摘要：讨论大型人字箱形钢柱和大跨度悬挑圆钢管桁架的施工技术，在复杂场地条件下，地面集中搭建可调式拼装胎架进行整榀管桁架的拼装、吊运、就位、安装施工技术；全站仪测量控制大型人字柱现场对接安装；管桁架腹杆小角度相贯线根趾部焊缝的焊接质量控制等重点难点问题，可供同类钢结构工程施工参考。
关键词：人字柱；悬挑式管桁架；拼装胎架；支撑架；卸载；相贯线根趾部
1.工程概况
浙江某体育中心建筑轮廓为椭圆形，长轴为213.2m，地上二层，观众坐席共15049座，看台高度24.51m，结构高度42.6m，，看台及功能用房为钢筋混凝土结构。本项目为看台上的钢结构屋盖工程，其建筑形式为：沿椭圆形建筑环向布置人字形柱，连接跨度不等的悬挑式罩棚，屋面围护采用支撑膜结构，钢结构主要包括：环向布置的人字箱形钢管混凝土柱、屋盖悬挑径向主桁架、大隅撑、环向次桁架、屋盖水平支撑、人字箱形钢管混凝土柱的中部和顶部各有一道矩形截面钢梁沿环向布置，人字箱形钢管混凝土柱埋于地下-4.6m处，其分开的两端头由一根H形连梁连接。
2.工程施工技术的难点及重点
（1）大型人字柱的安装：本工程沿环向布置的柱子长度在24m～47m不等，在人字柱的交叉点处为上下柱的现场对接焊接处，长度大于36m的柱子受运输长度所限尚需在上柱直线段再分段一次对接。本工程的人字柱为倾斜65°，上下柱子对接如采用常规的耳板定位法，柱子会产生倾覆，不能安全固定，故需要改用其他施工方法，在上柱起吊运到位后，仍不可松掉吊钩，用全站仪测量定位上柱，点焊临时固定后，复测柱子的位置，无误后由两人按对称施工顺序对柱子周边施加围焊，当围焊完成50%时，可松开并辙除吊钩，由两人按对称顺序施焊完成全熔透对接焊。为保证施工人员的安全，在下柱的顶部沿周边搭设一个简易的施工平台及爬梯。
（2）钢管桁架体系的安装：管桁架最大悬挑57.6m，最重58吨，如采用满堂脚手架，措施费高，工期长；搭建地面胎架拼装整体起吊工效较高，但本工程的悬挑桁架结构不是规整性的，各个桁架截面尺寸随建筑的体型而变化，则势必搭建众多的地面胎架，其施工费用仍将很高，且场地条件复杂，难有大面积的平整场地满足搭建众多胎架的需要，因此，需根据桁架的大小分成两类，考虑在两处分别搭设一个较大的及较小的可调式胎架，既可用于拼装所有的圆管桁架，又减少了吊运的路线长度。
3.工程施工
3.1大型人字柱的安装
（1）在钢柱的拼接处，焊接临时操作平台及施工用爬梯。
（2）在钢柱上方和下方各选择两个吊点，上部两个吊点直接用钢丝绳吊挂在起吊机械的吊钩上，下部两个吊点分别吊挂在手拉倒链葫芦上。
（3）四点吊准备就绪后吊车慢慢起吊，直至整根钢柱离开地面，停稳后，调节手拉倒链使钢柱满足倾斜一定的角度。
（4）将钢柱下落至安装位置，稳住吊臂和吊钩，用手拉葫芦进行角度微调，通过全站仪测量确定钢柱倾斜角度满足设计值，稳钩后对柱顶进行测量定位，用千斤顶或撬棍作微调，使柱顶标高满足设计值。
（5）本工程为65°斜柱，不能用常规直立柱的耳板定位法，在钢柱就位后不能撤除吊钩，应立即进行点焊，每面焊接长度不小于50mm，点焊后对柱顶进行复测，确认座标符合设计值后进行围焊。
3.2钢管桁架体系的安装：
3.2.1钢桁架拼装胎架的制作
（1）拼装桁架的胎架制作场地宜选用最便于吊装的区域，尽量减少二次倒运和吊车来回移动。按照场地条件及桁架的几何尺寸大小，分类成大小两组，分别两地组装2）组装可调式胎架，主体胎支架用20#工字钢焊接组装而成，活动式可调小支架用角钢螺栓连接构成，根据桁架的截面尺寸将小支架连接在标高不同的螺栓孔中，胎架安装完成后，通过水准仪效验调整，确保胎架标高在同一水平面上，其水平面误差不大于3mm。
3.2.2拼装施工支撑
（1）大悬挑钢管桁架安装在人字形柱的顶部，安装时需要在悬挑钢管桁架的尾部设置临时施工支撑，临时支撑采用塔吊的标准节组装，可以反复拆卸使用，支撑顶部的标高计算方法是：由管桁架下弦的建筑标高加上悬臂桁架在自重作用下的端头挠度再减去千斤顶的施工空间高度即是支撑顶部的标高。
（2）临时施工支撑的顶部用4根工字钢围成一支承平台，底部根据已建成的钢筋混凝土看台高差设置加固柱脚，在看台下面的同一位置设置支撑直接将施工荷载传到基础，满足支撑架的承载力传递条件，为保持支撑架的整体稳定性，每个支撑架需用四根风缆绳进行固定。
3.2.3 管桁架施工
（1）在胎架上拼装管桁架，桁架拼装前应根据主桁架的三维图放样，先确定弦杆的三维坐标，然后在拼装平台上放控制轴线及胎架上支撑点的标高，采用全站仪测量定位胎架，保证桁架拼装的外型尺寸准确。
（2）拼接桁架进行微调时，用千斤顶或撬棍并通过全站仪对桁架测量定位，保证桁架杆件的准确对接，确定无误后进行焊接。
（3）起吊桁架运至安装位置，根据每榀桁架的重心位置，确定吊点位置，采用四点吊装法，其中一点为固定长度，另外三点为可调长度，通过三个手拉葫芦以调节桁架的不同角度。
（4）施工应力验算，大跨度悬挑桁架在尾端设置有临时支撑，极大地改善了桁架的受力状况，方便了桁架的定位及变形控制。悬挑桁架的弦杆由固定端处的轴向力控制应力验算，但由于采用了施工支撑支承悬挑桁架的尾部，故施工时最不利的受力状态为简支梁模式，此时，上弦杆由悬臂条件下的受拉杆转变为简支条件下的受压杆，需要考虑压杆稳定问题，悬臂梁固端弯矩为
，简支梁最大跨中弯矩为
，两者之比为
，弦杆轴向力为弯矩除以截面高度，又有，跨中桁架截面高度是固端桁架截面高度的三分之二，故施工时简支桁架上弦杆的轴向压力为悬臂状态下轴向拉力的37.5%，上弦杆的单肢长细比不超过40，对应的稳定系数则不小于0.865，故施工时上弦杆应力比是使用状态（悬臂）时应力比的43%，施工应力无问题。
（5）桁架与柱子的焊缝连接完成后，焊接连接柱子和桁架的大隅撑。
（6）用同样的方法吊装第二榀桁架，当第二榀桁架吊装完成后及时吊装环向次桁架及屋盖水平支撑体系，使形成稳定的空间结构。
（7）其余桁架按照上述方法逐一安装，直到完成整个区域的桁架吊装和焊接。
3.3 相贯线焊接工艺创新
圆钢管桁架的制作，采用专门的数控相贯线切割机进行加工，相贯线切割效果良好，设计要求管桁架各杆件的对接焊为全熔透，但在实际操作中难度很大，尤其是当腹杆与弦杆的相交角度小于30°时，其马鞍形相贯交线的根趾部是焊接的盲点，是焊接质量控制的最难点，针对这一情况，本工程进行了工艺创新：对小角度相交的腹杆连接焊缝，在腹杆中套进一段低一级规格的钢管作为焊缝的内衬条，同时将腹杆相贯线的根趾点切割一小点，顺外径方向打磨成斜面，这样可明显改善焊接条件，提高焊接质量，基本可做到全熔透。
4.结论
本文针对浙江某体育中心钢结构工程的复杂施工难题研究了解决措施：避免施工65°倾斜的人字箱形箱钢柱用常规耳板定位法产生的倾覆问题、采用复杂场地条件下悬挑管桁架地面拼装整体起吊的高效施工技术、进行圆钢管桁架腹杆小角度相贯线根趾部焊接盲点的工艺创新，取得了较好的施工效果及经济效益，可供同类工程参考。
参考文献：
[1]闫洪东，姜寿光，王胜，大跨度管桁架钢结构施工技术，施工技术，2012年增刊，（41）：247-250.
论文作者:俞鸿斌,姚文星
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/11
标签：桁架论文; 人字论文; 标高论文; 柱子论文; 截面论文; 钢管论文; 吊钩论文; 《基层建设》2019年第17期论文;