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摘要：随着越来越多的大型场馆等公共建筑的出现，大跨度钢桁架空间结构是常用的一种结构形式，在遵循“安全、经济、方便施工”的原则下，针对体育馆桁架跨度大、重量大、质量要求高、工期紧的特点难点，不断进行方案优选与优化、计算机模拟安装及验算，采用了“地面拼装、分段吊装、空中合拢”的钢桁架安装施工技术，对类似体育场馆、大型客运站等大型公共建筑的大跨度钢桁架安装施工，有着一定的借鉴和指导作用。
关键词：大跨度；异型钢桁架；吊装施工技术
1、工程概况
湘西州文化体育会展中心位于吉首市湘西民族职业技术学院内，占地面积163亩，总建筑面积为49919.5㎡，其建设内容包含了体育馆、体育场、游泳馆、展示馆、艺术馆以及各类球场等室外附属工程，其中体育馆上部屋盖钢结构主要为弧形圆管桁架，结构形式有平行四边形、倒三角形、单片桁架，主要由两榀主桁架、次桁架、边桁架、环桁架组成。其中两榀主桁架为主骨架，为弧线形，跨越体育馆顶部，其拱脚位于体育馆外部。每榀跨度107m，净跨65m，单榀重量约88t；主桁架结构高度24.6m，拱脚结构高度2.6m；主桁架下弦杆上部设置有马道。其大跨度异型桁架空间结构施工进度对施工总进度起决定性作用。
2、施工方法
2.1建模并进行深化设计
使用CAD软件建立结构空间实体模型或使用计算机放样制图，对所有钢构桁架进行合理分段及节点深化设计，将两榀主桁架合理分成8榀桁架段，提供制造加工和安装的施工详图、构件清单及设计说明。
结合BIM 技术应用，采用Tekla软件建立三维模型，深化后的节点及各个构件的建筑信息完整记录在BIM模型上，通过BIM 技术对现场作业人员进行三维可视化交底，提高了交底信息传递的效率以及准确度。
2.2地面拼装的胎架设计
胎架应根据桁架曲线轨迹设计，沿3根弦杆的长度方向设置竖向支撑立柱，支顶标高要计入桁架预起拱值。各立柱之间设置联系梁和斜支撑，形成稳定的结构体系，经验算复核后进行搭设，搭设后要经过验收才投入使用。
2.3支座安装及支撑架的搭设
支撑架的安全性验算必须满足施工荷载、安装荷载和稳定性要求。故两榀主桁架合理深化设计成8榀桁架段，主桁架共设16个支撑架，采用标准节作为支撑架，并用螺栓与基体进行稳定连接。支撑架布置图如下图所示。
对土建施工单位提供的定位轴线及水准点进行交接复核，并做好记录。对定位控制标记进行保护。对每个支座安装坐标进行复测，发现问题及时修复，使其满足安装要求。
支撑架安全性验算计算过程如下：
支撑架最不利受力位置为靠近屋架中心的支撑架，支撑架主要承受上部钢结构拼装时传来的竖向荷载，最不利位置竖向荷载不超过300kN，按300kN进行验算。
1、支撑架格构柱力学性能参数：
L140x12
A =32.51cm2 i =4.31cm I =603.68cm4 z0 =3.90cm
每个格构柱由4根角钢L140x12组成，格构柱力学参数如下：
Ix1=[I+A×（b1/2－z0）2] ×4=[603.68+32.51×（50.00/2-3.90）2]× 4=60309.83cm4；
An1=A×4=32.51×4=130.04cm2；
W1=Ix1/（b1/2-z0）=60309.83/（50.00/2-3.90）=2858.29cm3；
ix1=（Ix1/An1）0.5=（60309.83/130.04）0.5=21.54cm；
2、格构柱平面内整体强度
N/An1=300×103/（130.04×102）=23.07N/mm2<f=300N/mm2；
格构柱平面内整体强度满足要求。
3、格构柱整体稳定性验算
L0x1=lo=20.00m；
λx1=L0x1×102/ix1=20.00×102/21.54=92.87；
An1=130.04cm2；
Ady1=4×80.00×30.00=9600.00cm2；
λ0x1=（λx12+40×An1/Ady1）0.5=（92.872+40×130.04/9600.00）0.5=92.87；
查表：Φx=0.60；
N/（ΦxA）=300×103/（0.60×130.04×102）=38.45N/mm2<f=300N/mm2；
格构柱整体稳定性满足要求。
4、刚度验算
λmax=λ0x1=92.87<[λ]=150 满足；
2.4胎架上桁架拼装
桁架在胎架上整榀拼装，桁架分段处应如何加固才能保证焊接不偏位，这是关键点。首先对桁架进行模拟拼装，桁架分段处用螺栓连接，焊接时分段接口处不焊。桁架拼装、焊接、检查验算合格后，将分段接口的连接螺栓拆除，分段倒运到安装点附近按计划位置摆放。由于桁架为拱形、截面为倒三角形，运输过程和地面放置都要合理选择吊点、支点和相应的稳固措施，以免桁架变形、受损。
2.5大跨度异型钢桁架空间吊装技术工艺
2.5.1大跨度异型钢桁架空间吊装
a桁架分段吊装采用130吨汽车吊进行吊装，吊装吊点采用四点吊。现场最重构件为ZGHJ-1单榀重约176t分段平均每段约20t，最重构件约24t，吊装机械最大考虑37米主臂，吊装半径选择14-16米，该吊车吊重能力在27-24.8t；能够满足现场所有重大构件吊装要求。附吊车性能参数表如下；
b桁架分段吊装就位通过下部临时支撑及结构柱进行定位控制，分块就位时先与框架柱进行连接固定，然后与临时支撑控制点进行固定，定位过程中，通过临时支撑上设置的限位板和千斤顶进行调节，保证就位偏差和标高偏差，调整桁架安装精度符合要求后与支撑、结构柱等焊接固定。
c桁架结构安装过程中，全程采用全站仪进行跟踪测量，测量过程中发现安装误差超过设计值时，应及时进行结构安装精度调整、校正，纠偏要及时防止安全、质量事故发生。
d安装桁架时在每个桁架分段点的位置使用L140×12mm角钢焊接成截面1200mm×1200mm的格构支撑架，每个钢格构柱的受力为20吨，在两个钢格构柱之间用5根5m长[250的槽钢与钢格构柱焊接搭设安装平台。
大跨度异型钢桁架安装图
2.5.2大跨度异型钢桁架高空对接措施
桁架在地面拼装好后，吊装到高空进行对接。吊装时，首先对第一榀桁架进行测量定位，设置两组缆风绳进行临时固定，吊装第二榀桁架时，先使桁架的接口之间标高保持一致，再调整桁架之间的间隙，一端用临时螺栓固定，另一端搁置在胎架上，用两组缆风绳固定，进行测量校正。
对接时，务必保证拼接口的精度，避免错口现象，同时预留桁架焊接产生的收缩量，对接焊接完成后，切除安装耳板，再对该部位进行补焊，等全部焊接工作完成后，应对接口进行打磨成光滑过度。
3、主要机械设备配置
为了保证体育馆大跨度异型钢桁架空间结构施工技术的实现，本工艺施工中需要配置的机械设备如下表3.1所示。
3.1 主要设备配备表
4、施工安全保证措施
4.1成立安全文明施工管理组织机构
在现场建立以项目经理为组长，副经理、项目总工为副组长，专职安全员、各部组负责人为组员的项目安全文明生产领导小组，责任落实到各职能部门、各岗位上，使项目形成纵横网络管理体制。
4.2 建立健全各项安全管理制度
开工之前，项目总工负责编制施工组织设计，报业主审批执行。建立相应各项安全生产管理制度。
4.3做好各项管理制度的落实
安全技术交底制度：工程开工前，项目总工向参加施工的职工进行安全技术措施的交底。实行逐级交底制。两个以上施工队或工种配合施工时，要按工程进度交叉作业交底，班组长每天开工前要向工人进行施工要求、作业环境的安全交底。
安全教育制度：新工人入场进行安全教育制度学习，特殊工种工人必须参加主管部门的培训，经考试合格后持证上岗，严禁无证上岗作业。安全教育要结合项目实际情况，每年进行一次安全技术知识理论考核，并建立考核成绩档案。：三级安全生产教育分公司、项目部和班组三个级别。每一个新进入工地的人，或者转换工作岗位的人都要进行三级安全生产教育。
班组安全活动制度：组织班组成员学习并贯彻执行企业、项目部的安全生产规章制度和安全技术操作规程，制止违章行为。坚持班前讲安全，班中检查安全，班后总结安全。
安全检查制度：每月由项目经理组织安全大检查；各工长和专职安全员每天对所管辖区域的安全防护进行检查，督促班组对安全防护进行完善，消除安全隐患。对检查出的安全隐患落实责任人，定期进行整改并复查。
安全用电制度：严格执行《施工现场临时用电安全技术规范》的要求，工地的用电线路设计、安装必须经有关技术人员审定验收合格后方能使用，并由专业电工维护检修，电工必须持证上岗。确保用电安全。
安全报告制度：安全责任人按规定报告每天的安全情况，对当天的安全隐患巡视结果提进行统计，对当天的生产活动提出分析因素，提出防范措施。如果现场发生重大安全事故，事故报告同时按国家规定的申报程序向上级主管部门申报。
4.4做好施工现场的安全防护措施
每一位进入施工现场的人员，必严格遵守现场安全管理制度，并做好个人安全防护。进入施工现场必须戴好安全帽，扣好帽带，正确使用个人劳动保护用品，严禁穿“三鞋” （高跟鞋、硬底鞋、拖鞋）上岗作业或赤脚作业。
遵守劳动纪律，服从领导和安全检查人员的指挥，坚守岗位，未经许可不得从事非本工种作业，严禁酒后上班。高处作业、悬空作业必须系好安全带，扣好保险钩（安全带要高挂低用）。施工现场的各种设施，“四口”“五临边”防护、安全标志、警示牌、安全操作规程牌等，未经同意，任何人不得任意拆除或挪动
高处作业，严禁往下或往上乱掷工具、材料等物体，不得站在高空作业下方操作，暴风雨过后，上岗前要检查自己操作地点或脚手架等，如有发现变形等隐患要及时上报管理人员。4.5钢结构吊装专项防护
所有作业人员必须做好个人防护并正确使用保护用品。屋面檩条、底板施工时，必须搭设安全通道，同时设置屋面施工上下安全通道，安全通道两侧搭设防护栏杆，屋面下面满铺安全网。屋面施工时，施工高空走道及檐口必须做好临边防护，夜间屋面施工做好照明措施。
4.6应急救援预案
本项目钢结构吊装施工的危险源主要有支撑架体局部失稳垮塌、高空坠落、物体打击、机械事故、触电、失火等。
成立事故应急救援指挥领导小组，组长由项目经理担任，副组长由副经理、项目总工担任，组员由安全总监、部门负责人及部门的一些主要人员组成。
当事故发生时小组成员立即向组长汇报，由组长立即上报公司，必要时，汇报当地有关部门，以取得政府部门的帮助。
应急救援小组组织项目部全体员工投入事故应急救援抢险工作中，尽快控制险情蔓延，并配合、协助事故的处理调查工作。
事故发生时，应急救援小组立即组织营救受害人员，组织撤离或者采取其他措施保护危害区域内的其他人员。抢救受害人是应急救援的首要任务，规划应急线路，确定医院位置，便于事故发生后及时送治。在应急救援行动中，快速、有序、有效地实施现场急救与安全转送伤员降低伤亡率，减少事故的损失。
事故发生后迅速控制危险源，对事故造成的危害进行监测、测定事故危害区域、危害性质及危害程度。做好现场清洁，消除危害后果。查清事故原因，查明人员伤亡情况，协助上级部门对事故调查。指定专人负责事故的收集、统计、审核和上报工作，并严格遵守事故报告的真实性和时效性。
5、结束语
湘西州文化体育会展中心中的体育馆上部屋盖钢结构主要为弧形圆管桁架，主要由两榀主桁架、次桁架、边桁架、环桁架组成。其中两榀主桁架为主骨架，为弧线形，跨越体育馆顶部，其拱脚位于体育馆外部。每榀跨度107m，净跨65m，单榀重量约88t；主桁架结构高度24.6m。采用“地面拼装、分段吊装、空中合拢”进行大跨度异型钢桁架空间结构施工，实现了工序分离。地面胎架桁架拼装、支撑架精确定位搭设、快速分段吊装，保证了桁架拼装及空中合拢的精确度，保证节点工期，提前进入下一道工序施工。对类似的体育场馆、大型客运站等公共建筑的大跨度异型桁架空间结构安装施工，有着一定的借鉴和指导作用。
参考文献
[1]湘西州文化体育会展中心项目钢结构图纸及深化设计图纸.
[2]《湘西州文化体育会展中心施工组织设计》.
[3]《钢结构工程施工规范》（GB/50755-2012).
[4]《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）.
论文作者:黄华琴
论文发表刊物:《防护工程》2017年第5期
论文发表时间:2017/7/7
标签：桁架论文; 支撑架论文; 作业论文; 事故论文; 体育馆论文; 空间结构论文; 异型论文; 《防护工程》2017年第5期论文;