摘要:大跨度钢结构桁架施工技术具有一定的优势，也更具有一定的施工难度，本文依托实际案例，就其大跨度钢结构桁架施工的关键技术和难点进行了详细的阐述，旨在提高大跨度钢结构桁架的施工技术，促进建筑行业的健康发展。
关键词:钢结构桁架；安装方法；分段吊装技术
近年来，我国建筑业蓬勃发展，很多新兴的建筑技术得到了进一步的引进和前所未有的提高。大跨度钢结构桁架作为先进建筑技术的代表之一，在我国众多的建筑领域都大量应用。相较于其他的建筑结构来说，采用大跨度钢结构桁架的施工技术不仅能满足建筑结构的稳定性，还能使建筑的使用空间有所增大，从视觉效果和使用性能上都更符合现代建筑的结构设计。但是，大跨度钢结构桁架在施工过程中对技术的要求较高，为了使其发挥更大的作用，如何解决施工中技术性的难题成为了我们应当思考的问题。
1 工程概况
1.1 工程简介
某工程总建筑面积25151m2，建筑高度22.5m，为钢混凝土框架结构+钢结构桁架，剧场地下4层，地上5层，展览厅地下1层，地上5层。
1.2 钢结构特点
本工程钢结构主要分3个区块，一区主要为双向正交钢桁架和钢柱，二区、三区主要为单向钢桁架和钢骨柱，因一区双向正交钢桁架跨度最大、节点复杂、施工难度大，故本文选取一区进行探讨，其主要技术特点、难点有以下几个方面:
1)一区桁架为入场通道，桁架高度受蝴蝶造型的严格限制，采用了双向正交钢桁架。
2)桁架最大跨度59m，截面高度2.4m(局部5m)，单榀最重59t，主要构件类型为焊接H型钢；钢柱共8根，为圆管柱和型钢混凝土柱；钢梁为H型钢梁。吊装施工难度大，桁架起拱控制等安装精度要求高。
3)双向正交钢桁架分若干主次桁架，施工时不同构件、不同节点荷载变化大，需设计临时钢支撑辅助安装。
4)钢结构焊接工作量大，确保钢构件焊接质量难度大。
5)桁架跨度大、自重大，卸载后对整个桁架体系变形影响较大，如何将卸载后桁架结构变形控制在设计范围是本工程的一个难点。
2 大跨度钢桁架安装方法选择
2.1 安装方法比较
大跨度钢桁架的安装应根据现场场地条件、桁架结构情况等选择合理经济的安装方法。目前大跨度桁架结构体系的安装方法主要有如下几种:
(1)高空散装法:需要搭设满堂支撑胎架，将小拼单元或散件在高空进行总拼。该方法对起重设备要求低，但需要搭设大量支撑体系，工期长，对场地要求高。
(2)分段拼装法:根据起重机负荷能力和桁架结构特点将桁架分成若干段，吊至安装位置进行高空拼装。各分段桁架需自成体系，有足够的强度和刚度，在地面进行焊接、拼装，桁架分段处一般设置支撑胎架辅助安装。该方法可以节省高空作业时间，支撑胎架也大量减少。
(3)高空滑移法:需要搭设拼装平台及滑轨，分单元在拼装平台上拼装，滑移至设计位置，最后各单元拼装成一个整体。该方法允许下部土建平行施工，节省工期，不需大型吊装设备。
(4)单元或整体提升法:利用提升装置将在地面或楼面拼装的结构沿着垂直轨道逐步提升至设计位置进行安装。该方法不需要大型吊装设备，提升构件需有很好的刚度，下部空间无阻挡。
(5)整体吊装法:将整体构件在地面拼装好，利用大型吊装设备吊至设计位置进行安装。该方法对起吊设备要求高，必须对吊点个数、位置、钢丝绳强度等进行计算和校核。
2.2 安装方法选择
本工程可以利用的吊装及拼装工作面为地下室顶板，单榀桁架最大跨度59m、重59t，桁架两端下部有框架结构，造型复杂。根据现场条件，进行三维模拟反复对比推敲上述方案，通过对施工环境、工期及经济等各方面综合考虑，最终采取分段拼装法。
3 分段吊装关键施工技术
3.1 结构主桁架的合理分段及吊车选择
一区桁架为GHJ14～GHJ17，其中GHJ14单榀桁架最大跨度59m、重59t，须进行分段吊装。从实际吊装要求出发，根据设计图纸、构件质量、就位高度、场地条件、吊车性能等情况，确定GHJ14分为3段，GHJ15～GHJ17分为2段，由GHJ17至GHJ14方向进行吊装，每吊装完2榀主桁架后再连接主桁架间次桁架和钢梁。
GHJ14为最重桁架，分3段后最重一段26.5t，故本工程采用1台120t汽车吊。吊装场地位于地下室顶板上，根据行进路线采用路基箱分散轮压，吊装作业时汽车吊支腿设置在双层路基箱上，结合支腿尺寸和地下室柱位置进行优化，路基箱设置在地下室柱位置，相应吊装场区地下室顶板进行加固，并由设计进行验算。GHJ14分段如图1所示。
3.2 临时支撑胎架的设置
吊装前桁架分段处设置格构式支撑胎架，支撑胎架需进行计算复核。对于大跨桁架的标高控制，为保证桁架在卸载后的标高能满足设计要求，各个桁架下的支撑胎架标高需考虑施工时的起拱高度。
(1)起拱高度的确定:我们采用软件对一区桁架的施工过程进行安装应力验算，结合设计起拱要求，确定了各支撑胎架的起拱高度。
(2)临时支撑架胎架设计计算:对于支撑胎架的验算，选取最重桁架GHJ14的支撑进行验算，最大设计高度14.6m，最大承受力约190kN，主要承受自身质量、上部桁架传来的荷载、风荷载及施工活荷载。我们对支撑胎架在施工各阶段的受力与变形进行了模拟计算与分析，如图2所示。
(3)支撑架缆风绳:支撑架缆风绳的上端系于支撑架主杆连接节点处，节点位置选择在支撑架上部1/3高度处，下端系于混凝土柱或梁连接节点处。缆风绳端部连接采用锚具连接或固定。
3.3 钢桁架安装测量技术要点
本工程钢桁架测量工作主要有胎架、钢骨柱、楼层钢梁安装精度测量，桁架的拼装控制，大跨度桁架的安装控制，卸载变形控制等。吊装前采用直角坐标法建立方格网，确定主轴线、胎架、钢骨柱等位置、标高。
钢梁、主桁架、次桁架的吊装定位全部采用全站仪进行精确定位，并对标高、直线度、垂直度进行控制，发现误差及时修正。
保证钢桁架施工测量精度的措施如下:
(1)所有测量工具必须经计量单位检测合格方可使用，并定期进行自检、维护工作。
(2)测量基准点布设在混凝土结构上，严格保护，并对布设的基准点、轴线控制网进行定期检测，以防沉降、磕碰等造成异常变化。
(3)选用3台精度基本相同的全站仪，分别由3个人在3个控制点上架设仪器，同时对所有监测点进行观测，将所观测的3组数据进行比较，同点的2组观测数据之间最大差值为2mm，方为有效值，保证结构尺寸的精确。
(4)施工过程对结构进行变形、位移监测，对受力较大和应力集中部位进行应力应变监测，将监测获得的数据与事先理论计算的变形数据进行比较，及时调整施工步骤和减小安装变形误差，确保结构安装精度和施工安全。
(5)测量工作与其他工种相互配合，严格执行三级检查，对于测量中发现的误差，必须及时纠正，不得在工序交接中造成误差累积。
3.4 焊接质量的控制
本工程现场焊接主要采用手工电弧焊、CO2气体保护半自动焊2种方法。焊接过程中严格控制焊接变形，尽可能保持连续施焊，焊缝的层间温度始终控制在100～150℃之间，母材厚度25mm≤t≤80mm的焊缝，立即进行焊后热保温处理，焊件冷至常温24h后，对焊缝进行无损检验。
焊接施工按照先柱后桁架再钢梁，先主梁后次梁的顺序，分层分区进行，保证每个区域都形成一个空间框架体系，提高结构在施工过程中的整体稳定性，减少安装过程中的累积误差。
对钢骨柱、梁而言，焊接时无偏差的钢骨柱，严格遵循2人对向同速；有偏差的地方，应按向左倒、右先焊，向右倒、左先焊的顺序施焊，从而确保钢骨柱的安装精度。梁焊接时，先焊上翼缘板，后焊下翼缘板。桁架焊接时应先焊接主桁架再进行次桁架的焊接，对于桁架间平梁，应先焊桁架中部一端接头，不得同一桁架间梁2处接头同时开焊。
焊接过程中，要始终进行柱、桁架、梁标高、水平度、垂直度的监控，发现异常，应及时暂停，通过改变焊接顺序和加热校正等进行特殊处理。特别在焊接完层间斜支撑梁上部接头，进行下接头焊接前，以及在施焊完柱间水平连梁一端接头进行另一端接头焊接前，必须对前一接头焊后收缩数据进行核查，对于本应变形较大的未变形、本应收缩值很低的产生较大收缩的，应查明原因，采取促使收缩、释放等措施，确保安装精度。
3.5 钢桁架卸载技术
钢结构卸载过程是一个力的传递和受力体的动态转换过程，在这一过程中力的传递和受力体的转换必须要保持“合理、有序、平稳、缓慢、均匀”的过渡，经过严格的计算、分析、模拟，本工程采取以下卸载方案:
(1)在桁架吊装过程中，胎架的设置及支承面标高已综合考虑了设计及施工所需起拱量，GHJ15～GHJ17的起拱最大值40mm，GHJ14的起拱最大值为70mm，共有5个支撑胎架，因主次桁架连为整体，为了使桁架整体变形最小，故支撑胎架的卸载采用分级等比同步卸载的方式进行，共分4个位移行程，不同卸载点等比例分级，同步降至设计标高，卸载完成且变形稳定后方可拆除支撑胎架。
(2)综合考虑卸载面积、支座反力、经济适用等因素，选择采用机械螺旋千斤顶卸载工艺，具体工艺流程为:在工况验算基础上选择螺旋千斤顶型号→在支撑架上布置千斤顶，预留卸载行程→在千斤顶上标示行程刻度→模拟卸载1个行程，检验方案→正式卸载，每个卸载点同步下落1个预定行程→监测卸载后变形等数据，与计算分析数据进行验证、调整→继续下落预定行程，每卸载1级监测1次→卸载完成，监测整体变形情况→桁架稳定后拆除支撑胎架。
(3)卸载过程监测点的布置:共设置25个变形监测点，分别设置在大跨度桁架端部及支撑胎架处的上、下弦位置，其中GHJ14变形监测点布置如图6所示。卸载前3d开始，连续3d对所有监测点分早、中、晚3次观测，同时记录时间和温度，掌握钢结构日变形情况。从卸载开始至卸载结束，每一步卸载后均进行监测，每一监测点均由2台全站仪同时监测，确保观测数据的及时性、准确性。变形监测点如图3所示。
4 结语
综上所述，大跨度钢结构桁架施工能使得整个工程的质量与外观有本质的提升，但其施工技术具有一定的难度，在操作上也对专业技术有更高的要求，所以，在具体的施工中要特点注意各项技术的搭配使用，以使钢桁架结构更好的发挥其自身的优势，保证建筑施工的美观性与实用性。文章从方案选择、吊装分段、临时胎架设置、测量控制、焊接质量控制、结构卸载等方面介绍了本大跨度钢结构桁架施工的关键技术，仿真技术模拟显示，桁架拼装精度、起拱精度等方面都得到了很好的控制，得到了各方一致好评，可为类似工程提供借鉴。
参考文献
[1]司保元.谈大跨度桁架钢结构施工中的关键技术问题[J]. 山西建筑， 2013， 39(24):106-107.
[2]周文龙.浅谈大跨度钢结构管桁架的设计及施工安装技术[J].建筑•建材•装饰， 2013(12).
论文作者:邹锋平
论文发表刊物:《基层建设》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/12
标签：桁架论文; 钢结构论文; 大跨度论文; 标高论文; 结构论文; 精度论文; 工程论文; 《基层建设》2017年第7期论文;