大跨度桁架分段吊裝技術探討

【摘要】大跨度空間結構屋面廣泛應用于展覽館、展廳和機場等大型公共建筑中，其安裝技術，仍是建筑技術研究重要課題之一。結合某航站樓工程屋面大跨度桁架工程，對吊裝過程中涉及的吊點布置以及吊裝過程中應力及撓度進行綜合性分析，確定了合理的吊點數量及吊點布置形式，針對兩種不同的吊裝方式，選擇合理的吊裝機械參數，進行兩種方案的經濟性分析，為吊裝過程提供理論依據，也為大跨度鋼結構屋面安裝技術提供了參考資料。

【關鍵詞】大跨度鋼桁架； 吊裝吊點； 方案對比； 經濟性分析

【中圖分類號】TU758.15A

1 工程概況

某航站樓工程位于長沙市中心以東約24 km的黃花機場內，航站區用地面積為126.20萬m2，總建筑面積為52.43萬m2，建筑物最大結構高度為43.300 m。該項目由F大廳及A、B、C、D、E五個指廊組成，其間由伸縮縫兼抗震縫分隔。C區指廊金屬屋面平面尺寸為386 m×（44～106） m，金屬屋面最高點標高為33.550。端部擴大頭段金屬屋面鋼結構采用正交正放四角錐網架，端部擴大頭段天窗屋面鋼結構采用平面桁架。與F區大廳相鄰的矩形段金屬屋面鋼結構采用平面桁架和三角桁架，為取得良好的建筑效果，橫向平面桁架在天窗帶區域局部轉換為實腹桿件。C指廊大跨度桁架模型如圖1所示。

2 吊裝工況分析

2.1 分段處理方法

大跨度桁架采用分段吊裝的方法進行，在合理的位置進行分段處理，以滿足運輸要求。該桁架結構主要由三角桁架、箱型梁及平面桁架組成。由于箱型梁與平面桁架對接的節點較為隱蔽，若采用高空散拼，將大大提高施工的危險性［1］，故將箱型梁節點作一次性吊裝至設計標高。構件吊裝前，需對構件重心進行分析，再確定吊索交匯點的坐標位置［2］，最后確定吊點位置及吊點數量（圖2）。

2.2 確定構件重心

TEKLA軟件不但能出具構件圖、零件及布置圖，還能提取構件的重心坐標。通過CAD圖建立桁架三維線模，分別導入TEKLA和MIDAS/GEN，在合適的地方對構件進行分段及編號。在MIDAS/GEN中建立構件的重心點。

2.3 構件吊裝工況分析

由于風荷載體系系數難以確認，構件吊裝僅考慮結構自重的影響［4］，考慮1.4倍的荷載放大系數［3］。分析采用大型結構分析軟件MIDAS/GEN進行，桁架及箱型梁采用一般梁單元建模，吊索用僅受拉單元進行模擬，吊索交匯點邊界條件定義為鉸接，約束其X、Y、Z方向位移，各方向轉角自由；吊點位置定義為鉸接，約束Z向位移，X、Y向位移及各方向轉角為自由。

選取最不利三角桁架和箱型梁節點進行吊裝工況分析（圖3）。

該段三角桁架位于與轉換桁架連接位置，跨度為37 m，在TEKLA模型中提取該段構件的重心坐標為（-12347.80，590899.34，25350.66），吊裝夾角宜為45°～60°［5］，故選擇吊索交匯位置坐標（-12347.80，590899.34，40000.00）。由圖3、圖4可知，該段桁架吊裝過程中，最大MISES應力222.18 MPa，小于Q355B鋼材屈服強度305 MPa，最大撓度為4.56 mm，低于凈跨的1/250。滿足施工過程要求。

該段箱型梁位于C-4b軸處，跨度為28 m。由圖5、圖6可知，最大MISES應力為207.41 MPa，小于Q355B鋼材屈服強度305 MPa，最大撓度15.71 mm，低于凈跨的1/250。滿足施工過程要求。

施工技術與測量技術張佳健， 倪英， 趙正杰， 等： 大跨度桁架分段吊裝技術探討

3 吊裝方案對比

為滿足擴大頭網架提升的需求，轉換桁架需先安裝，吊裝順序從C-4軸往C-12軸推進。方案一的思路是先吊裝大跨度三角桁架如圖7所示，同箱型梁連成一個穩定框架，邊吊箱型梁邊吊邊榀桁架；方案二思路是把外部桁架吊完后再進行中部箱型梁的吊裝。為方便吊裝構件吊裝順序，對桁架進行編號，如圖8所示。根據不同吊裝條件，提出兩種桁架安裝方案如表1所示［6～10］。

從表1可知，方案一最大應力出現在施工順序7，為301.41 MPa，最大撓度出現在施工順序7，為65.52 mm；方案二最大應力出現在施工順序1，為220.64 MPa，最大撓度出現在施工順序8，為47.80 mm。方案一所需的吊車規模較小，但是安裝過程需要在箱型梁底部加臨時支撐；方案二雖然所需的吊車規模較大，但是整個過程不需要考慮臨時支撐，按照施工方案二的吊裝順序考慮更為經濟。

從表2可知，方案一最大應力出現在施工順序6，大小為239.41 MPa，最大位移出現在施工順序1，為39.80 mm；方案二最大應力出現在施工順序1，為203.88 MPa，最大位移出現在施工順序1，為39.80 mm。兩種方案模擬驗算結果均滿足施工要求，方案一相比于方案二可節約吊車臺班費用，更為經濟。綜上所述，C-4軸～C-5軸桁架采用方案二，C-5～C-12軸桁架吊裝采取方案一。如圖9、圖10所示大跨度桁架吊裝完成最大應力為83.36 MPa，最大撓度為36.37 mm，均滿足現場施工要求，可待桁架吊裝完成后安裝系桿。

4 結束語

結合BIM技術進行大跨度桁架施工過程分析，對比不同吊裝方法的優缺點，提出C-4軸-C-5桁架按先吊裝邊榀桁架再吊裝中間箱型梁的方法，C-5～C-12軸安裝邊安裝桁架邊安裝箱型梁的吊裝方法，一定程度節約了施工成本。通過TEKLA軟件提取構件重心的方法，解決了MIDAS/GEN吊裝模擬的不足，具有一定的工程實用價值。

參考文獻

［1］ 王美建.大跨度輸煤棧橋鋼桁架分段整體吊裝施工技術分析［J］.工程技術研究，2022，7（21）：64-66.

［2］ 李紅喜.某民用機場大跨度異型網架結構屋頂吊裝分析［J］.中外建筑，2020（11）：174-176.

［3］ 鋼結構工程施工規范：GB50775-2012［S］.北京：中國建筑工業出版社，2013.

［4］ 李丁丁.某劇場鋼桁架屋蓋施工模擬分析［J］.施工技術（中英文），2023，52（8）：68-73.

［5］ 王海東，談虎，于波，等. 基于MIDAS在大跨度鋼桁架施工中的模擬分析［C］//《施工技術》雜志社，亞太建設科技信息研究院有限公司.2022年全國土木工程施工技術交流會論文集（上冊）.2022：575-577.

［6］ 王玥，李鐵兵，吳小婉，等.北投大廈大跨度鋼桁架綜合施工技術［J］.建筑技術，2023，54（12）：1452-1454.

［7］ 李雄坤，程芳，馬迪輝，等.大跨度鋼屋架吊裝施工合格率的影響因素研究和對策分析［J］.建筑結構，2023，53（S1）：2254-2258.

［8］ 陳勇. 大跨度管桁架屋蓋的施工全過程力學分析及研究［D］.蘇州：蘇州科技大學，2022.

［9］ 楊龍. 大跨度鋼管桁架結構施工全過程分析與監測［D］.合肥：合肥工業大學，2022.

［10］ 趙勇. 大跨度鋼桁架施工過程中桿件力學特性研究［D］.邯鄲：河北工程大學，2021.