談桁架結(jié)構(gòu)拼裝及安裝技術(shù)

楊金麗，辛明剛

1.中國(guó)二十二冶集團(tuán)有限公司海外工程分公司，河北 唐山 064000

2.中冶時(shí)代置業(yè)有限公司，北京 100015

1 工程概況

本工程為會(huì)議中心鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)的拼裝及安裝工程。其中會(huì)議中心分東西兩部分，中間為大劇院。會(huì)議中心兩部分相互對(duì)稱，每側(cè)會(huì)議中心分為：橫軸向?yàn)?-13軸，縱向軸線為3E-3N-3Q，3E-3N距離約為30.2m～34.8m；3N-3Q距離約為8.1m～8.2m，3E、3Q外側(cè)分別懸挑。每一部分結(jié)構(gòu)形式為：主桁架13榀，鋼管柱65支。每榀桁架重約13.5t，長(zhǎng)度為52m～57m不等，材質(zhì)為Q345C，結(jié)構(gòu)形式為桁架結(jié)構(gòu)，上弦為方鋼管□220mm×220mm×12mm，下弦為方鋼管□240mm×220mm×18mm，上下弦連接桿件也為方鋼管。65支鋼柱分為11支直柱，4支抗風(fēng)柱，44支斜柱，6支斜撐柱。每支柱重量為：直柱每支1.13t，抗風(fēng)柱每支5.8t，斜柱每支0.85t，斜撐柱每支2.8t。會(huì)議中心鋼結(jié)構(gòu)共計(jì)約800t。主桁架制作完成后每榀分成三片運(yùn)輸?shù)桨惭b現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝，每相鄰兩榀桁架再組裝成一單元，每一單元重40t，使用一臺(tái)160t液壓吊車和一臺(tái)250t履帶吊同時(shí)吊裝進(jìn)行安裝作業(yè)。

安裝現(xiàn)場(chǎng)地面標(biāo)高▽-3.00m，基礎(chǔ)埋件標(biāo)高▽12.00m，即▽12.00m平臺(tái)以下為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，▽12.00m混凝土平臺(tái)以上為鋼結(jié)構(gòu)。

2 會(huì)議中心主桁架的現(xiàn)場(chǎng)拼裝方法

由于主桁架長(zhǎng)度在52m～57m之間，整體運(yùn)輸難度太大，在制作時(shí)每榀桁架分成三節(jié)進(jìn)行制作，運(yùn)到安裝現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行拼裝?？紤]到主桁架跨度大，3E軸線每榀主桁架帶4根斜柱，斜柱柱頂及柱腳聯(lián)結(jié)方式均為鉸接，單榀安裝時(shí)在保證安裝精度的前提下無(wú)法對(duì)其進(jìn)行有效固定，所以安裝時(shí)采取相鄰桁架組裝一整體單元進(jìn)行吊裝，這樣每一單元安裝后與柱有四點(diǎn)連接，形成穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)，既保證了安裝精度，又達(dá)到了安裝的安全要求。一單元包括主桁架兩榀；桁架間上下弦全部水平支撐及次桁架全部，拼裝完成后一單元重40t。

拼裝時(shí)為了保證拼裝質(zhì)量，需要在3E軸線外側(cè)搭設(shè)拼裝平臺(tái)，拼裝平臺(tái)需要2個(gè)，東西兩處會(huì)議中心每處各搭設(shè)一個(gè)拼裝平臺(tái)，每個(gè)平臺(tái)寬8m，長(zhǎng)45m，使用材料為HN400×200×8×13共計(jì)45m×2 = 90m，∠200×18角鋼共計(jì)8m×19×2=304m，-20mm厚鋼板8×40 = 320m2×2 = 640m2，拼裝平臺(tái)材料共計(jì)約50t。

主桁架的拼裝：三段桁架按照制作分段標(biāo)記在拼裝平臺(tái)上平放進(jìn)行拼裝，拼裝時(shí)按照制作時(shí)的定位尺寸線對(duì)接口處曲率半徑進(jìn)行調(diào)整，再按照制作時(shí)接口要求進(jìn)行接口，拼裝完成后使用樣板對(duì)上下弦的曲率半徑進(jìn)行校正、調(diào)整，滿足設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行接口焊接，拼裝接口按照制作接口形式進(jìn)行焊接。兩榀主桁架接口焊接完成后，使用兩臺(tái)25t液壓吊把兩榀主桁架吊起垂直放置，采用∠200*18角鋼進(jìn)行支護(hù)，臨時(shí)穩(wěn)定牢固。拼裝時(shí)主桁架定位點(diǎn)為桁架在拼裝平臺(tái)上垂直放置時(shí)的最低點(diǎn)，即3E軸線點(diǎn)及3N軸線往外（3N至3Q方向）3m點(diǎn)，計(jì)算出各桁架的各定位點(diǎn)尺寸。

支護(hù)時(shí)采用∠200*18角鋼及H型鋼HN400×200×8×13，每榀桁架支護(hù)4點(diǎn)，共計(jì)使用∠200*18角鋼100m，HN400×200×8×13共計(jì)64m。最后安裝上下弦水平支撐，按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行焊接，整體焊接完成后進(jìn)行焊縫的檢測(cè)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行吊裝。由于每一區(qū)主桁架為13榀，拼裝時(shí)每組單元為兩榀，共計(jì)需要12榀拼裝，剩余1榀單體安裝，考慮到安裝順序，單體安裝的桁架選擇9軸線桁架。

拼裝工藝流程：胎架制作安裝→桁架整體拼裝定位→校正、檢驗(yàn)→焊接、焊縫UT檢驗(yàn)→焊后校正→涂裝→檢驗(yàn)合格。

3 會(huì)議中心鋼結(jié)構(gòu)安裝的主要施工方法

3.1 安裝施工前準(zhǔn)備

1）基礎(chǔ)驗(yàn)收

安裝前先進(jìn)行基礎(chǔ)的檢查驗(yàn)收工作：包括基礎(chǔ)表面質(zhì)量、中心定位尺寸線、標(biāo)高等，并做詳細(xì)的驗(yàn)收記錄。

基礎(chǔ)安裝放線：按照設(shè)計(jì)圖紙要求在基礎(chǔ)表面上放出主桁架縱橫向中心線，并進(jìn)行校對(duì)，對(duì)支座埋件標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè)，對(duì)不符合要求的進(jìn)行修改，達(dá)到施工要求。

2）場(chǎng)地的平整及清理

對(duì)大型吊車站位及行走的場(chǎng)地進(jìn)行平整、夯實(shí)，平整時(shí)使用沙子、石子混合鋪在吊車行走路線上，墊層厚度500mm，達(dá)到大型吊車的使用要求，拼裝平臺(tái)與基礎(chǔ)邊緣10m范圍內(nèi)，長(zhǎng)度100m，道路平整夯實(shí)，大型吊車吊裝作業(yè)時(shí)在吊車4個(gè)壓腳處每處墊一張-30mm×2000mm×8000mm鋼板，以保證吊車的安全起吊，共計(jì)需要8張鋼板。另外東區(qū)會(huì)議中心基礎(chǔ)東側(cè)道路也應(yīng)進(jìn)行平整、夯實(shí)，以保證大型吊車的道路通暢。對(duì)▽12.00m平臺(tái)上雜物清理干凈，以方便安裝。

3）在▽12.00m平臺(tái)四周及臨邊孔洞四周進(jìn)行安全防護(hù)

使用腳手管做臨時(shí)欄桿，欄桿高度1.2m，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)欄桿要求。

3.2 安裝方案

1）東西區(qū)安裝順序：考慮到11軸線安裝單元與大劇院之間間隙狹小，13軸線安裝單元從拼裝平臺(tái)吊到安裝位置時(shí)難度較大，安裝順序定為，從1軸線開(kāi)始安裝，安裝4個(gè)單元后再?gòu)?3軸線開(kāi)始安裝2個(gè)單元，9軸線單體桁架最后安裝。

吊裝前先安裝3N軸線直柱，在3E軸線斜柱內(nèi)側(cè)每榀桁架下方分別做一臨時(shí)支架，桁架安裝就位時(shí)，3N軸線按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行就位焊接，3E軸線一側(cè)坐落于臨時(shí)支架上。

臨時(shí)支架的放置：臨時(shí)支架放置時(shí)，支架中心線位置為主桁架軸線位置，▽12.00m混凝土平臺(tái)主桁架軸線處正好有混凝土承重梁，對(duì)支架底部受力起到支撐作用，以防止支架受力時(shí)破壞混凝土平臺(tái)，達(dá)到穩(wěn)定要求。支架放置位置利用實(shí)際放樣尺寸確定，并把支點(diǎn)標(biāo)高調(diào)整好，使得桁架坐落于支架上時(shí)控制標(biāo)高即為安裝標(biāo)高。

2）主桁架單元的安裝：主桁架安裝時(shí)，結(jié)合安裝現(xiàn)場(chǎng)施工條件，采用兩臺(tái)吊車（一臺(tái)160t液壓吊，一臺(tái)250t履帶吊）進(jìn)行同時(shí)吊裝，對(duì)拼裝好的桁架單元進(jìn)行整體吊裝，每組單元安裝時(shí)3N軸線處與直柱連接牢固，3E軸線側(cè)先放置到臨時(shí)支架上，對(duì)柱頂標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè)，如不能滿足安裝要求，則利用吊車進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整好此處安裝標(biāo)高及桁架安裝軸線后，安裝3E軸線斜柱。

拼裝平臺(tái)上的桁架單元拼裝焊接完成后，使用250t履帶吊站位于3E軸線外側(cè)，單車把拼裝完成的桁架單元先吊到▽12.00m平臺(tái)上，吊車參數(shù)如下：

采用回轉(zhuǎn)半徑米16m，桿長(zhǎng)42.7m，最大起重量56.7t，折減安全系數(shù)取0.85，56.7t×0.85=48.2t，再扣除吊鉤等重量約5t，最后使用有效起重量43.2t，滿足使用要求。具體見(jiàn)吊車性能表。

桁架單元到達(dá)▽12.00m平臺(tái)上時(shí)重心點(diǎn)進(jìn)入平臺(tái)邊緣6m，按照吊裝位置250t履帶吊站位于3E軸線外側(cè)，160t液壓吊站位于3Q軸線外側(cè)，采用兩臺(tái)吊車同時(shí)起吊安裝，安裝時(shí)吊車懸掛全配重。吊車參數(shù)如下：

使用160t吊車采用回轉(zhuǎn)半徑為20m，桿長(zhǎng)43m，最大起重量18.5t，折減安全系數(shù)取0.85，18.5t×0.85=15.7t，再扣除吊鉤等重量3t；使用12.7t起重量。

使用250t采用回轉(zhuǎn)半徑20m，桿長(zhǎng)48.8m，最大起重量42t，折減安全系數(shù)取0.85，42t×0.85=36t，再扣除吊鉤等重量5t，使用31t起重量。

兩車有效起重量43.7t，滿足使用要求。

按照拼裝順序先安裝東區(qū)第一組桁架單元，3N軸線處坐落于直柱上后焊接牢固，3E軸線處坐落于臨時(shí)支架上，達(dá)到安全穩(wěn)定后再進(jìn)行摘鉤作業(yè)，使用25t液壓吊進(jìn)行3E軸線斜柱的安裝及3Q軸線斜柱的安裝。摘鉤后吊車到達(dá)西區(qū)使用同樣的方法進(jìn)行西區(qū)桁架單元的安裝。最后使用0.5t卷?yè)P(yáng)等輔助設(shè)施進(jìn)行桁架間的零部件安裝。

3）9軸線單榀桁架的安裝：9軸線單榀桁架安裝時(shí)，先在拼裝平臺(tái)上對(duì)桁架進(jìn)行拼裝，利用制作時(shí)的定位尺寸線對(duì)拼裝好的桁架進(jìn)行校正。滿足安裝要求利用250t履帶吊先放置到▽12.00m砼平臺(tái)上，再利用250t履帶吊站位于3E軸線外側(cè)，采取回轉(zhuǎn)半徑36m，桿長(zhǎng)48.2m，最大起重量19.2t，安全折減系數(shù)取0.85，安全使用起重量19.2×0.85=16.3t，滿足吊裝要求?？紤]到主桁架跨度大，單車吊裝時(shí)主桁架在空中穩(wěn)定性差，3Q軸線外側(cè)使用25t液壓吊利用小鉤吊一點(diǎn)對(duì)桁架進(jìn)行穩(wěn)定就位。就位后此榀桁架兩側(cè)利用檁條進(jìn)行于桁架單元的聯(lián)結(jié)，牢固后摘鉤。

4）吊點(diǎn)的選擇：250t履帶吊車使用吊點(diǎn)為四點(diǎn)，160t液壓吊使用吊點(diǎn)為兩點(diǎn)，按照每臺(tái)吊車的額定起重量選擇吊點(diǎn)位置，直接鎖到主桁架上弦上，必須選擇節(jié)點(diǎn)處。

兩車同時(shí)作業(yè)時(shí)鋼絲繩的選擇：

[P]=P破ψ修/K（ K為安全系數(shù)取8；ψ修=0.82），

[P]=31t/（4*COS300）= 8.948t

P破=[P]×K/ψ修=8.948×8/0.82=87.29t = 872.9 kN

鋼絲繩選用6×37+1，公稱直徑d=44mm

250噸履帶吊單獨(dú)作業(yè)時(shí)鋼絲繩的選擇：

[P]=P破ψ修/K（ K為安全系數(shù)取8；ψ修=0.82），

[P]=40t/（4*COS300）= 11.547t

P破=[P]×K/ψ修=11.547×8/0.82=112.65t =1126.5kN

鋼絲繩選用6*37+1，公稱直徑d=48mm。

4 結(jié)論

高空、大跨度桁架在鋼結(jié)構(gòu)安裝中是高危險(xiǎn)作業(yè)，在做好充分施工準(zhǔn)備和相應(yīng)的安全防護(hù)的基礎(chǔ)上才能萬(wàn)無(wú)一失的把這項(xiàng)工作完成。要保證這項(xiàng)工程在未來(lái)的歲月里經(jīng)受信考驗(yàn)，靠得是科學(xué)的計(jì)算方法，參與人員的責(zé)任心，可靠的安裝方法。在不斷創(chuàng)新的施工經(jīng)歷中，相信科學(xué)技術(shù)，依靠科學(xué)技術(shù)，使我們的施工技術(shù)不數(shù)科技化、規(guī)范化，不斷積累和學(xué)習(xí)、不斷創(chuàng)新、不斷戰(zhàn)勝自己，才能在未來(lái)的施工中取得更大的成功。

[1]中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì).建筑鋼結(jié)構(gòu)施工手冊(cè)[M].中國(guó)計(jì)劃出版社，2004，4.

[2]貢金鑫.工程結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算方法[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，2003.

[3]周世武.大跨度鋼管桁架屋蓋整體提升施工技術(shù)[D].重慶大學(xué)，2007.

[4]周觀根，方敏勇.大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究[D]，2007.

[5]景明勇.大跨度空間鋼管結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析和施工技術(shù)[D].清華大學(xué)，2006.