广西建工集团第二建筑工程有限责任公司
摘要：某项目游泳馆屋面由13榀管桁架倒放三角锥主桁架组成，上弦杆弧长73.16 m，下弦杆弧长65.62m，单榀桁架重量达32.6t左右，根据现场施工情况及其结构本身特点，在钢结构加工工厂里进行散件制作，到施工现场安装时设立支撑胎架，通过“地面拼装、分段吊装、高空合拢”的钢桁架施工技术，达到了加快施工速度、降低成本、安全风险小、质量易控制的目的。
关键词：大跨度；管桁架；焊接；安装
1、工程概况
平桂文化体育中心工程（一期）工程，总建筑面积24507.72㎡。其中游泳馆建筑面积10015.44㎡，地上一层，地下一层，高度19.13m。游泳馆屋面采用管桁架结构，管桁架屋面平面尺寸115.2m×69.3m，由13榀倒放三角锥主桁架组成。上弦杆弧长73.16m，下弦杆弧长65.62m，总用钢量589t，单榀桁架重量32.6t，屋面由三跨组成，最大跨平面跨度为49.35m。根据现场施工情况及其结构本身特点，屋盖桁架的吊装必须选用大吨位起重机械，采用将整榀桁架分成两段，用吊车直接吊装就位的方法施工，同时充分发挥计算机放样下料技术、激光（全站仪）测量等先进技术保证了管桁架的安装质量。
2、工程重点难点
2.1桁架拼装方法
本工程结构复杂，桁架拼装工作量大，拼装精度要求高。而桁架拼装精度受拼装环境、胎架适用性及温度变化等多方面的影响，特别是在高空桁架对接用耳板的精度保证。所以桁架拼装的质量将直接影响到整个工程的质量，必须保证拼装的质量。
2.2钢结构的吊装
本工程主桁架跨度长达69.3m，且单榀桁架重量达32.6t左右，根据现场施工情况及其结构本身特点，屋盖桁架的吊装必须选用大吨位起重机械，宜采用将整榀桁架分成两段用吊车直接吊装就位的方法施工。
2.3施工测量
游泳馆造型独特，结构以圆弧为主，游泳馆平面的横向轴线和纵向轴线的测量，对预埋件的相对位置、绝对位置、标高精度要求高，使得测量放线施工难度大。另外建筑物平面轴线定位复杂，超长距离测量，达到精确测量有一定的困难。
3、桁架拼装
考虑工程实际情况及安装条件，该工程桁架采用在混凝土地面设置拼装胎架，进行预拼装，再分段吊装至高空对接平台上进行组拼的方法施工。
3.1桁架拼装胎架设置
拼装胎架主要设置在建筑物外面两侧，组装胎架由方钢管搭设，在弦杆主管下部设千斤顶、垫枕木，可调节高度和位置，拼装时将桁架的弦杆放在胎架的支撑点上，基本摆放水平。胎架搭设好后，用水准仪按设计图纸进行复核，相对偏差±10mm，拼装胎架由测量人员测量定位，对每个支点进行水准测量，满足要求后进行桁架的拼装。拼装胎架的横向、纵向、竖向均用方钢管做支撑，节点处用12#槽钢和角铁支起，在钢桁架主钢管设计位置伸出牛腿，保证其上平面标高与纵向桁架下表面的设计标高一致，以帮助其定位焊接。
桁架支座节点处的焊接，其加劲肋、短钢柱与支座底板之间及加劲肋与短钢柱之间均用双面角焊缝连接，满焊，焊缝高度Hf=8㎜。
钢管相贯线焊接要领
钢管对接焊缝主要为桁架上下弦杆，现场拼接焊接方式主要为手工电弧焊。
对接焊接是本工程桁架焊接的重中之重，必须从组对、校正、复验、预留焊接收缩量、焊接定位、焊前防护、清理、焊接、焊后热调、质量检验等工序严格控制，才能确保接头焊后质量全面达到标准。
组对：组对前将坡口内、外壁自坡口边10~15mm范围内仔细去除锈蚀与污物；组对时，不得在接近坡口处管壁上引弧点焊夹具或硬性敲打，以防圆率受到破坏；同径管错口现象必须控制在规范允许范围之内。注意必须从组装开始按I级标准控制质量。
校正复验、预留焊接收缩量：加工制作可能产生的误差以及运输中产生的变形，到现场组对时将集中反映在接头处。因此，组对后必须校正，焊前应经专用器具对同心度、圆率、纵向、曲率过渡线等认真核对，确认无误差后采用千斤顶之类起重机具布置在接头左右不小于1.5m距离处，预先将构件顶升到管口上部间隙大于下部间隙1.5~2mm。应当注意的是正在焊接的接头禁止加荷载，否则对焊接接头十分不利。
对接接头的焊接采用特殊的左右两根同时施焊方式，操作者分别采取共同先在外侧起焊，后在内侧施焊的顺序，自根部起始至面缝止，每层次均按此顺序实施。
根部焊接：根部施焊应自下部起始处超越中心线10mm起弧，与定位焊接接头处应前行10mm收弧，再次始焊应在定位焊缝上退行10mm起弧，在顶部中心处熄弧时应超越中心线至少15mm并填满弧坑；另一半焊接前应将前半部始焊及收弧处修磨成缓坡状并确认无未熔合即为熔透现象后在前半部焊缝上引弧。仰焊接头处应用力上顶，完全击穿；上部接头处应不熄弧连续引带到至接头处5mm时稍用力下压，并连弧超越中心线至少一个熔池长度（10~15mm）方允许熄弧。
次层焊接：焊接前剔除首层焊道上的凸起部分及引弧收弧造成的多余部分，仔细检查坡口边沿有无未熔合及凹陷夹角，如有必须除去。飞溅与雾状附着物，采用角向磨光机时，应注意不得伤及坡口边沿。此层的焊接在仰焊部分时采用小直径焊条，仰爬坡时电流稍调小，立焊部位时选用较大直径焊条，电流适中，焊至爬坡时电流逐渐增大，在平焊部位再次增大，其余要求与首层相同。
填充层焊接：填充层的焊接工艺过程与次层完全相同，仅在接近面层时，注意均匀流出1.5~2mm的深度，且不得伤及坡边。
面层的焊接：管、贯面层焊接，直接关系到接头的外观质量能否满足质量要求，因此在面层焊接时，应注意选用较小电流值并注意在坡口边熔合时间稍长，接头重新燃弧动作要快捷。
焊后清理与检查：上、下弦主管焊后应认真出去飞溅与焊渣，并认真采用量规等器具对外观几何尺寸进行检查，不得有低凹、焊瘤、咬边、气孔、未熔合、裂纹等缺陷存在。经自检满足外观质量标准的接头应鉴上焊工编号钢印，并采用氧炔焰调整接头上、下部温差。处理完毕立即采用不少于两层石棉布紧裹并用扎丝捆紧。上、下弦管、管接头焊接完毕后，应待冷却至常温后进行UT检验，经检验合格后的接头质量必须符合GB11345-2013的I级焊缝标准。经确认达到设计标准的接头方可允许拆去防护措施。
4、安装方案确定
4.1安装总体流程
工作面移交→安装临时支撑→桁架支座→安装桁架→相邻桁架安装→次桁架安装
4.2吊机选择
根据本工程的实际情况，屋架吊装计划采用130t汽车吊进行吊装。
本工程采取分2段的方式吊装，分段长第一段长42.4m，重量约19.6t；第二段长26.9m，重量约13t。查此吊车（130t）吊装性能表，在吊装半径R=16m，吊臂29.56m范围内可吊装24t，满足第一段吊装需求；在吊装半径R=20m，吊臂41.98m范围内可吊装16.3t，满足第二段吊装需求。
4.3设立临时支撑
由于本工程采用分段吊装，游泳馆主体钢结构吊装需要设置临时支撑塔架，以便桁架分段就位，临时支架在分段吊装前必须制作结束并交检查员验收合格方可使用。按支架布置位置将各临时支架吊装到位，并采取措施进行固定，同时与看台、砼基础固定。
4.4吊装顺序
主桁架吊装分为两个吊装区，分别设在建筑物纵向外侧，吊装时吊机停在吊装区由建筑物1轴向13轴方向依次吊装。主桁架安装完成后，在投影位置原位拼装马道及天窗支架等结构，此附属结构重量较轻，安装时按结构形式自然分段，利用5t的卷扬机安装就位。结构安装完成以后，拆除主桁架的临时支撑胎架，结构卸载完成。
5、桁架安装
5.1临时支撑设置
临时承载支架需要对强度、刚度以及稳定性进行计算，满足要求方可施工。安装时采用一台16t吊机安装临时支撑，先将临时支撑定位并作临时固定确保其稳定性，然后主要采用刚性支撑以及缆风绳将临时支架加固，直至整个临时支撑形成一个稳定的系统。
由于构件吊装时空间定位复杂，派生数据多，要进行大量的计算和复核工作，另外对于屋顶桁架安装时的三维空间位置控制困难，各构件的定位标高测量控制及安装校正要求较高。因此需要根据电脑放样计算得出胎架的定位坐标（x，y，z）。胎架的定位计算尤为重要，安装前需计算得每根桁架3条弦杆端点的三维坐标。主拱安装时主要控制点在每一段主拱3个弦杆的端点，据端点（x，y，z）三轴来控制，确保屋架曲面曲线流畅。
5.2桁架吊装
结构吊装前，利用轴线控制网先复测支座和柱顶标高以及埋件相对位置并做好复测记录。吊装时，使用一台130t汽车吊由游泳馆一侧将拼装好的桁架直接吊装到支撑胎架和支座上进行定位，定位采用全站仪三维控制定位，随时监控、调整，同时在支座就位处用2台10t千斤顶配合调整。分段对接定位则采用可调节专用拉泵进行定位，确保分段间的安装坡口间隙，同时对分段接口处的钢衬板采用活络组装法进行安装，保证衬板与钢管间的安装尺寸。桁架定位后，将桁架一端及支座进行临时焊接固定，另一端与支撑顶部模板进行临时焊接固定，并用揽风绳对桁架进行固定，揽风绳与地面夹角成45°角。同时用一台75t汽车吊将各桁架之间的次桁架进行安装连接，使之成为一个稳定的单元。
6、钢结构卸载
根据本钢结构工程的特点，在结构安装过程中设置了临时支撑，钢结构安装完成后须对临时支撑进行卸除。卸除临时支撑是一个将安装完成时的结构受力、变形状态回归至结构设计、使用受力、变形状态的过程，为避免突然拆除临时支撑给结构内力、变形带来较大的突然变化而影响结构安全，临时支撑的卸除须分区、分步、同步进行。根据计算机模拟施工工况的计算结果。我们选择了逐级释放、整体卸载的方法进行临时支架的拆除工作。卸载采用的工具是螺旋式千斤顶，因为它可以有效地控制卸载的量值。在卸载工程中，桁架会发生少量平移，拟用千斤顶的交替作业来实现。为了控制卸载速度，规定每转动螺旋千斤顶一圈（360°）为卸载行程的控制单元，转动速度控制在约10秒完成，待检测，重新得到卸载指令后，方可开始下个动作。
卸载时，在结构分析计算的基础上，卸载按照等比例微量下降的原则，来实现荷载平稳转移。在卸载前，需要用千斤顶把支撑点处的弧形垫块顶起，抽掉型钢垫块。各个支撑点的顶升高度不能大于5mm。各点顶升后，检查每个点的间隙情况，记录结果。如果出现部分不脱离支撑（垫片不松动）的情况，现场分析后再视其具体情况进行处理。测量未卸载前各千斤顶的螺杆的高度，并记录在案。掌握各次卸载量，并以转数为初步控制量，以测量的螺杆高度为精确控制量。卸载量的允许误差控制在1mm以内。每次卸载后，应测量卸载点的标高，以确定下一次卸载的调整值。
7、结束语
本工程采用分段吊装，高空合拢吊装方案进行吊装，3个月完成了589吨钢结构吊装工作，过程中充分发挥计算机放样下料技术、激光（全站仪）测量等先进技术保证管桁架的安装质量。科学的施工保证了主拱线型的连贯、曲线流畅，充分体现了设计意图。
参考文献
[1]《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001
[2]《钢结构焊接规范》GB50661-2011
[3]《工程测量规范》GB 50026-2007
[4]李凯.大跨度空间管桁架施工技术[J].施工技术.2014，43（24）：108-111.
论文作者:陆炜
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第34期
论文发表时间:2019/4/8
标签：桁架论文; 结构论文; 测量论文; 工程论文; 千斤顶论文; 支座论文; 标高论文; 《建筑学研究前沿》2018年第34期论文;