大跨度雙向BOX管鋼桁架施工技術(shù)

許懿 李書文 馮穎 馮錦華 黃誠

【摘 要】大跨度鋼桁架的吊裝施工通常需要大型吊裝設(shè)備的支持，文章依托實際工程實例，針對場地狹小、工況復(fù)雜等不利條件的大跨度雙向BOX管鋼桁架的吊裝工程，提出以支撐架為作業(yè)承重平臺的多段施工方案，并對該方案的具體施工方案及安全性進行了闡述、分析。

【關(guān)鍵詞】大跨度;雙向受力;支撐架;鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

【中圖分類號】TU758.11 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）06-0052-03

0 引言

現(xiàn)代建筑在追求安全性的同時，也對外形的美觀與創(chuàng)新性提出了新的要求，一些結(jié)構(gòu)獨特、復(fù)雜幾何造型、流線型的建筑受到人們的青睞。但是，新穎獨特的構(gòu)造和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)類型給鋼結(jié)構(gòu)施工提出了更高的要求。

廣西柳州市李寧體育館工程是當前國內(nèi)跨度最大的雙向受力封閉式BOX鋼桁架工程，同時存在吊裝場地狹小、工況復(fù)雜及無法使用大型起重設(shè)備等不利條件。本文以該工程為切入點，介紹和分析超大跨度雙向鋼桁架局部支撐分榀分段分件吊裝高空拼裝技術(shù)、雙向鋼桁架拼裝焊接技術(shù)、雙向鋼桁架支撐架卸載技術(shù)，為大跨度雙向BOX管鋼桁架的安裝與施工提出一種新的且可行的施工方案。

1 工程概況

廣西柳州市李寧體育館建筑平面布置如圖1所示，建筑高總高度為29 m。體育館南北向屋架長121 m，東西向屋架長101 m，屋面為雙向BOX鋼管桁架和“H”形鋼梁組合而成的空間受力結(jié)構(gòu)體系，主桁架東西向跨度為82 m、主桁架南北向跨度為78 m。主結(jié)構(gòu)構(gòu)件材質(zhì)為Q345B，桁架為BOX管桁架結(jié)構(gòu)，桁架構(gòu)件最小管徑為BOX140 mm×4 mm，桁架最大管徑為BOX250 mm×14 mm。1～16軸共10榀BOX桁架，13榀“H”形鋼鋼架梁;A～M軸共7榀BOX桁架，11榀“H”形鋼鋼架梁。其中，BOX桁架單榀最重為25.47 t，最輕為19.95 t;單件“H”形鋼鋼架梁最重為0.9 t，最輕為0.4 t。

2 施工工藝

根據(jù)雙向鋼桁架結(jié)構(gòu)的雙向受力特點及現(xiàn)場實際，選擇局部支承分榀分段分件吊裝高空拼裝的安裝方案，工藝原理如下：通過深化雙向桁架的空間節(jié)點和桿件設(shè)計，以及支承承重支架設(shè)計，首先將一個方向受力的主桁架分榀分段安裝在支撐架上進行拼裝，并初步形成該方向的每榀主桁架受力體系;其次進行分件吊裝拼裝另一個方向的主桁架桿件及支撐體系桿件，并初步形成雙向桁架受力體系;最后在支撐架頂部的作業(yè)平臺上進行空中卸載就位，形成設(shè)計所要求的雙向鋼桁架受力體系。

3 施工步驟

3.1 獨立承重支撐架及作業(yè)平臺設(shè)計

支撐架布置如圖2所示，按照安裝方案在建筑物中間A-M軸方向每榀主桁架拼接接頭E軸和H軸處搭設(shè)兩排（超大跨度）支撐架及作業(yè)平臺，其作用是局部支撐A-M軸方向每榀主桁架鋼構(gòu)件。支撐架搭設(shè)順序為4軸支承架起，按照4→13軸的順序依次逐跨進行，并逐跨拉結(jié)牢固，與逐跨吊裝相適應(yīng)。

支撐架的支撐標準段做法如圖3所示，支撐架為格構(gòu)式，最大高度為25 m，分段制作，段與段之間用M16高強螺栓連接，標準段長度為6 m，每個獨立支撐架最大承受力約240 kN。支撐架荷載主要來自自身重力、上部桁架重力傳遞荷載、施工活荷載、橫向風荷載及因支撐架卸載不同步產(chǎn)生的附加反力。

3.2 作業(yè)平臺搭設(shè)

作業(yè)平臺采用鋼管扣件式腳手架結(jié)構(gòu)形式，在支撐架外圍與連接部位采用鋼管扣件式腳手架搭設(shè)作業(yè)平臺。作業(yè)平臺的支撐架布置示意圖如圖4所示。從承重支撐架上部12～13 m處用圓管支撐連接，高度為1 m;從桁架底端處往下設(shè)置操作平臺，平臺高為1.2 m，往兩側(cè)各延伸1.2 m，邊側(cè)設(shè)置欄桿，欄桿高1.2 m，從承重支架端面上部設(shè)立高3 m的拼裝護欄。

3.3 桁架安裝與吊裝

先在拼裝場地內(nèi)對桁架進行拼裝。為防止構(gòu)件組裝因胎架不均勻沉降而影響精度，拼裝場地要求先平整壓實，再鋪設(shè)200 mm厚的碎石墊層并進行壓實，最后在上面澆厚度為150 mm的C20混凝土。場地選擇以吊裝設(shè)備的位置和主體鋼桁架的最大外形尺寸為參考因素進行合理布置。

桁架拼裝流程：結(jié)合本工程設(shè)計起拱要求（桁架起拱2‰，跨度大于6 m的鋼梁起拱3‰），桁架拼裝流程按照從下弦到上弦再到腹桿的拼裝順序進行單榀桁架的拼裝，再將桁架拼裝成吊裝單元，以方便現(xiàn)場拼裝時構(gòu)件的定位及定位后的調(diào)整。

吊裝的順序如圖5所示，為沿長向從一端到另一端依次進行：先吊兩榀橫向（短向）主桁架，再吊兩榀橫向桁架之間的縱向桁架，接著吊第三榀橫向主桁架，依次進行直至吊完所有桁架。每一榀橫向主桁架吊裝時，將桁架分為3段，依次吊裝，分段如圖6所示，加工時桁架上下桿件在E、H軸附近截斷，分段處的腹桿采用現(xiàn)場拼裝，在現(xiàn)場高空焊接。桁架吊裝時，先吊中間段，后吊兩邊段。吊裝兩榀橫向桁架之間的縱向桁架時，應(yīng)從中間向兩邊推進。

3.4 獨立承重支撐架卸載

支撐架卸載采用液壓千斤頂卸載法，如圖7所示：桁架安裝時，每個支撐架頂部設(shè)置2臺50 t液壓千斤頂支撐桁架下弦，通過調(diào)節(jié)千斤頂?shù)男谐淌硅旒芟陆禃r產(chǎn)生撓度，支撐受力逐漸變小，從而達到卸載的目的。

4 支撐架穩(wěn)定性分析

支撐架分析計算主要采用sap 2000軟件進行。針對角鋼支撐架，根據(jù)模擬施工加載和卸載過程，鋼桁架受力形式為雙向受力，其中施工活荷載取3 kN/m2;水平方向的風載基本風壓為0.35 kN/m2;考慮到施工時安裝位置偏差引起的偏心，取偏心距L/7（L為支撐柱肢間寬度）。鋼材采用Q235型鋼，屈服強度fy=210 N/mm2支撐架標準節(jié)為1 000 mm×1 000 mm×800 mm，架高25 m;單榀BOX桁架取最重25.47 t，南北跨度為78 m，共10榀;東西跨度為82 m，共7榀。單榀“H”形鋼架梁取最重0.9 t，南北向13榀，東西向11榀。

荷載組合如下：①1.35×恒載+0.7×1.4×活載;②1.2×恒載+1.4×活載+0.7×1.4×風荷載;③1.2×恒載+0.7×1.4×活載+1.4×風荷載;④恒載+0.7×活載+風荷載;⑤恒載+活載+0.7×風荷載。

支撐架應(yīng)力計算結(jié)果如圖8、圖9所示。由圖8、圖9可知，支撐架偏心一側(cè)的豎向桿件應(yīng)力比增大，最大應(yīng)力比為0.722，保持在0.9以內(nèi)，故可認為支撐架設(shè)計滿足鋼桁架的吊裝支撐需求。

施加荷載后，支撐架的位移情況如圖10所示：未考慮偏心受狀況壓時，支撐架的豎向形變?yōu)?8.9 mm（方向上為正）;考慮偏心受壓狀況時，支撐架的豎向形變?yōu)?11.7 mm，同時產(chǎn)生水平方向上形變28.5 mm。參照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50017—2003）的有關(guān)規(guī)定：層間相對位移與層高之比值不宜大于1/400，故有28.5 mm<25 000/400=62.5 mm。經(jīng)以上計算可知，支撐架的受力、變形設(shè)計均滿足規(guī)范要求。

5 關(guān)鍵技術(shù)控制

對于設(shè)置在體育場看臺處的支撐架，由于看臺的承載力無法滿足支撐架傳遞荷載的要求，因此需要對看臺的支撐架位置進行加固。采用型鋼及圓管等構(gòu)件對看臺結(jié)構(gòu)進行加固處理，支撐荷載通過型鋼梁傳遞至混凝土梁或樓板，再通過混凝土柱、型鋼柱或鋼管柱傳遞至底板，確保了看臺及支撐結(jié)構(gòu)的使用安全。場內(nèi)支撐架多數(shù)需要支撐在二層、三層看臺上，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，用型鋼在看臺上設(shè)置鋼平臺，支撐架設(shè)置在鋼平臺之上，底部與鋼平臺焊接固定，支撐架根據(jù)安裝進度逐步進行搭設(shè)，以便于吊車在場內(nèi)行走。

由于桁架長度較長，其平面外剛度較差，用普通的吊裝方式進行吊裝時分段構(gòu)件易發(fā)生變形，所以選擇扁擔梁吊裝的方式進行吊裝，吊點設(shè)置在桁架上弦節(jié)點處，各吊點處吊索與水平面的角度設(shè)置在45°～70°。

支撐架卸載時必須遵守“變形協(xié)調(diào)，卸載均衡”的原則，盡量做到同步分級進行。卸載步數(shù)和每一步卸載量應(yīng)根據(jù)節(jié)點設(shè)計撓度按比例計算確定。并且，必須進行施工模擬驗算，確保結(jié)構(gòu)和支撐架的安全。當千斤頂下降的總行程超過設(shè)計撓度的15%，支撐架仍處于受力狀態(tài)，則應(yīng)停止卸載，并查找原因。

6 結(jié)語

柳州李寧體育館工程采用了超大跨度雙向鋼桁架局部支撐分榀分段分件吊裝高空拼裝技術(shù)、雙向鋼桁架拼裝焊接技術(shù)、雙向鋼桁架支撐架卸載技術(shù)，克服了工程中建筑跨度大、工況復(fù)雜等不利因素的影響，同時吊車使用噸位小，支撐架體系滿足了各方向桁架的施工需求，做到了安全可靠施工的同時，也節(jié)約了施工資源，對今后的大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑施工有一定的借鑒意義。

參 考 文 獻

[1]GB 50017—2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[2]GB 50755—2012，鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范[S].

[3]彭玉豐，羅永峰.大跨度鋼桁架吊裝過程分析[J].結(jié)構(gòu)工程師，2011，27（4）：45-49.

[責任編輯：鐘聲賢]