某體育場屋頂罩棚空間管桁架施工技術(shù)要點(diǎn)淺析

王志鵬 劉 杰

太康縣住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局（461400）

1 工程情況簡介

某體育場工程總建筑面積55 000 m2,地上5層，建筑總高為33 m。屋蓋平面投影為橢圓形。內(nèi)緣長軸長211 m，內(nèi)緣短軸長132 m。管桁架懸挑向場內(nèi)懸挑21 m，水平投影長31 m。

體育場屋架采用的是正放三角形鋼桁架，鋼骨架上覆蓋PTFE膜，具有重量輕，承載力高和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)；桁架節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，種類多，除相貫節(jié)點(diǎn)外，下弦采用了大量的復(fù)雜鑄鋼節(jié)點(diǎn)；最小鑄鋼節(jié)點(diǎn)為6管相貫。最大的鑄鋼節(jié)點(diǎn)為10管相貫。

綜合分析體育場結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、現(xiàn)場條件、工期、成本等因素。經(jīng)過多方案比較論證，最終選定了“地面胎架分塊組拼，單機(jī)吊裝”的施工方法，即支座前、中端管桁架采用塔吊上料，網(wǎng)架腳手架上高空散拼及焊接,支座尾端管桁架采用地面預(yù)拼后分片吊裝，空中焊接。

2 技術(shù)要點(diǎn)

2.1 拼裝胎架設(shè)計(jì)

按照桁架拼裝控制點(diǎn)與支座的空間相對位置。采取完全模擬的辦法搭設(shè)桁架尾部拼裝胎架。對拼裝場地澆水壓實(shí)后，鋪碎石塊200 mm。按桁架實(shí)際位置澆筑1.500 m寬、100 mm厚素混凝土，在尾部十管相貫鑄鋼節(jié)點(diǎn)處的混凝土基礎(chǔ)上，鋪設(shè)10 mm厚鋼板。搭設(shè)前應(yīng)按照胎架水平布置圖進(jìn)行測量放線。將各桿的地面相應(yīng)位置準(zhǔn)確彈出。各定位橫桿的上口標(biāo)高嚴(yán)格按照拼裝胎架剖面圖進(jìn)行控制。胎架搭設(shè)完成后應(yīng)對搭設(shè)質(zhì)量進(jìn)行檢查，對各橫桿標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測。確保位置準(zhǔn)確，搭設(shè)連接可靠。

2.2 定位架設(shè)計(jì)

在網(wǎng)架腳手架與看臺(tái)女兒墻間搭設(shè)可滑移定位架，主要用于定位鑄鋼節(jié)點(diǎn)的空間位置。在定位架上將定位點(diǎn)作出明確標(biāo)記，搭設(shè)完成后對其平面位置及標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測，對于偏差大的地方應(yīng)及時(shí)調(diào)整，確保定位架的準(zhǔn)確。

2.3 管桁架的預(yù)拼裝、焊接、吊裝

2.3.1 管桁架的預(yù)拼裝

1）管桁架工廠預(yù)拼裝。為了驗(yàn)證圖紙中構(gòu)件尺寸、角度、相貫線切割的正確性。調(diào)整加工工藝參數(shù)，驗(yàn)證和調(diào)整結(jié)構(gòu)起拱的結(jié)果，對不同類型的主桁架，在工廠內(nèi)進(jìn)行了預(yù)拼裝。對管桁架中主管與鑄鋼節(jié)點(diǎn)的連接，按照設(shè)計(jì)要求，預(yù)留焊縫間隙，檢查起拱的焊縫間隙變化,調(diào)整各個(gè)管件的加工尺寸。通過工廠預(yù)拼裝，保證了各構(gòu)件起拱后的尺寸和角度,確定了結(jié)構(gòu)拼裝的跨度和鑄鋼節(jié)點(diǎn)的定位方法，減少了現(xiàn)場拼裝錯(cuò)誤和困難，加速了拼裝速度。

2）管桁架現(xiàn)場預(yù)拼裝。桁架拼裝按照由尾部向前端的順序進(jìn)行，各鑄鋼件和管件的定位均以地面中心投影線為準(zhǔn),為防止碰撞拼裝架造成移位，在管中心垂吊鉛錘，與拼裝架拉設(shè)的鋼絲線及地面投影中心線校核。

按圖紙拼裝桁架尾部鑄鋼節(jié)點(diǎn)及下弦桿件，每一榀下弦小拼單元包含3個(gè)鑄鋼節(jié)點(diǎn)，3個(gè)下弦主桿，2個(gè)支座撐桿；為了防止拼裝安裝時(shí)支座萬向轉(zhuǎn)動(dòng),我們將支座上下板通過焊接4個(gè)支管將其固定，待安裝膜結(jié)構(gòu)之前拆除約束，使其進(jìn)入設(shè)計(jì)工作狀態(tài)。拼裝各桿件時(shí)，使拼裝自由就位，不能強(qiáng)迫約束就位。

每一榀小拼單元吊離拼裝胎架后，都必須重新對拼裝胎架的尺寸進(jìn)行復(fù)核，確保每榀小拼單元拼裝尺寸的準(zhǔn)確，并檢查拼裝胎架的整體穩(wěn)定性。

2.3.2 管桁架焊接

在小拼裝單元中重點(diǎn)工序是鑄鋼節(jié)點(diǎn)與無縫鋼管的焊接,全場共有300個(gè)鑄鋼節(jié)點(diǎn),8個(gè)類型，它們分別是直線段，弧線段，直線段與弧線段交接處。

按照焊接工藝評定報(bào)告進(jìn)行焊接，鑄鋼節(jié)點(diǎn)與無縫鋼管要進(jìn)行多角度全位置焊接。由于鑄鋼節(jié)點(diǎn)管壁比較厚，與無縫鋼管焊接時(shí)要預(yù)熱，焊后用小錘敲擊以消除殘余應(yīng)力。每一小拼單元焊接完成24 h后進(jìn)行外觀檢查，合格后做超聲波檢測，按照設(shè)計(jì)要求此焊縫為二級焊縫；項(xiàng)目部采取一級焊縫檢查，全部接口做100%超聲波探傷，實(shí)測結(jié)果一次合格率均達(dá)到99%以上。

2.3.3 管桁架吊裝

1）管桁架尾部下弦小拼單元吊裝。采用兩點(diǎn)綁扎法吊裝，其中一點(diǎn)采用雙股ф16鋼絲繩綁扎，鋼絲繩與鋼絲繩之間連接用GD7.5型卡環(huán)；另一點(diǎn)采用雙股ф16鋼絲繩綁扎，在吊鉤雙股鋼絲繩與吊裝單元雙股鋼絲繩之間用SH10型手控葫蘆連接，便于調(diào)節(jié)兩個(gè)綁扎點(diǎn)與吊點(diǎn)之間的角度；在下弦小拼單元首末端系上攬風(fēng)繩，防止構(gòu)件搖晃，調(diào)節(jié)構(gòu)件的方向使其就位。

在構(gòu)件吊裝就位后，利用控制點(diǎn)對位，符合要求后,迅速地進(jìn)行斜腹桿與24.100 m鑄鋼球支座球體的焊接，此接口焊縫為一級焊縫:焊接完成后。用鋼絲繩與手動(dòng)葫蘆綁扎拉緊，防止構(gòu)件失穩(wěn)。此時(shí)吊車才可摘鉤:用同樣方法吊裝對稱位置的下弦小拼單元。

2）管桁架中部和端部下弦主桿與連接桿吊裝。待下弦小拼單元形成穩(wěn)定體系后，網(wǎng)架腳手架移動(dòng)到此位置，利用內(nèi)場兩臺(tái)塔吊吊裝前、中端的各構(gòu)件。在網(wǎng)架腳手架平臺(tái)上，用千斤頂、簡易馬凳拼接下弦主桿及連接桿。

3）管桁架尾部上弦小拼單元吊裝。將已經(jīng)焊接完成的上弦小拼單元吊離地面拼裝胎架，通過計(jì)算確定上弦小拼單元的重心，再進(jìn)行上弦小拼單元吊裝用吊具驗(yàn)算；正式吊裝前需要試吊。

采用兩點(diǎn)綁扎法吊裝，采取的措施與吊裝下弦小拼單元方法一致。在上弦小拼單元腹桿～端系上攬風(fēng)繩，防止構(gòu)件搖晃及碰撞其他桿件。在構(gòu)件各口就位后，迅速地焊接各口，焊接完成后，用鋼絲繩及手動(dòng)葫蘆綁扎拉緊，防止構(gòu)件失穩(wěn)；此后吊車才可摘鉤。

4）管桁架中部度前端上弦主桿的安裝。在已經(jīng)形成完整穩(wěn)定體系的下弦各水平桿中心上，焊接一個(gè)ф80鋼管，鋼管頂部做一個(gè)弧形板，用人字支撐四面固定，形成穩(wěn)定體系，作為拼裝上弦主桿的撐桿。用場內(nèi)塔吊吊裝上弦主桿及各斜腹桿，上弦主桿共分4節(jié)對接拼接,在最前段一節(jié)主桿內(nèi)徑未變，外徑改變下對接焊縫。待全部主桿及斜腹桿焊接完畢后。一榀空間管桁架就已成型。

2.4 聯(lián)系桁架預(yù)拼裝、安裝、焊接

在完成相鄰兩榀管桁架之間的聯(lián)系桁架及下弦弧形連系桿安裝后，空間管桁架才能形成一個(gè)穩(wěn)定的空間體系。

2.4.1 聯(lián)系桁架的拼裝

在內(nèi)場的混凝土硬化地面上，用ф48腳手架管搭設(shè)一個(gè)簡易拼裝平臺(tái),利用塔吊拼裝聯(lián)系桁架，拼裝時(shí)正放，吊裝就位后呈現(xiàn)倒三角形。

2.4.2 聯(lián)系桁架的安裝焊接

在網(wǎng)架腳手架頂部，利用內(nèi)場塔吊將已經(jīng)拼接完成的聯(lián)系桁架吊裝到位，在與主桁架端部連接到位后，經(jīng)檢查無誤、點(diǎn)焊并且加臨時(shí)支撐，塔吊方可摘鉤。

在兩個(gè)桁架之間，焊接聯(lián)系桁架及下弦弧形連系桿后形成了一個(gè)穩(wěn)定的空間體系。

3 高空作業(yè)安全措施

由于管桁架尾部向外傾斜，土建施工搭設(shè)的腳手架不能滿足鋼結(jié)構(gòu)安裝，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和安裝順序,因地制宜地對高空作業(yè)的安全設(shè)施做系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不僅滿足施工安全，方便安全設(shè)施搭設(shè)，而且降低了施工費(fèi)用。

在網(wǎng)架腳手架上鋪滿木板，腳手架平臺(tái)臨邊設(shè)置1.2 m高的防護(hù)欄桿，腳手架平臺(tái)下滿掛一道安全網(wǎng)；十管相貫的鑄鋼節(jié)點(diǎn)焊接處，采用1.2 m高的吊籃作為操作平臺(tái),吊籃采用鋼絲繩可靠系在桁架上。如安全帶無牢固系設(shè)處，將設(shè)置生命線作為安全帶系設(shè)之用。

4 卸載

在完成一榀管桁架全部安裝、檢測和涂裝作業(yè)后，對網(wǎng)架腳手架平臺(tái)上的胎架進(jìn)行卸載；在設(shè)計(jì)施工階段，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬卸載，利用有限元內(nèi)力和變形計(jì)算進(jìn)行分析。計(jì)算結(jié)果顯示卸載對各個(gè)腹桿的內(nèi)力重分配不會(huì)造成破壞，是安全的。實(shí)踐證明，卸載后各個(gè)節(jié)點(diǎn)保持穩(wěn)定，桁架下?lián)蠑?shù)值最大為10 mm，在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。

5 雨季施工措施

鋼結(jié)構(gòu)安裝施工過程中所有機(jī)電設(shè)備必須安全可靠，并有專人負(fù)責(zé)，定期檢查。露天存放的空壓機(jī)、電焊機(jī)，要上有蓋、不漏雨，下有墊、不水淹，操作者使用前檢查電的接地情況，電工定期檢查絕緣情況。在露天焊接鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，要搭設(shè)臨時(shí)防雨棚，嚴(yán)禁雨水飄落在炙熱的焊縫上。由于鋼結(jié)構(gòu)安裝全部是高空作業(yè)，在施工前必須采取避雷措施。

6 小結(jié)

在空間管桁架施工過程中，為了控制鋼結(jié)構(gòu)的施工精度,對結(jié)構(gòu)形態(tài)和就位精度進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測。將調(diào)整就位精度放在4個(gè)伸縮縫處，最后管桁架成功合攏，合攏精度高于設(shè)計(jì)允許值，鋼結(jié)構(gòu)施工達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，取得了很好的效果。

體育場屋面工程采用“前、中端高空散拼，后端地面拼裝分片吊裝”方案，高質(zhì)量、順利安全地完成了安裝任務(wù)。通過施工實(shí)踐證明方案是科學(xué)合理的。所采取的一系列措施為施工提供了必要的技術(shù)保證。