談大跨度鋼桁架分段吊裝施工工藝

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【摘要】：針對(duì)大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)對(duì)加工精度、安裝精確性、施工安全、焊接控制、變形監(jiān)測(cè)等的更高要求，文章以實(shí)際工程例，探討了大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)分段吊裝施工技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】：大跨度；鋼桁架；分段吊裝

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)生活空間的要求越來越高，公共建筑內(nèi)的共享空間也越來越大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件的跨度越來越大。對(duì)于大跨度構(gòu)件來說，鋼結(jié)構(gòu)特別是鋼桁架比普通的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)更具有優(yōu)勢(shì)[1]。大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)對(duì)加工精度、安裝精確性、施工安全、焊接控制、變形監(jiān)測(cè)等提出了更高要求。大跨度鋼桁架施工可采用：高空散裝法、液壓整體提升法和分段吊裝法[2]。液壓整體提升法對(duì)施工操作要求高，施工人員較少；高空散裝法，施工工期較長(zhǎng)，施工交叉作業(yè)難度大；在施工安全、節(jié)點(diǎn)工期、費(fèi)用和人員等方面，分段吊裝法較另外兩種方法更具有優(yōu)勢(shì)。分段吊裝法更易于操作，更加安全，節(jié)點(diǎn)工期能夠得到保證；吊裝機(jī)具租賃方便，較大型液壓提升設(shè)備更具有優(yōu)勢(shì)；大跨度鋼桁架施工一般優(yōu)先考慮分段吊裝法。因此，對(duì)大跨度鋼桁架的分段吊裝施工工藝進(jìn)行深入的研究具有一定的實(shí)際價(jià)值和意義。

1工程概況

天津生態(tài)城圖書檔案館主要為全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。其中南北出入口大臺(tái)階上方三、四層主結(jié)構(gòu)位置處有跨度為31、34、39m的大跨度鋼桁架，質(zhì)量分別為76、95、125t。鋼桁架弦桿及腹桿等為箱形構(gòu)件，桁架高度5.4m。見圖1。桁架構(gòu)件截面尺寸：□1050mm×700mm×35mm×50mm、□1050mm×500mm×35mm×50mm、□1050mm×500mm×35mm×35mm，材質(zhì)為Q345C。

2施工重難點(diǎn)分析

1）鋼桁架最大跨度39m、最大質(zhì)量125t，分段節(jié)點(diǎn)和起拱值設(shè)計(jì)需重點(diǎn)考慮。2）鋼桁架下方為混凝土結(jié)構(gòu)大臺(tái)階，對(duì)鋼桁架吊裝時(shí)支撐架體的搭設(shè)影響較大。3）鋼桁架采用50mm厚鋼板，厚度較大。焊接過程中產(chǎn)生的焊接變形和焊接殘余應(yīng)力可能影響結(jié)構(gòu)的安全和質(zhì)量，需要對(duì)焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3施工工藝

3.1施工流程

鋼桁架所有鋼構(gòu)件均在加工廠內(nèi)制作完成并提前散件運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)。1）在地面鋪設(shè)拼裝平臺(tái)，使用50t汽車吊將大跨度鋼桁架分段在拼裝平臺(tái)上進(jìn)行拼裝。2）在混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到強(qiáng)度要求后，在南北出入口大臺(tái)階上搭設(shè)支撐架體。3）使用500t汽車吊分三段吊裝大跨度鋼桁架。

3.2鋼桁架分段及預(yù)起拱處理

以桁架3A為例，桁架總長(zhǎng)度39m。桁架分段節(jié)點(diǎn)宜設(shè)置在受力最小的部位，即跨中1/3位置處。上下弦桿分段節(jié)點(diǎn)互相錯(cuò)開1500mm。鋼桁架兩端最外側(cè)腹桿采用散裝方法。鋼桁架的跨度在31m以上，屬大跨度鋼桁架，故需要做預(yù)起拱處理。按照鋼桁架分段的特點(diǎn)，將鋼桁架的預(yù)起拱形式設(shè)置為折線形。桁架分段節(jié)點(diǎn)即為預(yù)起拱折線點(diǎn)。見圖2。

3.3桁架現(xiàn)場(chǎng)拼裝

3.3.1拼裝胎架的設(shè)置1）拼裝胎架必須滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定性的要求，同時(shí)要方便現(xiàn)場(chǎng)拼裝的需要。2）為避免構(gòu)件的二次搬運(yùn)，拼裝場(chǎng)地的設(shè)置應(yīng)盡量靠近桁架吊裝的位置，但又不能影響桁架的吊裝作業(yè)。

3.3.2桁架拼裝要點(diǎn)1）使用全站儀等儀器對(duì)桁架各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位。將三段桁架同時(shí)拼裝，以避免各段桁架間的誤差。2）為避免焊接應(yīng)力集中及焊接變形，桁架焊接時(shí)采取合理的焊接順序。鋼桁架整體的焊接順序?yàn)橹虚g向兩邊進(jìn)行焊接，構(gòu)件對(duì)接焊口采用對(duì)稱焊接的順序。3）桁架拼裝完成后，首先去除桁架上的所有定位點(diǎn)，使之處于自由狀態(tài)；再測(cè)量桁架的尺寸[2]。

3.4支撐架體的設(shè)置

支撐架體的布設(shè)共有兩種方式：1）搭設(shè)滿堂紅支撐腳手架；2）格構(gòu)式獨(dú)立支撐架體。由于本工程支撐架體布設(shè)在大臺(tái)階上且大臺(tái)階下方空間較小無法進(jìn)行架體回頂，不能滿足在大臺(tái)階上方搭設(shè)滿堂紅支撐架體的需求，故最終確定選擇格構(gòu)式獨(dú)立支撐架體。見圖3。格構(gòu)式獨(dú)立支撐架體所有構(gòu)件均為鋼管，規(guī)格尺寸為1m×1m×1.5m。見圖4。為保證主結(jié)構(gòu)在鋼結(jié)構(gòu)吊裝時(shí)不受損壞，在支撐架體下面設(shè)置厚鋼板。為保證施工安全，需用攬風(fēng)繩固定支撐架體。攬風(fēng)繩一端與支撐架體頂部固定，另一端與預(yù)先設(shè)置在臺(tái)階上鋼筋彎勾固定。

3.5分段吊裝施工要點(diǎn)

3.5.1吊裝設(shè)備選擇吊裝設(shè)備的選擇時(shí)，考慮現(xiàn)場(chǎng)所有不利條件。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分析吊裝最不利工況：吊裝半徑15m，吊車臂桿長(zhǎng)度28m；桁架分段最大質(zhì)量44.21t，動(dòng)載系數(shù)取1.3，故吊裝質(zhì)量為44.21×1.3=57.5（t）。根據(jù)汽車吊性能：500t汽車吊在此工況下能夠滿足吊裝要求，故選擇500t汽車吊進(jìn)行分段吊裝作業(yè)。

3.5.2分段吊裝作業(yè)1）起吊。吊裝前檢查鋼桁架及吊點(diǎn)、卡扣，滿足要求后使用汽車吊將平放在平臺(tái)上的桁架吊起至豎直狀態(tài)。然后緩緩將桁架吊起，至下弦桿距地面500mm時(shí)停止提升，再次檢查汽車吊及鋼桁架、地基等吊裝狀態(tài)。經(jīng)檢查無異常情況后，進(jìn)行后續(xù)吊裝作業(yè)。2）吊裝就位。鋼桁架分段吊裝，按照先遠(yuǎn)后近、先兩頭后中間的原則進(jìn)行。兩側(cè)段鋼桁架吊裝就位后，使用兩臺(tái)全站儀（相互保持90°）對(duì)桁架的標(biāo)高、軸線進(jìn)行測(cè)設(shè)并調(diào)整桁架的相應(yīng)標(biāo)高及位置，使誤差保持在規(guī)范允許范圍內(nèi)[3～4]。調(diào)整完成后在上下弦設(shè)置攬風(fēng)繩，使鋼桁架豎向保持穩(wěn)定，再吊裝中間段桁架[5]。3）焊接控制。通過選擇合理的焊接順序、調(diào)整坡口角度、調(diào)整焊接參數(shù)、焊前預(yù)熱、焊后熱處理等方法[6]減小焊接過程中的殘余應(yīng)力及焊接變形，盡可能減小焊接過程中的不利因素的影響。鋼桁架構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)接焊采用多層多道焊，每層（每道）焊縫的焊接同時(shí)由兩名焊工從兩側(cè)對(duì)角線位置按照相同的方向（順時(shí)針或逆時(shí)針）對(duì)稱焊接。上下兩層（兩道）焊縫的焊接方向相反。適當(dāng)減小焊口坡口角度，對(duì)焊接殘余應(yīng)力有一定的改善。

4焊接殘余應(yīng)力監(jiān)測(cè)

鋼構(gòu)件焊接過程中均會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力和焊接變形，焊接殘余應(yīng)力和焊接變形過大直接影響結(jié)構(gòu)的安全和質(zhì)量。焊接殘余應(yīng)力太大可能會(huì)使得柱端混凝土拉裂，影響結(jié)構(gòu)的承載力和正常使用，因此需要對(duì)焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行分析和監(jiān)測(cè)，避免焊接殘余應(yīng)力過大。

4.1應(yīng)力監(jiān)測(cè)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)力，也可每隔10s監(jiān)測(cè)一次，具體監(jiān)測(cè)次數(shù)，應(yīng)力監(jiān)測(cè)人員可隨機(jī)調(diào)整。

4.2溫度監(jiān)測(cè)

溫度監(jiān)測(cè)每隔20s或30s監(jiān)測(cè)一次，具體監(jiān)測(cè)次數(shù)，溫度監(jiān)測(cè)人員可隨機(jī)調(diào)整。

5結(jié)語

大跨度鋼桁架分段吊裝施工工藝的應(yīng)用最大限度地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的意圖、保障了工程的工期、節(jié)省了相應(yīng)的費(fèi)用，使鋼結(jié)構(gòu)及整個(gè)混凝土主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量得到了保證，取得了良好的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。本文重點(diǎn)探討了大跨度鋼桁架的分段吊裝施工工藝，為以后類似的工程提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)：

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[2]鄭海波，梁琪.大跨度鋼桁架分段吊裝施工技術(shù)[J].鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2015，（5）：52-54.

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[4]GB20205—2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[5]謝巍.大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)分段吊裝技術(shù)研究與應(yīng)用[D].重慶：重慶大學(xué)，2008.

[6]GB50661—2011，鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范[S].

作者：張青山 張永坡 劉杰 單位：天津三建建筑工程有限公司