摘要：通过对高空大跨度钢管桁架吊装方法进行选择，合理分段，设计可靠的支承胎架，合理选择吊装顺序使钢管桁架合拢，合理控制结构卸载，利用当地现有吊装设备，有效解决了大跨度钢管桁架吊装问题，顺利完成施工，施工质量可靠，操作简便，可以缩短工期，节约工程造价。
关键词：钢管桁架 高空 大跨度 分段吊装法 施工技术
1、钢结构工程概况
齐鲁工业大学（菏泽新校区）一期工程A区教学楼，A4公共实验楼与A5公共实训中心高空连接钢管桁架的结构体系为格构式钢管桁架体系，其下部支撑体系均为钢筋混凝土工程及钢筋混凝土框架牛腿柱。高空连接钢管桁架：管桁架跨度76.9m，管中心宽度7.6m、高度5.0m，重约112T，安装支座底标高17.95m。建筑物的平面示意图及桁架结构平面、立面、侧面、节点图如下图所示。
建筑物平面示意图
2、吊装方法选择
针对本工程邀请省钢结构专家对可能的吊装方法进行比较分析如下：
经过比较分析，认为分段吊装，大跨度管桁架分割成段后，结构刚度状况改变较小，且每段自身能满足稳定要求，也可以利用当地起重设备吊装，最终确定采用分段吊装法。
3、施工难点
本工程钢管桁架结构跨度为76.9m，重约112T，若顺利完成钢管桁架结构施工，此种结构特点及施工过程中所面临的难点问题：现场大跨度桁架的安装要求，需要合理的将整个桁架进行划分，并设置合适的支撑点；支承胎架的设计；选择合理的吊装顺序对这个钢管桁架进行合拢；桁架合拢后整个结构的卸载过程控制。
4、吊装分段和钢支撑胎架设计
4.1吊装分段设计
结合原设计单位，利用3D3S软件进行受力变形分析和施工模拟，最后确定分三段吊装：第一段固定端28.1m，重量41T；第二段滑动段28.1m，重量41T；第三段中间段20.7m，重量30T。钢管桁架分段示意图见下图。
钢管桁架分段示意图
4.2钢支撑胎架设计
根据管桁架分段吊装设计要求，主桁架分段处下弦接缝处均设置支撑胎架，支撑架最大高度为17.95米，采用钢格构式型钢立柱作为临时支撑柱。临时钢格构支撑柱支撑架平面布置图：
经设计计算，钢支撑胎架利用两个45T塔式起重机标准钢格构柱加H300X150X6.5X9型钢加强制作而成。基础采用3000X3000mm、厚1000mm的C35钢筋混凝土基础，配筋采用HRB400级直径16mm间距150mm，双层双向，加强钢格构支撑柱伸入基础不小于600mm。钢支撑胎架示意图及支撑柱平面图、临时钢格构支撑柱基础示意图见下图
钢格构支撑柱示意图
临时钢格构支撑柱基础示意图
上部临时钢格构支撑柱现场吊装采用25T汽车吊车，按标准节分段吊装，两台经纬仪双向控制垂直度及定位准确性。标准节组装合格后按照设计要求焊接H300X150X6.5X9型钢，最后焊接顶部操作平台。临时钢格构支撑柱的定位及垂直度偏差的有效控制是施工的重点。临时钢格构支撑就位后对桁架用缆风绳对支撑柱进行固定。
4.3临时支撑操作平台设计
临时钢格构支撑柱上部操作平台用于分段吊装时进行分段就位、拼装、焊接、检测、卸载等要求。平台上满铺40厚钢板，中部焊接两根H300X150X6.5X9型钢梁，承受上部集中荷载。为了便于桁架就位控制，在临时支撑平台上设置定位胎模，用H400型钢开直径210mm的圆弧槽对桁架的下弦杆进行顶撑。
临时钢格构支撑柱上部操作平台示意图
施工时为了防止临时钢格构支撑柱平台侧向失稳，用钢丝绳在两侧面与主体框架柱根部拉结，拉结的角度不小于45度；两根临时钢格构支撑柱之间相互斜拉，如图所示。
4.4、吊装方案设计
钢管桁架各段桁架最大重量为41吨，支座安装标高为12.7米。分段吊装顺序：在第一段（固定端）主桁架吊装就位后，随即校正就位；吊装钢管桁架第二段（滑移端）靠东侧临时就位；吊装钢管桁架第三段（中间段）就位，与第一段高空拼装精确定位，校准后临时固定；再次吊起第二段与第三段高空拼装精确定位，校准后临时固定；然后进行钢管桁架整体测量、校准、调整，应满足设计与规范要求。
整体吊装思路：在综合考虑了吊装机械的性能、土建单位施工的影响、结构受力状况，构件的重量和刚度、施工工期等因素后，分段单机吊装的方案。
经设计验算，采用260吨汽车吊带配重97.5吨，作业半径在12米作业半径下，主臂长度为41.5米时，最大起重量为51吨，而钢管桁架主桁架分段吊装的最大重量为41吨，吊钩和吊装钢丝绳重量按1吨计算，总重量为42吨。此处构件重量占起重能力的82.4%，满足吊装要求。
吊装用索具采用卡环采用25吨卡环4个，钢丝绳采用6×37+1钢丝绳，长度18m，直径43mm的钢丝绳。
考虑汽车式起重机支脚压力较大，为防止地面沉陷，地面采用300mm厚二灰碎，下部采用300mm厚三七灰土硬化地面，硬化地面底部450扩散角之内采用素土夯实，为避免四个支脚不均匀沉降，将四个压脚下部各垫一块2000×2000×40mm厚钢板。
钢管桁架分段吊装汽车起重机吊装就位示意图
4.5临时支撑卸载设计
钢管桁架主桁架拼装后，进行高空接缝补充焊接，然后进行无损焊缝检测，检测合格后再对临时支撑进行卸载和拆除。卸载过程中结构体系逐步转换，杆件内力和临时支撑的受力发生变化。支撑胎架的卸载难度相当大。
卸载前先计算支撑点的粱变形量，通过变形量确定千斤顶的行程，如变形量超出千斤顶的最大行程，则要在卸载过程中更换千斤顶，或者卸载到一定位置时，将桁架粱临时固定，待更换千斤顶位置后继续卸载。将桁架在自重的作用下标高整体降低，采取措施使桁架中部缓慢、安全的下降，进入标准高度和最终设计受力状态。
为了保证结构体系可靠、稳步形成，经采用BIM模拟卸载施工过程，确定采用8个50吨的千斤顶，2个一组同步卸载。利用千斤顶稍微顶起管桁架梁，转换至由千斤顶受力，然后切割就位支撑H型钢。再进行整个支撑柱的卸载，对称卸载应同时进行，同步调节千斤顶，由千斤顶下调直结构设计位置，卸载高度约180mm。卸载时，四个下弦接缝处必须同步进行，严格控制卸载速度，严格控制变形量在标准规范以内，以保证卸载时相邻支撑柱的受力不会产生过大的变化，同时保证结构体系的杆件内力不超出规定的容许应力，避免支撑柱内力或结构体系的杆件内力过大而出现破坏现象，直到支撑架与桁架脱离。千斤顶设置时节点示意图如下所示：
千斤顶卸载示意图
5、结束语
通过对高空大跨度钢管桁架进行吊装方法选择，合理分段，设计了可靠的支承胎架及基础，合理选择吊装顺序使钢管桁架合拢，合理地控制钢管桁架卸载过程，利用当地现有吊装设备，有效解决了大跨度钢管桁架吊装难题，顺利完成钢管桁架结构施工。钢管桁架工程质量可靠，操作简便，起拱高度126mm，工期缩短7天，节约费用11.4万元。需要指出的是，分段吊装法可以采用多台设备同时作业，可以更为有效地缩短工期。
参考文献：
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［2］《混凝土结构设计规范》（GB50010-2011）.
［3］《钢结构设计规范》（GB50017-2014）.
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［5］徐继海.《干煤棚88m跨度钢桁架分段整体吊装施工》［T］.《电力建设》 1994年03期.
［6］谢巍.《大跨度钢桁架结构分段吊装技术研究与应用》［T］.《重庆大学》，2008.
作者简介：张广银，山东菏建建筑集团有限公司，副总工程师，高级工程师，国家一级注册建造师。
论文作者:张广银
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/8/16
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