大型體育館鋼結(jié)構(gòu)管桁架施工技術(shù)

胡章貴

（貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，貴州 畢節(jié) 551700）

1 工程概況

貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院體育館工程總建筑面積15 996m2，屋蓋以下為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，屋蓋以上為管桁架鋼結(jié)構(gòu)，呈橢球形，長軸約79.8m，短軸約64.8m，劃分為2個錯層的長條形片狀大跨度拱形桁架，桁架最大跨度64.8m。屋面曲線流暢飄逸，簡潔而有特色，屋面材料為輕型金屬屋面板（見圖1）。屋蓋采用空間管桁架和網(wǎng)殼混合結(jié)構(gòu)形式。屋蓋主體結(jié)構(gòu)通過減振、抗震球形支座支撐于下部混凝土柱頂，柱內(nèi)為四邊形和倒三角形空間管桁架，柱外邊懸挑部分為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。空間管桁架節(jié)點為相貫節(jié)點，網(wǎng)殼及支座節(jié)點采用螺栓球和焊接球節(jié)點。

圖1 項目側(cè)立面效果

2 工程特點與難點

1）貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院體育館屋面鋼結(jié)構(gòu)為超大型空間結(jié)構(gòu)，由9個相互平行的長條形拱形桁架組成，各桁架之間相對獨立，高度和形式均不相同。為保證屋面造型，空間定位測量如何保證是一大難點。

2）桁架中部采用橫向水平支撐，以保證屋面平面剛度。在安裝過程中，桁架水平支撐安裝完畢后，方為穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)，所以保證施工階段的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定至關(guān)重要。

3）桁架支座為限位雙向滑動抗震球剛性支座，支承于下部鋼筋混凝土框架柱上，即沿著桁架縱橫方向，支座允許有限滑動。支座較為復(fù)雜，由北交大支座研究所定制生產(chǎn)。

4）兩側(cè)承臺桁架結(jié)構(gòu)長達(dá)92.67m，此榀為結(jié)構(gòu)最高點桁架，與下部桁架弦桿連接，給安裝施工帶來較大難度。

5）體育館主桁架4～6榀桁架組合成一榀，重約63t，長64.8m，無法使用塔式起重機直接吊裝，因此采用在體育場外拼裝，再采用履帶式起重機整體提升，因此要制定詳細(xì)、安全的施工吊裝方案。

6）管桁架節(jié)點為管管相貫節(jié)點，如何選擇合理的安裝順序，保證鋼管順利安裝，并保證相貫節(jié)點的焊接質(zhì)量是本工程的另一大難點。

3 主要吊裝設(shè)備選擇及施工現(xiàn)場總平面布置

3.1 主要吊裝設(shè)備選擇

屋面鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場組拼和安裝工作是整個工程的重要工序，直接影響工程總體質(zhì)量和工程進(jìn)度。而吊裝機械的選擇直接決定了鋼結(jié)構(gòu)的總體施工方法，因此針對本工程結(jié)構(gòu)形式，制定并采用合適的履帶式起重機機型和布置方案至關(guān)重要。綜合考慮各構(gòu)件的位置和重量，結(jié)合該工程建筑構(gòu)造、結(jié)構(gòu)形式、工期要求，決定采用2臺SCC320履帶式起重機，主臂長18～84m，最大起重量320t；2臺最大起重量25t、主臂長31m的汽車式起重機和1臺最大起重量8t，主臂長18m的汽車式起重機，以滿足施工需要。

3.2 起重機平面布置

起重機平面布置如圖2所示。2臺320t履帶式起重機分別位于邊軸線東、西側(cè)13.5m處，2臺25t汽車式起重機位于北側(cè)，1臺8t汽車式起重機在場內(nèi)輔助吊運材料。

圖2 施工現(xiàn)場總平面布置

3.3 履帶式起重機布置方案主要優(yōu)點

1）保證吊裝作業(yè)時履帶式起重機沒有盲區(qū)，可覆蓋整個屋蓋鋼結(jié)構(gòu)。

2）滿足體育館屋面各個大跨度、超重桁架的吊裝作業(yè)。

3）2臺履帶式起重機均布置在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)外側(cè)，對主體結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生影響。

4 鋼結(jié)構(gòu)加工制作

4.1 桿件加工工藝要求

1）桿件下料時必須預(yù)留焊接收縮量，根據(jù)管徑和壁厚將預(yù)留2～4mm。

2）根據(jù)管徑和壁厚大小，選擇自動切管機下料，并把坡口切好。

3）鋼管噴砂除銹后當(dāng)班必須涂上底漆。

4）桿件編號時，為便于查找，把編號寫在桿件兩端頭內(nèi)壁上。

5）桿件允許偏差及檢驗方法如表1所示。

表1 桿件允許偏差及檢驗方法

4.2 鋼管相貫線切割

本工程管桁架相貫線全部通過計算機立體放樣，將數(shù)據(jù)輸入計算機控制三維自動切管機精確切割，即腹桿上的相貫線及焊接坡口一次切割完成，如圖3所示。

4.3 鋼管桿件焊接

1）采用與Q235B鋼桁架相應(yīng)的焊接材料。

2）手工焊接用的焊條，應(yīng)符合GB/T 5118—2012《低碳鋼和低合金鋼焊條》的規(guī)定及鑄鋼用焊條相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。選擇的焊條型號應(yīng)與主體金屬強度相適應(yīng)。

3）自動焊或半自動焊接用的焊絲和焊劑應(yīng)與主體金屬相適應(yīng)，應(yīng)采用符合GB/T 14957—94《焊接用鋼絲》規(guī)定的含有錳、硅等高脫氧元素的合金鋼焊絲。

圖3 數(shù)控鋼管相貫線切割機

4.4 涂裝材料

1）鋼結(jié)構(gòu)防銹處理采用防銹涂料，可選用水性無機富鋅漆。

2）鋼構(gòu)件的防銹和涂裝應(yīng)在制作質(zhì)量檢驗合格后執(zhí)行。所有鋼管兩端均應(yīng)封閉，若未封閉須設(shè)封板，以防管內(nèi)銹蝕。

3）鋼構(gòu)件表面的防銹方法采用噴射或拋射除銹，使鋼材表面露出部分金屬光澤，除銹等級應(yīng)達(dá)Sa2.5，其質(zhì)量要求應(yīng)符合GB 8923—88《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》的規(guī)定。

4.5 防火涂料

本工程防火等級為二級，屋面鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限為1h，采用薄型防火涂料。

5 鋼結(jié)構(gòu)施工

5.1 施工區(qū)域劃分及安裝順序

屋面鋼結(jié)構(gòu)由9個相互平行的長條形拱形桁架組成，按照該結(jié)構(gòu)特點將屋面劃分為A、B 2個主要施工區(qū)域，分別使用2臺履帶式起重機進(jìn)行吊裝。由于2個區(qū)域相對獨立，因此按照從一端向另外一端的順序進(jìn)行安裝，單個區(qū)域的安裝按照由南向北的順序進(jìn)行，如圖4所示。

除以上2個區(qū)域外，鋼結(jié)構(gòu)施工還包括桁架邊緣懸挑網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，這部分網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)與管桁架連接節(jié)點為相貫節(jié)點，需桁架安裝完畢再進(jìn)行螺栓球網(wǎng)架施工（見圖5）。

圖4 施工區(qū)域劃分及施工順序

圖5 體育館頂部屋面桁架平面布置

5.2 鋼結(jié)構(gòu)安裝方法

1）體育館頂部長軸兩端HHJ9b、HHJ9a屋面環(huán)桁架采用2臺25t汽車式起重機整段在地面拼裝，然后利用2臺320t履帶式起重機高空整段吊裝就位，局部多點用直徑20mm鋼絲繩和5t倒鏈固定。

2）體育館頂部四周 HHJ1a（b）—HHJ8a（b）屋面環(huán)桁架，采用2臺25t汽車式起重機整段在地面拼裝，然后用1臺320t履帶式起重機整段吊裝就位與兩端主桁架焊接連體。

3）體育館頂部長軸兩端 ZHJ9、ZHJ8、ZHJ2、ZHJ1（跨度＜64.8m）屋面主桁架，整段在地面拼裝，然后利用2臺320t履帶式起重機整段吊裝就位。

4）體育館頂部主桁架與環(huán)桁架、主桁架與主桁架之間的次桁架 CHJ1a（b）—CHJ8a（b），地面整體拼裝，然后采用 1 臺320t履帶式起重機整段吊裝就位與兩端主桁架或環(huán)桁架焊接連體。

5）體育館頂部的 ZHJ3、ZHJ4-6組合、ZHJ7大跨度（長64.8m）屋面鋼結(jié)構(gòu)主桁架地面整體拼裝，采用2臺25t汽車式起重機輔助起吊，2臺320t履帶式起重機雙機起吊就位。

5.3 吊裝前的準(zhǔn)備工作

設(shè)備在吊裝前，必須做好全面仔細(xì)的檢查核實工作。檢查吊裝單元安裝基準(zhǔn)標(biāo)記、方位線標(biāo)記是否正確。選擇有經(jīng)驗的司索工進(jìn)行吊裝索具的系接，保證吊裝索具的位置和角度。

5.4 試吊

試吊前檢查確認(rèn)，吊裝總指揮進(jìn)行吊裝操作交底。起吊放下進(jìn)行多次試驗，使各部分具有協(xié)調(diào)性和安全性，同時復(fù)查各部位的變化情況。

5.5 吊裝就位

1）由總指揮正式下令，檢查各崗位到崗待命情況，并檢查指揮信號系統(tǒng)是否正常。各崗位匯報準(zhǔn)備情況，并用信號及時通知指揮臺。正式起吊，離開地面500～800mm時停止，并作進(jìn)一步檢查，各崗位應(yīng)匯報情況是否正常。撤除支座及地面雜物，繼續(xù)起吊。

2）吊裝過程應(yīng)時刻注意保持吊裝單元的穩(wěn)定狀態(tài)。在吊裝過程中應(yīng)盡量減少停止次數(shù)。

3）就位調(diào)整時，應(yīng)注意盡量使接口對準(zhǔn)已安裝完畢的桁架接口，防止發(fā)生碰撞，然后緩慢下降就位。

4）當(dāng)?shù)跹b單元就位后，測量其中心線及標(biāo)高誤差，并加以調(diào)整，調(diào)整完畢后與支座焊接固定。

5.6 技術(shù)保證措施

1）吊裝指揮系統(tǒng)是設(shè)備吊裝的核心，也是吊裝成敗的關(guān)鍵。因此，成立吊裝領(lǐng)導(dǎo)小組，為吊裝制定完善和高效的指揮操作系統(tǒng)，使整個吊裝過程有條不紊地順利進(jìn)行。

2）技術(shù)負(fù)責(zé)人要對2臺履帶式起重機司機、起重工及信號指揮人員進(jìn)行詳細(xì)的書面技術(shù)交底和安全交底。2臺履帶式起重機司機必須明確構(gòu)件的重量以及各自運行的路線。

3）抬吊前履帶式起重機機組人員對設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和保養(yǎng)，其中包括履帶式起重機的結(jié)構(gòu)部分、剎車系統(tǒng)、卷揚機構(gòu)、鋼絲繩等，起重工要對所用的吊索具進(jìn)行嚴(yán)格的檢查。

4）抬吊過程中信號員負(fù)責(zé)掌握吊鉤的運行方向，統(tǒng)一指揮協(xié)調(diào)2臺履帶式起重機的回轉(zhuǎn)動作和變幅動作。

5）2臺履帶式起重機吊索都應(yīng)保持與地面呈垂直狀態(tài)。

6）雙機抬吊履帶式起重機按降效20%考慮。

5.7 安全保證措施

1）起吊過程中，保持鋼絲繩垂直，起鉤前先將鋼絲繩繃緊，原地觀察，構(gòu)件在離地面0.5m左右時必須停住，確定制動、吊點、吊具等沒問題時再繼續(xù)進(jìn)行操作。

2）起重機回轉(zhuǎn)時要使構(gòu)件下降到允許的最低位置，禁止抬吊構(gòu)件距最低位置較高處做大范圍的回轉(zhuǎn)和變幅動作。

3）抬吊過程中司機在操作時必須集中精力，當(dāng)安全位置顯示報警時，必須按照操作規(guī)程中的有關(guān)規(guī)定操作。

4）信號指揮在吊裝過程中必須集中精力，使用對講機指揮必須口齒清楚。

5）履帶式起重機司機在吊裝過程中要集中精力，未聽清信號不得擅自操作。

6 施工驗算

選跨度最大、拱高最高的ZHJ7為計算單元，驗算結(jié)果如下所述。

1）提升過程各桿件強度應(yīng)力比為0.7，滿足強度要求。

2）提升過程中位移計算最大合位移約為8.4mm，滿足使用要求。

3）桁架落位后對柱頂?shù)乃搅?2kN，小于球型支座的設(shè)計值350kN，滿足要求。

7 結(jié)語

大型體育場館管桁架鋼結(jié)構(gòu)施工應(yīng)結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)形式、空間形態(tài)，在確保桁架加工及安裝精度的情況下，編制科學(xué)、安全、實用的施工方案，選擇合理的吊裝設(shè)備及加工工藝，制定周密細(xì)致的吊裝順序，是大型體育場館管桁架施工取得成功的關(guān)鍵所在。