大跨度钢桁架屋盖施工技术研究及应用

大跨度钢桁架屋盖施工技术研究及应用

王彬彬

上海建腾建筑工程监理有限公司 上海 200000

【摘要】近年来，随着建筑行业的发展，工程中越来越多的运用各种非常规的结构，大跨度钢结构就是一种非常优秀的结构形式，主要优点是可以提供开阔的空间，同时又有良好的支撑性能。本文主要对某校体育馆大跨度钢结构屋面的吊装过程进行全面详述，分析施工过程中的注意事项，为类似工程提供参考

【关键词】大跨度：管桁架：钢结构吊装 

1、工程概况

1.1、地理位置

本工程嘉定马陆27-2地块学校工程位于上海市嘉定区嘉定新城马陆社区，西至永盛南路，南至崇教路，东至康年路，北至崇福路。毗邻已建成的峻丰玲珑坊西苑及佳兆业壹号。

1.2、建筑结构概况

本工程项目包括1#楼小学部、2#楼文化中心、3#楼中学部、4#楼综合楼，5#楼垃圾房、6#楼连廊，7#门卫，室外道路广场、运动场地、绿地、室外管线，围墙等配套设施，建设用地面积46166㎡，总建筑面积42428.97㎡，其中地下车室建筑面积4389.17㎡，地上建筑按面积38039.80㎡，建筑占地面积13322.03㎡，容积率为0.83㎡，绿地率35%，机动车停车位154个，非机动车停车位233辆，班级规模为45班。

1.3、钢结构概况

本工程4#楼体育馆结构形式为装配整体式框架及屋面大跨度钢桁架。结构平面尺寸为49.6m*43.6m。钢结构主要集中于屋面桁架体系，总用钢量约为218吨，屋盖由41榀管桁架组成，桁架跨度40米。屋盖钢桁架主要由ZHJ-1、CHJ-1、CHJ-2、CHJ-3组成，四种规格的桁架外型尺寸各不同，单榀主桁架最重约为19.21吨。

2、工程难特点

2.1体量大、工期紧

本工程工期工期紧，施工任务繁重，钢结构屋盖尽早完成是保证后面系统以及室内场馆施工的有力保证。

应对措施：合理安排钢结构分区流水作业，多工作穿插同步施工。

2.2跨度大、吊装难度大

本工程结构平面尺寸为49.6m*43.6m，最重的主桁架19.21吨，跨度为40m。需要使用400t汽车吊、塔吊、50t汽车吊协同配合吊装。

应对措施：合理选用吊装机械，场地布置、劳动力安排等统一策划，做到每一个施工过程有条不紊。构件在工厂加工，现场进行拼装，然后整体吊装。

2.3节点复杂、施工精度要求高

屋盖桁架结构特殊，屋顶桁架与预应力桁架的结构形式相似，但下弦没有预应力。

应对措施：施工时考虑下弦设置多点支撑，上弦在各支柱设置临时支撑，在保证结构安装几何精度的同时，对结构进行验算，确定各点预拱值，保证安装精度。

3、钢桁架吊装技术

3.1、施工总体部署

3.1.1总体施工流程

图纸深化→原辅材料备料→钢材预处理（矫正、除锈、涂装）→计算机放样→构件加工→编号打→自检合格→工厂堆放→平板汽车运输到工地→ 构件进场检验→构件转运堆放→矫正→预埋件检查、安装、矫正→主桁架拼装、吊装→次桁架安装→钢架安装→檩条安装→屋面板安装

现场吊装将采取“分区域整体提升”施工方案，该方案有利于扩大拼装作业面，与常规的吊装作业相比，大大的减少了高处作业带来的安全隐患，又提高了工作效率，因为大部分工作都是在地面上进行的。

第一步：根据现场条件，本工程的总体施工方向为E-4→E-10轴（北→南），先在地面拼装主桁架，整体拼装主要机械采用50t汽车吊，拼装完成后再用400吨大型汽车吊进行整体吊装。

第二步：主桁架吊装的同时，主桁架之间的次桁架也跟进吊装，使主、次桁架连接牢固形成整体，能确保主桁架的稳定性和安全性防止倾斜。

第三步：当主次桁架全部吊装完成后，再进行桁架上的钢架吊装，并完成焊接拼装。

第四步：待整体钢架吊装完成后，最后安装屋面的Z型檩条。

3.1.2钢结构安装准备工作

①场地准备

施工现场需要做好三通一平。由于构件车辆重量比较重，因此临时施工道路采用钢筋混凝土硬化，其做法为：路基压实，铺100mm碎石垫层， 200厚C30硬化（内配Ø10@100单层双向）。场内道路沿号楼四周贯通。

②钢结构进场验收

构件进场时做好材料的验收工作，有缺陷的提前处理，问题严重的需做退场处理，确保最后安装的钢构件质量合格。

③构件标识

统一对钢构件进行编号，有序堆放，这样才能保证后续的工作有序进行。

3.2、不同工况下吊装机械选择

本工程4#屋面桁架长49.6m,宽43.6m，采用钢管桁架主次梁结构，纵向为三角桁架。横向为常规桁架，主桁架间距为8m，次桁架间距为8m，主次桁架高度相同，弦杆腹杆均采用管钢管，屋面由Z型檩条组成。

如何选择施工机械是整个施工过程的重点，结合构件特点和场地状况：构件的重量、构件的位置高度、现场影响吊装的构建筑物，决定使用400t汽车吊、50t汽车吊以及塔吊进行吊装。

①单榀主桁架最重的重量是19.21t，现场的塔吊无法满足主桁架吊装的需要。根据场地情况及工况验算，采用400t汽车吊进行吊装。

400t汽车吊吊装性能验算：400t汽车吊停放在4#楼东侧施工便道及硬化场地上，汽车吊全伸支腿作业，站位下铺设双层路基箱。由平面位置可知，5根主桁架的中心线距离汽车吊停放位置34m，最重的主桁架为19.21t，吊具按300kg计算，总重=19.21+0.3=19.51t。根据400吨汽车吊性能参数可知，带超起的状态下，汽车吊在36m半径范围内的最小起重量为22.4t，负载率87.13%＜90%，可以满足主桁架的吊装。注：汽车吊需根据要吊的主桁架的位置及时进行南北方向停放位置的调整。

②主桁架安装时，次桁架需要及时配合安装，考虑到重量都不大，现场塔吊就能满足吊装需要。塔吊工作范围内，所有的次桁架、钢梁、屋面钢架全都使用塔吊进行安装。

③部分构件位置处于塔吊工作范围之外，考虑现场条件经过计算，使用50t汽车吊吊装剩余构件。

3.3、吊装关键技术

3.3.1胎架安装技术

胎架安装流程：桁架拼装胎架制作——胎架验收合格——第一榀桁架上料——拼装——尺寸报验——合格——焊接——焊后校正——打磨——UT检查——检验合格——下胎架——根据实际情况调整调整胎架上定位挡块以满足下一榀桁架拼装需要——重复以上步骤。

胎架布置在硬化地坪上，其基础做法为：路基压实，铺100mm碎石垫层， 200厚C30硬化（内配Ø10@100单层双向）。在设置胎架时，需要根据坐标先布置型钢和平台，再进行位置、高度的复核验收。胎架设置好后必须保持稳定并设置沉降观测点，及时观察有没有发生沉降变化，确保后续的拼装焊接工作的安全。

由于本工程主桁架结构形式为三角形管桁架，且每榀桁架均不一样，因此一个胎架模型只能拼装一榀桁架，但因其几何尺寸偏差不大，所以可以考虑把胎架两边的型钢放到一个合适的间隙，达到只依靠上面焊接钢板来调整胎架尺寸。

3.3.2主桁架吊装技术

根据总体方案，纵向主桁架在地面拼装，然后采用400t汽车吊整体提升的方法，分区域提升。

故纵向主桁架的安装，即其在地面拼装，上弦、下弦支撑间距2米,上弦标高根据施工图纸主、次桁架定制胎架标高,具体坐标见图纸,其拼装示意图如下：

桁架在现场拼接完成后，再进行起吊。

起吊前需要进行试吊，将构件吊起100mm-200mm立即停止,观察稳定后才能继续吊起，主要是看吊索具和汽车吊的稳定性。构件的两端绑好牵引绳派专人来调整方向。当构件底吊至高出支座牛腿面200mm时，通过牵引绳慢慢调整位置，直到与基准线对齐后才能缓慢放置到牛腿上，两端拉揽风绳，防止倾斜。

3.3.3次桁架吊装技术

本工程次桁架吊装时应注意其拼装精度的控制，次桁架的吊装使用塔吊和50t汽车吊配合进行吊装。

主桁架吊装就位后立刻进行支座处螺栓固定，再进行次桁架的吊装，次桁架两端螺栓固定稳定后方可松开主、次桁架的吊钩。

3.3.4 焊接施工技术

本工程构件之间的焊接主要是相贯焊接。在焊接时，为了防止扭转变形，必须从中间向两侧对称地跳跃焊接。同一根管子上的焊缝要逐一焊接，不得同时焊接两条。

3.3.5高强螺栓施工技术

施工前要有试验报告，要提前对接触面进行清理，特别是油污、油漆等。

连接高强螺栓时，不能用锤子敲打，使用的冲钉和临时螺栓必须在各节点上穿孔螺栓总数的1/3以上。高强度螺栓与普通螺栓不能混用。螺栓安装的方向要统一，构件的位置调整准确后才能安装螺栓柱，注意垫圈必须装在有螺母的那一侧。当碰到构件螺栓孔位置有偏差无法穿入螺栓时，要及时修整。修整使用铰刀进行铰孔，为防止铁屑污染板缝，需要等周围的螺栓拧紧后再进行铰孔。铰孔后要及时清理毛刺。

节点安装时，一般是先安装临时螺栓，可以根据整体的情况及时调整位置，位置无误后开始更换成高强螺栓。高强螺栓要先进行初拧，一般是紧固到60%-80%，初拧后可把下一个临时螺栓更换成高强螺栓。等全部的高强螺栓就位后，统一进行终拧。整体顺序是由内向外逐一进行紧固。

高强度螺栓触点紧固完成后，应立即关闭，防止水分进入摩擦面，在连接板、螺钉、螺母、垫圈周边涂上底漆封闭。

4、关键注意事项

4.1吊装技术注意事项

场地布置、材料堆场、机械设备行走路线、吊机站位等都需要明确，对影响吊装作业的建构筑物、缆风绳等应采取针对性的保护或避让措施，确保吊装作业半径内无障碍物。

需探查场地地基情况，确保无不良地质影响承载力。

吊装过程中先进行主桁架吊装就位，支座处螺栓固定完成，再进行次桁架的安装连接，次桁架两端螺栓固定、检查稳定后，方可松开次桁架的吊钩。待主桁架相连的次桁架全部固定稳定之后，方可松开主桁架的吊钩。

4.2吊装及焊接质量注意事项

为了减少现场焊接量，尽量采用工厂焊接。在运输条件允许的情况下，尽量整体运输减少分段。原则就是能在工厂加工的构件、设备尽量利用工厂的自动化生产。

构件进场时需携带合格证明材料，现场应根据材料的清单核对进场的构件，并检查产品合格证和设计文件。同时，需要做好检查验收工作，没有相关合格证明材料或不满足设计要求的构件需立即退场或者小的质量问题现场处理。必须在吊装前处理完成，不合格的材料不得使用。

要注意焊接工作的规范性，做到连续施焊分层焊接。焊接施工时要及时进行缺陷检查修整，前道焊缝检查清理完成后才能进行下道焊缝的施工。焊接施工完成后要注意观察外观质量，合格的构件要在规定的部位做好标记，不合格的需及时打磨处理。出现焊缝裂纹不得私自进行处理，必须查明质量问题的原因，制定完善的修补方案后现场才能进行处理。焊接施工完成后，及时清理场地。

4.3吊装安全注意事项

吊装作业前，技术人员应对作业人员进行详细的技术交底，明确作业方法、作业要求、安全措施等；特种作业人员应持证上岗。

严格控制吊机吊装作业半径，施工现场应划定吊装作业安全区域，并设置警戒线和相关的安全标志，非作业人员不得进入施工现场。

大型吊装设备、吊索具进场应验收，合格后方可吊装作业；正式吊装前，应进行试吊。

5、结语

本工程大跨度钢桁架屋盖吊装施工中，钢构件在地面进行拼装，然后利用汽车吊、塔吊同步配合吊装，成本低效率高，同时施工质量安全又得到有效的保证，具有良好的推广价值。

作者简介：王彬彬，上海建腾建筑工程监理有限公司，总监理工程师。

通讯地址：上海市嘉定区嘉戬公路301弄35号

参考文献：

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