鉆石造型空間鋼管桁架施工技術(shù)探討

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［摘要］世界功夫中心演播中心和訓練中心外造型為鉆石形狀，為鋼管桁架結(jié)構(gòu)形式；工程管桁架相貫口較多，現(xiàn)場安裝焊接工作量大，制作安裝過程中坐標定位困難；依據(jù)工程實際情況，劃分基本吊裝單元為異形多面結(jié)構(gòu)形式，吊裝單元采用現(xiàn)場組拼成型，采用一臺180t自行式履帶式起重機進行吊裝，并通過SPA2000軟件對吊裝單元和結(jié)構(gòu)的安裝過程進行受力分析，論證了方案的可行性，施工過程中采用坐標轉(zhuǎn)換法、倒鏈調(diào)整吊裝構(gòu)件角度等措施保證了制作安裝的質(zhì)量和精度。

［關(guān)鍵詞］鋼管桁架；坐標轉(zhuǎn)換；施工技術(shù)

1工程概況

世界功夫中心（演播中心和訓練中心）位于新鄉(xiāng)市平原新區(qū)鄭新大道以東、白河路以北、泰山路以西，分為訓練中心和演播中心2個單體工程。訓練中心和演播中心結(jié)構(gòu)形式相同，主構(gòu)件為直縫圓管，次結(jié)構(gòu)為矩形鋼管。其中訓練中心單體結(jié)構(gòu)長度方向跨度最大為70.4m，寬度方向跨度最大為59m，屋蓋高處高度為22.4m；演播中心單體結(jié)構(gòu)長度方向跨度最大為74.7m，寬度方向跨度最大58.5m，屋蓋高處高度22.7m。

2工程重難點

（1）相貫口眾多，組拼難度大。工程結(jié)構(gòu)為空間鋼管桁架結(jié)構(gòu)，所有鋼管接口均為弧形相貫口，制作和組拼難度較大。（2）結(jié)構(gòu)分片困難。單體外觀造型復(fù)雜，空間異面單元由三角形和四邊形組成，以單個平面作為分片單元，勢必造成高空焊接工作量過大，且影響工期；以多個平面作為分片單元對構(gòu)件的組拼和安裝制作要求較高，同時也增大了起重機的噸位。（3）構(gòu)件空間就位困難。安裝過程中，構(gòu)件吊裝就位需精確計算控制點的空間三維坐標，對測量定位要求較高。（4）構(gòu)件外形不規(guī)則。若采用車間制作加工，再長距離運輸，雖能保證構(gòu)件的制作質(zhì)量，但運輸效率較低，構(gòu)件的拆分也會更加小型化，必然造成安裝工作量增加；若采用現(xiàn)場組拼的方法，受限于施工現(xiàn)場的設(shè)備、空間、標準化流程、人員素質(zhì)等，對組拼精度和質(zhì)量是一種考驗。（5）項目單體跨度較大，臨時支撐較少，構(gòu)件受自重作用明顯，安裝過程中構(gòu)件的撓度控制及合龍段的控制至關(guān)重要。

3主要施工方案

3.1吊裝單元劃分

最終方案采用多面組合吊裝方案。分析過程為：工程工期較緊，2個空間桁架單體從第一片吊裝單元起吊至桁架結(jié)構(gòu)完工不足80d時間；空間桁架結(jié)構(gòu)造型復(fù)雜，安裝精度須在可控范圍內(nèi)；如采用單面吊裝形式，在合并部分較小的平面單元后粗略計算每個單體的吊裝次數(shù)將近100次，結(jié)合構(gòu)件的制作周期、現(xiàn)場安裝工人配置數(shù)量計算，無法在預(yù)定時間內(nèi)完成安裝；采用先主骨架后次骨架的吊裝方式，遇到的主要矛盾是現(xiàn)場安裝工人數(shù)量無法滿足過大的工作面，且空中焊接作業(yè)量太大，無法保證安裝精度且存在較大的安全隱患；采用多面組合吊裝方案減少了吊裝次數(shù)，并使大量的焊接工作在地面進行，減少了安全隱患，并且可從車間抽調(diào)焊工到現(xiàn)場進行地面作業(yè)，減少了勞務(wù)用工量，有效利用了工作面，并避免了勞務(wù)隊窩工。

3.2制作加工

工程所在地距離加工車間65km左右，交通運輸較為便利，但考慮到構(gòu)件的尺寸、類型，若構(gòu)件在車間制作組拼成型再運往現(xiàn)場，幾乎無法實現(xiàn)，只能采取桿件在車間下料成型，再打包運往現(xiàn)場進行組拼；該方式除了能配合吊裝單元的劃分結(jié)果外，還能增加車間的周轉(zhuǎn)效率，基本無須占用加工廠構(gòu)件堆場，減少了二次搬運量?，F(xiàn)場2個單體分別在場區(qū)入口處設(shè)置一個構(gòu)件組拼和存放場地，方便入場材料卸車和搬運；場地設(shè)置專用的組拼胎架，采用全站儀、鋼尺等配合進行定位放線和校核，按照既定的拼裝單元現(xiàn)場組拼，采用人工焊接的方式進行組焊。

3.3現(xiàn)場吊裝方案

現(xiàn)場兩個鋼結(jié)構(gòu)單體最遠端距離超過200m，且根據(jù)吊裝單元劃分結(jié)果可知，吊裝單元重量均值超過15t，因此采用固定式塔式起重機即不經(jīng)濟又沒有操作的可行性。最終吊裝方案確定為：采用180t自行式履帶式起重機沿結(jié)構(gòu)外圍一周設(shè)站吊安；并對塔式起重機行進路線采用砂石硬化，現(xiàn)場配置1臺25t汽車式起重機進行小型構(gòu)件的轉(zhuǎn)移和吊運。

3.4過程控制模擬方案

在構(gòu)件吊裝和結(jié)構(gòu)安裝施工的各個階段，由于構(gòu)件和結(jié)構(gòu)自重的因素，會造成局部應(yīng)力或撓度過大，因此，有必要對施工過程進行模擬分析，通過計算對施工方案進行論證，保證施工安全可靠；工程采用SPA2000軟件進行模擬計算。

3.4.1起吊過程構(gòu)件單元初步劃分完成后，通過對吊裝單元在吊裝過程的受力分析和端部撓度分析，探究吊點位置設(shè)置是否合理，而優(yōu)化吊點位置或改變吊裝單元的結(jié)構(gòu)劃分。

3.4.2安裝過程對結(jié)構(gòu)安裝的各個階段進行模擬分析，計算模型的應(yīng)力值和撓度值是否在允許范圍內(nèi)，對有不滿足的情況，采取加固措施。以下就演播中心的部分模擬過程示例（圖1）。通過對不加臨時支撐的結(jié)構(gòu)模型的計算結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)：存在吊裝單元根部應(yīng)力比過大、端部撓度變形超標的現(xiàn)象，遂在結(jié)構(gòu)內(nèi)部增設(shè)2個臨時支撐。臨時支撐截面為1.5m×1.5m格構(gòu)架，臨時支撐的主肢截面為L140×10，綴桿截面為L45×4，支撐架頂部桿件截面為HW200×200×8×12。2幅支撐之間聯(lián)系桿件截面為HW150×150×6×10。

4主要施工技術(shù)要點

鋼管桁架因制作技術(shù)復(fù)雜、建設(shè)要求嚴格，較易產(chǎn)生多種質(zhì)量問題，應(yīng)依據(jù)實際情況，制訂最佳的解決方案。在設(shè)計階段，如未能選取最為合適的焊縫形式，則在混凝土管柱灌注混凝土時容易產(chǎn)生左右肢鋼管互通，還可能導(dǎo)致肩梁處豎向焊縫打爆。據(jù)此，制訂了以下解決辦法。由于本次施工所采用的螺旋鋼管均為定長，因此應(yīng)嚴格控制螺旋鋼管的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。對于一些無法滿足施工要求的原料，應(yīng)進行鋼管對接處理，在此過程中始終保持鋼管的斷面吻合。接環(huán)型焊縫對于質(zhì)量的要求較高，在焊接時應(yīng)加設(shè)內(nèi)襯板。在肩梁位置，將常用的縱向角焊縫改為坡口焊縫。鋼管桁架應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的胎架，首先確定主弦桿位置，并裝配腹桿。要保證焊接全部完成后，才可去除胎架。因施工要求，故對焊縫質(zhì)量等級要求為三級，可顯著減少焊接數(shù)量，并能預(yù)防焊接變形，避免管壁較薄的螺旋鋼管被燒穿。

5結(jié)束語

隨著近年來鋼結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展，復(fù)雜造型鋼桁架結(jié)構(gòu)形式因其特有的優(yōu)勢，必然會越來越多被采用，對該類工程施工技術(shù)的探究意義重大；本工程立足工程實際對吊裝單元劃分、構(gòu)件組拼成型、控制點測量定位等進行了有益探索，保證了施工進度和質(zhì)量，也為同類工程的實施積累了經(jīng)驗。在鋼結(jié)構(gòu)主體建筑被廣泛應(yīng)用的發(fā)展趨勢下，建筑企業(yè)應(yīng)深入研究鋼管桁架施工技術(shù)，使其能夠在大型建筑施工中發(fā)揮出應(yīng)有的作用。

參考文獻

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作者：段常智 王宜峰 張艷意 單位：河南省第二建設(shè)集團有限公司