大跨度三角形空間屋架制作安裝技術(shù)

□文/沈乃煊 王明明 曹爽秋 李忠雨 婁維萍

工程概況

空客A320系列飛機總裝線19號后裝機庫工程位于天津市濱海新區(qū)臨空產(chǎn)業(yè)區(qū)內(nèi)，廠房主體為鋼結(jié)構(gòu)，跨度96 m，長92 m，面積12 800 m2，排架柱采用實腹式H型鋼柱，屋面為4榀主桁架和次桁架構(gòu)成。主桁架結(jié)構(gòu)為四支點三角形管桁架結(jié)構(gòu)，跨度96 m，質(zhì)量200 t。桁架主弦桿為直徑630 mm，厚度30 mm，腹桿為無縫鋼管，弦桿腹桿通過節(jié)點板和高強螺栓連接，屋架、鋼柱點采用45#鋼制成的銷子進行連接的承插式節(jié)點。

施工難點

承插式節(jié)點是指鋼桁架通過支點的方形鋼塊同時插入鋼柱端雙節(jié)點板上的凹槽形成的桁架與鋼柱的連接形式。兩支點桁架要滿足桁架在跨度方向的尺寸與相應鋼柱節(jié)點距離間偏差不得超過±1 mm。以一跨間的兩個連接節(jié)點作為一組，對于四支點封閉式鋼桁架就有兩組這樣的連接節(jié)點，他們在結(jié)構(gòu)上相互制約，形成矩形的四個角，所以除了滿足上述兩支點桁架的偏差要求外，桁架兩組對角支點距離與相應對角鋼柱支點距離間偏差應控制在±1 mm。見圖1。

圖1 桁架支點分布與誤差要求

這樣的安裝精度對于大跨度鋼桁架已經(jīng)超出了國家規(guī)范的要求，必須綜合考慮桁架制作、現(xiàn)場組對、大跨度桁架溫度變形控制、鋼柱定位、桁架吊點設(shè)置等方面。

主要施工工序

管桁架偶配制作

（1）腹桿三角單元的組對制作。在剛性平臺上對腹桿三角單元進行放樣、定位工裝胎具，所有的腹桿單元均在此胎具上進行組對制作。連接腹桿與節(jié)點板，進行臨時固定。

（2）下弦桿定位。在剛性平臺上放出12個控制點，圖2。

圖2 控制點示意

將屋架下弦管裝入組對平臺上，通過控制點對屋架下弦的拱度、位置進行控制，定位完成后點焊固定。

（3）裝配腹桿單元。下弦桿定位完成后，利用控制點在下弦桿上進行腹桿定位，然后將組對完成的腹桿單元裝入下弦桿，點焊臨時固定。

（4）裝配上弦桿。腹桿單元裝配完成后，利用腹桿作為支架裝配上弦桿，就位后點焊固定。

（5）尺寸復測。上弦桿組對完成后，用控制點對屋架的尺寸進行復測，未達到設(shè)計要求的進行整改，復測后的尺寸提供至現(xiàn)場用于安裝屋架使用，滿足設(shè)計要求后進行下一道工序。

（6）成品氣保焊。尺寸合格后對屋架進行成品氣保焊焊接，嚴格要求焊接質(zhì)量，對于一、二級焊縫進行超聲波探傷。

管桁架安裝

（1）鋼桁架現(xiàn)場組對。現(xiàn)場的測量工具與制作中的測量工具應統(tǒng)一。在桁架安裝位置就近設(shè)置組對鋼平臺，組對前以工廠制作的數(shù)據(jù)進行軸線與連接節(jié)點的放樣，鋼平臺抄平后根據(jù)鋼桁架工廠制作尺寸現(xiàn)場將散件組對成型。管桁架拼裝位置見圖3。

圖3 屋架的拼裝擺位

（2）鋼柱節(jié)點位置調(diào)整。根據(jù)桁架工廠制作數(shù)據(jù)調(diào)整四支點所在鋼柱的間距與之一一對應，即鋼柱支點上的兩個凹槽中心線與制作放樣所用的字母軸重合，連各凹槽連接板間的中心線與制作放樣所用的數(shù)字軸重合，見圖4。

圖4 鋼柱位置調(diào)整

（3）鋼桁架吊裝。利用結(jié)構(gòu)力學求解器設(shè)計吊點位置，計算結(jié)構(gòu)起吊后的變形量?？紤]到結(jié)構(gòu)跨度大、質(zhì)量大的特點采用四點起吊的方案，這樣吊裝變形最小，同時兼顧了工程造價。見圖5。

圖5 鋼桁架吊點示意

桁架組對的位置即是桁架吊裝位置，現(xiàn)場桁架組對位置緊鄰相應鋼柱位置，最終組對完成的桁架與鋼柱成交叉型就位，由此進行計算放樣確定吊車擺位、型號的吊車。見圖6。

圖6 屋架吊裝設(shè)計

采用圖6的方案，2臺500 t吊車同時將桁架整體提升至16.21 m高度時與鋼柱進行對接后，完成一榀桁架的吊裝。這種方法桁架與鋼柱間隔很小，吊裝過程中可能遇到桁架發(fā)生傾斜與鋼柱相撞的情況，為避免這種情況在屋架下弦采用專用水準儀控制屋架吊裝過程中的水平度。

根據(jù)圖6吊車進場擺位，然后在設(shè)計的4個吊點處設(shè)置鋼絲繩且每兩個吊點間設(shè)置保護鋼絲繩。由于桁架質(zhì)量很大，故在鋼絲繩與桁架之間設(shè)置鋼絲繩保護裝置，確保吊裝過程的安全。

通過計算機模擬各種工況并經(jīng)過現(xiàn)場48 h溫度測量，收集管桁架長度變形數(shù)據(jù)，確定吊裝的最佳時間，對桁架進行起吊，使屋架垂直上升吊裝至鋼柱連接端上方后，同時將桁架的4個支點與相應鋼柱的連接節(jié)點相連。

桁架就位后，進行結(jié)構(gòu)尺寸復測、校正。合格后用風繩和柱間支撐進行臨時固定，最后卸荷完成一榀桁架的吊裝。見圖7。

圖7 鋼桁架安裝完成后效果

實施效果

19號后裝機庫應用此施工技術(shù)進行施工，桁架4個連接節(jié)點均一次安裝就位，避免了翻修調(diào)整，安裝誤差滿足相對偏差±1 mm，滿足了設(shè)計要求的各項指標。根據(jù)此工程施工方法編制的《大跨度四支點高精度鋼桁架施工工法》已獲得天津市級工法。