大跨度正交平面桁架屋蓋安裝施工技術(shù)

中國(guó)建筑第七工程局有限公司總承包公司 鄭州 450004

1 工程概況

河南省某體育館屋蓋由正交平面桁架組成，其中短向?yàn)榛⌒纹矫骅旒?，桁架最高高度? m，長(zhǎng)向?yàn)橹本€平面桁架，桁架最高高度為3.02 m，標(biāo)高4.50 m以上屋蓋管桁架結(jié)構(gòu)由11榀主桁架、6榀次桁架、3榀環(huán)桁架及4榀角桁架組成。整個(gè)屋蓋結(jié)構(gòu)為沿長(zhǎng)短軸雙軸對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)，為增加結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性，在屋蓋鋼結(jié)構(gòu)4個(gè)圓角部位和平面桁架之間設(shè)置支撐桿件（圖1）。

圖1 體育館效果圖

2 工程施工難點(diǎn)分析

2.1 鋼結(jié)構(gòu)屋面桁架跨度大、高度大、自重大

主桁架最大跨度72.90 m，次桁架最大跨度117.90 m，高度約25.74 m，主桁架單榀質(zhì)量約30 t。在組裝和拼裝過(guò)程中對(duì)剛度、穩(wěn)定性、吊點(diǎn)反力、撓度、桿件內(nèi)力等進(jìn)行施工驗(yàn)算，必要時(shí)需采取加固措施。

2.2 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工場(chǎng)地狹小

本工程標(biāo)高4.50 m以上屋蓋管桁架結(jié)構(gòu)工程由主桁架、次桁架、環(huán)向桁架和拉索支撐組成，中心無(wú)柱子，結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜。

體育館③軸至⑤軸區(qū)域設(shè)計(jì)有一地下室，地下室上面鋼結(jié)構(gòu)屋面桁架吊裝時(shí)，機(jī)械設(shè)備站位受影響，致使吊機(jī)回轉(zhuǎn)半徑大。體育館比賽館內(nèi)的場(chǎng)地面積約為2 146.84 m2，場(chǎng)內(nèi)可使用的施工面積較小。

2.3 各工況下跟蹤測(cè)量控制難

由于施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)體系發(fā)生轉(zhuǎn)化，主桁架桿件和次桁架通過(guò)變形來(lái)完成轉(zhuǎn)換，因此，各施工工況下對(duì)主桁架的位置必須進(jìn)行跟蹤測(cè)量，施工時(shí)采取必要的措施，使變形在受控下完成，以保證整體造型和施工質(zhì)量。

3 正交平面桁架屋蓋安裝方案選擇與施工

3.1 方案的選擇與優(yōu)化

在綜合比較現(xiàn)場(chǎng)拼裝、空中組裝、平面滑移法，分4段吊裝法和分3段吊裝法后，決定采用分3段吊裝法，即：主桁架劃分3段，兩端的2段用汽車(chē)吊吊裝并與型鋼柱焊接安裝，中間1段在地面拼裝，用大噸位汽車(chē)吊整體吊裝拼裝法。

1）優(yōu)勢(shì)：主桁架分段少，地面拼裝量大，地面拼裝相對(duì)高空拼裝操作簡(jiǎn)單；分段少，吊裝量少，吊裝機(jī)械投入少，機(jī)械費(fèi)用低。分段少，斷點(diǎn)處支撐數(shù)量減少，安全性和經(jīng)濟(jì)性提高。主桁架整體吊裝安裝拼裝斷點(diǎn)少，累計(jì)誤差小。地面拼裝、整體吊裝速度快，工期短[1]。

2）劣勢(shì)：需要1 500 kN大噸位吊車(chē)。

3.2 正交平面桁架屋蓋安裝

1）將每一榀主桁架劃分成3個(gè)吊裝單元，共分3段，每段質(zhì)量分別為弧形鋼柱段（左）6.50 t、弧形鋼柱段（右）6.50 t、鋼梁段17.50 t（圖2）。

圖2 主桁架分段后示意

圖3 主桁架拼裝胎架剖面

3）汽車(chē)吊機(jī)及履帶吊機(jī)選擇及行徑路線。2臺(tái)500 kN汽車(chē)吊在體育館場(chǎng)外吊裝主桁架弧形鋼柱段（左）和弧形鋼柱段（右），1臺(tái)1 500 kN履帶吊作為主吊機(jī)在體育館場(chǎng)內(nèi)吊裝③～軸主桁架鋼梁段，在體育館場(chǎng)外吊裝軸主桁架鋼梁段，2臺(tái)250 kN汽車(chē)吊及2臺(tái)塔吊進(jìn)行次桁架等散裝構(gòu)件的吊裝[2]。

圖4 主、次桁架鋼梁段完成后示意

圖5 屋蓋安裝完成后示意

3.3 吊裝質(zhì)量控制

1）臨時(shí)操作平面頂部胎模就位測(cè)量：臨時(shí)操作平臺(tái)頂部鋼板上面設(shè)置弧形桁架及水平桁架下弦桿胎模。先用全站儀在頂部鋼板上定位出主桁架所在位置的定位軸線，然后用水準(zhǔn)儀將標(biāo)高引至臨時(shí)平臺(tái)上，調(diào)整胎模使其中心線與軸線重合，然后調(diào)整胎模標(biāo)高使其與所支撐位置下弦桿標(biāo)高一致，最后焊接固定在臨時(shí)操作平臺(tái)鋼板上。

2）桁架就位測(cè)量：弧形桁架吊裝時(shí)，弧形桁架與胎模相對(duì)應(yīng)一端的下弦桿吊至胎模內(nèi)，另一端與型鋼柱上桁架上、下弦桿切口處對(duì)接。利用不在一條直線上的3個(gè)點(diǎn)確定一個(gè)平面的原理，固定好弧形桁架。水平桁架吊裝時(shí)，先檢查各臨時(shí)操作平臺(tái)鋼架支座處胎模中心線的位置，然后將水平桁架吊裝至胎模內(nèi)，復(fù)核后焊接。此處胎模標(biāo)高確定時(shí)要考慮預(yù)起拱。

3）桁架標(biāo)高復(fù)測(cè)：復(fù)測(cè)桁架標(biāo)高，若有偏差，則在支撐架定位點(diǎn)上放置千斤頂，利用千斤頂進(jìn)行微調(diào)校正。

4）桁架安裝復(fù)測(cè)：桁架直線度、標(biāo)高校核完畢后，利用纜風(fēng)繩將桁架固定。

5）桁架吊裝累計(jì)誤差的處理：為了防止出現(xiàn)累計(jì)誤差，主桁架吊裝前都要對(duì)軸線進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，以實(shí)際測(cè)量尺寸為依據(jù)確定主桁架間次桁架的長(zhǎng)度，遵循次桁架長(zhǎng)度就主桁架間距的原則。

4 結(jié)語(yǔ)

施工前，項(xiàng)目部通過(guò)BIM施工模擬及Midas軟件對(duì)吊裝方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行對(duì)比分析，使吊裝方案進(jìn)行多次優(yōu)化，最終創(chuàng)造了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。施工后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)均在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。