在桁架拼裝過程中會出現局部構件管徑變化，要注意胎架標高距離的實際調整；在拼裝過程中要注意對構件尺寸的復核，對于出現尺寸與圖紙不符或偏差較大的要及時上報，給出解決方案，不得擅自現場修改。地面拼裝前應對構件尺寸、外觀等進行檢查，構件變形、缺陷超出規范允許偏差時，需進行處理。并檢查高強摩擦型螺栓連接摩擦面，不得有泥沙、油污、銹斑等，摩擦面必須平整、干燥，不得在雨雪環境下作業。地面拼裝完成后采用無油枕木將桁架墊起，桁架兩側用木杠支撐，增強穩定性。然后檢查吊點，對準基準及中心線，徐徐起吊。

圖4 桁架吊裝拼裝現場施工圖

3.結語

本文通過對建甌一中“雙館”鋼桁架安裝工藝的分析，結合選取項目的特點，為項目選擇合適的施工方案、為復雜鋼桁架安裝工藝的研究提供較好的參考價值。