浅析体育场管桁架安装施工技术

浅析体育场管桁架安装施工技术

刘声辉

（福建一建集团有限公司  三明  365000）

【摘要】：管桁架结构在大型公共建筑中作为屋盖结构的应用，是先进的建筑技术之一，相对于其他建筑结构来说，大跨度悬挑式管桁架结构在建筑中的运用满足了大空间无遮挡视线的许多功能要求，并且在用钢量的减少及降低建筑成本上有着很大的优势。

【关键词】：悬挑管桁架屋盖结构    空间管桁架体系 分段制作吊装高空组装

临时支撑体   对接拼装    整体卸载

Analysis oninstallation and ConstructionTechnology of Stadium Pipe Truss

Liu Shenghui(Fujian Yijian Group Co. Ltd Sanming 365000)

[abstract]: the application of pipe truss structure as roof structure in la rge public buildings is an advanced building technology.First, compared with other building structures, the application of long span suspended pipe truss structure in the building meets many functional requirements of large space unobstructed line of sight，and has a lot of advantages in reducing the amount of steel used and reducing the construction cost.

[key words]: suspended pipe truss roof structure spacepipe truss system piecewise hoisting high altitude assembly   Temporany support   Dpcking assembly   Overall  unloading

1.项目概况

xx市体育中心工程为标准的“两馆一场”体育建设公共设施项目，占地面积92974m2，建筑面积约60000m2。其中体育场A区屋面结构为悬挑管桁架屋盖结构，管桁架位于体育场西侧，为扇形结构。屋盖结构由25榀主桁架(东西径向)+3道贯通连系次桁架(南北环向)，所组成空间管桁架体系。其中22榀悬挑桁架在混凝土结构柱的柱顶生长出22组支撑杆支撑桁架下弦，桁架后端弯折落地，落地点底座设置22个销钉支座；其中1榀ZHJ1纯悬挑桁架后端弯折落地设置1个销钉支座；最南端1榀ZHJ1a通过V字形圆管钢柱支承在二层平台；最北端1榀ZHJ26通过弯折落地的桁架支承在底层短柱顶底座上。桁架总宽40米，总长208米，主桁架底座标高5.85米，柱顶支座最高标高30.09米。桁架悬挑屋盖最大悬挑长度32.15m，桁架厚度根部3.5m，端部1.5m，桁架根部高跨比为1/9.2。主桁架之间采用次桁架连接，桁架投影面积约8800平方米。本工程桁架结构如下图所示。

2.管桁架施工准备工作

在管桁架结构的施工过程中，构件的制作场地及吊装方案的选择是整个施工技术中的重要组成部分。根据钢结构施工图纸，对管桁架结构制作、吊装方案进行优化设计是关键工作，因整榀管桁架均为“三角形”桁架构件，体积较大不便于运输，在充分考虑并结合了原材料规格、运输的各种限制的条件下，确定采用管材在工厂散件集中加工制作、防腐涂刷底漆，现场拼装焊接成桁架构件。

3.管桁架构件加工制作

3.1 原材料的选用

按照设计图纸要求，本工程管桁架主弦杆应采用无缝钢管，腹杆及上弦腹杆可采用簿壁高频焊接钢管，钢管钢材选用Q345B钢；钢材的力学、机械性能、化学成分，应分别符合《结构用无缝钢管》GB/T8162-2018、《碳素结构钢》GB/T700-2006中的规定。

弦杆应采用长管热弯，不允许采用短管拼接；腹杆不应采用对接杆；所有钢管均不得采用螺旋焊接管。钢材须满足国家标准的要求，具有抗拉强度、伸长率、屈服强度、冷弯试验和碳、硫、磷的合格保证。

3.2构件加工

3.2.1 加工分段原则

在充分考虑并结合了原材料规格、运输的各种限制以及最终确定的安装方案的基础上进行加工分段。然后根据吊装方案分段制作、分段吊装的施工技术。工厂在制作中，将弦杆对接成12m～15m长一段，对接位置上下弦不应在同一平面上，而应错开500～1000mm，加工时管件的分界面在两相邻节点的1/3处附近，且各弦杆应错位，安装时对接的间隙是两侧各占一半。

3.2.2分段的拆分应考虑如下因素：

工厂检验设备、检验控制点、隐蔽焊缝的检验等；结合焊接工艺，保证构件与节点翻身起吊后的俯焊、平焊、立焊位置；分段接口的做法（切口及坡口）；分段连接的板件设置；立拼或卧拼的确定、分段接口的做法，以避免仰焊；依据图纸开出构件“产品编号发货清单”

4.现场拼装和安装

4.1.管件产品验收核对

依据“产品编号发货清单”和图纸，对运输到现场的管件逐件清点，按构件分类堆放，并核对产品的名称、标记、数量、规格等内容。

4.2.主桁架地面拼装

4.2.1.管桁架构件胎架制作

管桁架构件类型总体分三种：一种是墙身柱桁架、一种是主梁桁架、一种是次梁桁架。按照桁架构件制作图纸，首先根据桁架尺寸形状加工制作好不同桁架类型构件胎架模型如图1，主桁架及次桁架都为三角桁架，桁架的拼装都在现场进行；然后采用25t汽车吊配合下进行拼装如图2，根据桁架分解示意图确定桁架的装配顺序为：先上弦杆→腹杆→下弦杆→斜腹杆；最后在胎架上陆续焊接组装一榀榀管桁架构件，对已做好的构件进行标记轴线位置号。

现场胎架拼装1

现场桁架构件拼装2

4.2.2.管桁架成品构件验收

对已焊接好的每个桁架构件，根据《钢结构工程施工规范》(GB50755-2012)、《钢结构焊接规范》(GB50661-2011)、《焊缝无损检测超声检测技术检测等级和评定》(GB/T 11345-2013)、《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001)进行焊接质量检查，对所有的拼接全熔透焊缝，桁架的上/下弦杆相贯节点焊接及其余的剖口焊缝质量等级均为二级，其余焊缝质量等级为三级均必须符合要求。

5.管桁架结构安装

根据施工方案，采取现场整体拼装焊接、整体吊装。工程分25榀主桁架和82榀主桁架之间的连接次桁架，其中主桁架分为两部分吊装，从5.85m标高至20.274～30.09m标高，为主桁架墙面段分为一段，此部分采取地面拼装后在体育场西立面外部吊装。主桁架梁悬挑段分为另一段，此部分桁架采取地面拼装后在体育场东立面内部吊装。主桁架梁吊装后采用格构柱胎架临时支撑，吊装主桁架的同时吊装主桁架之间的连接次桁架及系杆，保持结构的整体稳定性，在桁架吊装并焊接完成后再采取整体卸载，桁架卸载采取千斤顶卸载方式。

5.1.安装前的准备工作

5.1.1.轴线的验线及复测

根据图纸的定位轴线及提供的水准点(二级以上)，用水准仪进行闭合测量，并将水准点测设到附近建筑物不宜损坏的地方，或测设到建筑物内部，但要保持视线畅通，同时应加以保护。

复测完成后，测放支座节点的轴线位置与标高及主桁架定位轴线和定位标高，对定位轴线进行验线，做好标记记录，并做好保护。

5.1.2.安装辅助材料的准备

钢结构安装工程的辅材材料为焊接材料、氧气、乙炔、动力用料、安全维护设施及吊装索具等，确保机械设备的完好率，确保整个工程的质量、安全和进度。所有的结构用材，都必须在材料进场前做好必要的材料复验和技术参数确认工作。

5.2.管桁架结构的安装

5.2.1.管桁架吊装路线

根据吊机的起重性能，结合现场场地和工程特点，将屋顶主桁架分为两部分，都在地面拼装成一个整体，然后用180吨履带吊整体吊装完成。其中主桁架ZHJ-1～ZHJ-26墙身段桁架，采用在结构外围西侧场地吊装，悬挑梁桁架在结构东侧场地吊装，悬挑部分梁架采用钢格构柱进行临时支撑、定位。管桁架吊装路线布置如图3。

5.2.2吊装顺序布置

吊装顺序按照轴线采取定向扩散安装法，即2→3→4→1→5→6…25→26和墙身架→悬挑梁架→及其之间的次桁架、连系杆吊装依次顺序吊装完成。吊装顺序布置如图4、5。

第一步：2轴线～4轴线之间的主墙身桁架吊装；

第二步：2轴线～4轴线之间的系杆吊装；

第三步：2轴线～4轴线临时支撑吊装、悬挑主桁架梁吊装；

管桁架吊装路线布置图3

吊装顺序及临时支撑点布置图4

吊装顺序布置图5

第四步：2轴线～4轴线之间的次桁架、系杆；

第五步：1轴线主桁架墙身段、悬挑梁段、次桁架、系杆、支撑吊装；

第六步：4轴线～26轴线主桁架、次桁架、系杆、支撑依次吊装，整个管桁架体系完成效果图如图6。

第七步：钢结构卸载

钢桁架在主桁架及相连次桁架吊装合拢完成并焊接检查合格后进行卸载，按计算卸载高度逐步卸载，卸载完成后拆除临时支撑柱。

整体管桁架体系完成效果图6

6.现场卸载方案

悬挑梁管桁架采用在每个管桁架梁离末端1/3处设置临时支撑体系、在临时支撑搭设前，必须进行严谨的全过程施工工况模拟计算分析，根据计算结果科学合理的设置支撑点，每个临时支撑选择采用塔吊标准节支架及在支架顶端四角斜拉缆风绳地锚固定。对支撑体系卸载过程中，结构受力体系发生根本变化，是由临时支撑受力转换到结构自身受力平缓、安全过渡的重要环节，在施工中应周密细致的组织管理，通过采用计算机控制液压千斤顶系统进行逐圈同步分级卸载。

6.1.工艺流程

结构施工验收→卸载前施工准备→非卸载点千斤顶下降→预卸载→正式卸载一个行程→检查各项情况并记录→卸载过程中构件应力、支撑体系位移监测→进行下一行程卸载→逐级完成最终卸载

6.2.卸载施工步骤

6.2.1卸载过程组织及人力安排

1、卸载由总指挥统一指挥，采用对讲机。对每个卸载点千斤顶均需划出下移刻度线（每格5mm），严格控制千斤顶下降行程。

总指挥负责现场统一指挥，一次卸载5mm。现场操作管理人员按区域划分，每个卸载点设二名操作人员，管理人员每人负责2—3个卸载点，各自对责任区内的卸载点进行观测，如有问题及时与指挥人员联系。卸载过程中对应力比较大杆件的焊缝进行重点监测，设置监测总控制中心，集中实时监测相关杆件应力、位移，为整个卸载过程的决策提供真实有力的数据。

2、卸载之前对所有参加卸载的管理和操作人员进行技术、质量、安全交底，保证卸载的精度和施工人员的安全。对所有参加卸载的施工人员提前进行模拟训练。即由现场总指挥统一指挥，规定下降速度，所有施工人员按照口令在各自的区域进行千斤顶的模拟下降。

3、卸载前对所有节点、卸载点千斤顶及支撑平台逐个检查，千斤顶重点检查规格及行程是否能够满足要求。为防止意外情况发生时千斤顶弹出伤人，事先将千斤顶绑固主体钢结构上。

4、支撑点反变形措施

为保证支撑点受力均匀，需要在卸载千斤顶顶面节点之间垫一块厚20mm、300*300mm的钢板。

5、在卸载前将非卸载点部位千斤顶高度下降20mm，观察24小时，无异常情况后拆除。

6.3.预卸载

为能够进一步了解承重结构的变化情况，在卸载前一天进行预卸载，千斤顶行程5mm，预卸载完毕后对卸载部位承重架的变化情况，千斤顶的下降高度，结构焊缝的质量情况及屋架挠度的变化情况进行一次全面的检查。各项检查合格无误后，才可进行正式卸载。

6.3.1.同步等距卸载

卸载时采用同步等距的方法，每个卸载行程为5mm，事先要在千斤顶上用油漆喷涂5mm间距格，卸载时统一指挥操作人员每次下降一格，卸载操作；

卸载做到同步性，且在一个行程完毕后，各个工位操作人员应该通知指挥员。监测确认监测杆件应力、位移无异常后，通知总指挥，再统一进行下一个行程的卸载。

6.3.2.检查各项情况并记录

在每一个卸载行程完毕后，各个工位操作人员应对各项目重新检查无误后，记录卸载过程控制资料，等候进行下一行程卸载，直至卸载全部完成。

本工程大跨度管桁架结构采用构件分段制作、分段吊装高空组装，利用支撑胎架临时支撑技术，较好的完成了安装和卸载任务，屋架下扰位移变形符合设计要求，降低了施工成本，提高了安全性及施工效率，取得了较好的经济效益，为以后类似工程的施工提供一些经验。

作者简介：刘声辉  男  1969.04  大专  高级工程师  福建一建集团

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