探究大跨度鋼結(jié)構(gòu)桁架施工技術(shù)

摘 要 管桁架整體式結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)代大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較廣泛，如何對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理分割、分塊，是解決制作和安裝的首要問(wèn)題。另外在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工中會(huì)出現(xiàn)各種吊裝難題，如何處理和解決這些難題，是工程能夠順利、安全進(jìn)展的重要環(huán)節(jié)。下面本文以日本仙臺(tái)市村田制作所株式會(huì)社未來(lái)創(chuàng)新中心展館項(xiàng)目為例，試論大跨度鋼結(jié)構(gòu)桁架施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞 展館;整體式屋蓋桁架制作;安裝單元塊的分割;現(xiàn)場(chǎng)制作的可行性;吊裝難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)方案;滑移安裝

1工程概況

日本仙臺(tái)市村田制作所株式會(huì)社未來(lái)創(chuàng)新中心展館部分，共1#～5#展館自西向東連成近似梯形，占地面積32700m2，其中會(huì)展建筑面積29600m2，鋼結(jié)構(gòu)工程于2018年3月開(kāi)工，2019年6月結(jié)構(gòu)吊裝完工，2019年12月主體結(jié)構(gòu)竣工驗(yàn)收。

展館主體鋼結(jié)構(gòu)1680t，圍護(hù)鋼結(jié)構(gòu)600多噸，展館屋架系統(tǒng)為“▽”型鋼管桁架，北高南低，南側(cè)檐口結(jié)構(gòu)高度13.2m，北側(cè)檐口高19.35m，屋面傾角為5°，1#～4#展館每一展館寬47.55m，中間僅有4根或2根鋼柱支撐，兩側(cè)均坐落于混凝土核心筒邊柱上，其中1#展館西側(cè)中部還有地下室。

屋架桁架采用直縫焊管，材質(zhì)STKN490B（日制鋼管），弦桿規(guī)格為φ457.2×16、φ318.5×10.3、φ216.3×8.2，腹桿為φ216.3×8、φ165.2×6及φ139.8×4.5;鋼柱采用φ609.6×16兩端均采用剛接。桁架截面高度為3000（中心高），最大跨度47.75m（4#展館橫向桁架），最大構(gòu)件重量43.2t（門橋1）。

本工程主體結(jié)構(gòu)管桁架桿件連接接頭均為相貫線全熔透焊接接頭，支座節(jié)點(diǎn)的焊縫和鋼管對(duì)接焊縫均要求為一級(jí)焊縫，其余為二級(jí)。

2整體式屋蓋桁架制作、安裝單元塊的分割探討

作為設(shè)計(jì)，它總將每一展館的屋面作為一個(gè)整體，將每一桁架的構(gòu)件采用相貫線全熔透焊接連接，以保證其等強(qiáng)度。如果考慮每館整體吊裝，現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地不允許，有周邊的砼核心筒受干涉，另外吊機(jī)也不允許，無(wú)這么大起重量及伸臂尺寸的起重機(jī)，而且由于制作時(shí)工件不能翻身，很多連接焊縫的施焊位置不合適，不可避免要出現(xiàn)立焊和仰焊，對(duì)焊接質(zhì)量不易保證，所以必須要根據(jù)縱橫桁架的構(gòu)造進(jìn)行安裝單元分塊。

但是如果簡(jiǎn)單地從縱、橫桁架相連接的根部分段，將會(huì)在桁架安裝時(shí)碰到相貫線的安裝接口，而且在吊裝就位時(shí)，必須使桁架作一定的水平位移，且接口誤差會(huì)比較大，空中接口施工難度大，焊縫質(zhì)量不好保證。因此必須在先安裝的主桁架上焊上一段連接短管段，長(zhǎng)度不小于500，其外側(cè)端口為齊口，并開(kāi)好剖口，內(nèi)襯襯墊管，在吊裝時(shí)可軸向伸縮，在接口處上方加焊一塊定位靠板，保證其吊裝連接時(shí)能定位，并保證合適的襯墊焊間隙尺寸。

4#展館由于設(shè)計(jì)抽柱，致使受力結(jié)構(gòu)變化，必須將橫向桁架做成整體，跨度（47.75m），而把中間的縱向桁架分段，與各橫向梁相連。由此可見(jiàn)必須根據(jù)受力情況來(lái)確定桁架的主次，分割中應(yīng)保證主要受力桁架不斷開(kāi)，且優(yōu)先就位安裝，有支座桁架優(yōu)先安裝，以減少現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)支撐的數(shù)量。

3現(xiàn)場(chǎng)制作的可行性探討

大型屋蓋管桁架，即使進(jìn)行了合理的分塊，由于其桁架截面尺寸較大，每一吊裝單元件的外形尺寸還是很大，大部分桁架高度都大于3.5m，門橋桁架總高達(dá)4.2m，沿途通過(guò)高度、長(zhǎng)度將會(huì)受到限制，但裝車重量不大，每車滿載率只有50%左右，鋼構(gòu)件加工廠所在地至施工現(xiàn)場(chǎng)所在地公路里程長(zhǎng)達(dá)400多公里，公里運(yùn)輸每噸運(yùn)費(fèi)普通車為540元/噸（折合人民幣）;每車定額載重20～25噸，加長(zhǎng)車運(yùn)費(fèi)600元/噸（折合人民幣），每車定額載重30噸。如在鋼構(gòu)件加工廠做成桁架出運(yùn)，大部分構(gòu)件需要長(zhǎng)車甚至還要按超長(zhǎng)件來(lái)運(yùn)輸，每車的裝載量在15～18噸，顯然不經(jīng)濟(jì)。

如果不在工廠組焊，僅下料、噴砂、油漆，到現(xiàn)場(chǎng)再進(jìn)行組焊，運(yùn)輸時(shí)大小管徑可互相穿套，節(jié)省空間，每車均可按額定載重裝足，相比之下，可節(jié)省大量運(yùn)輸費(fèi)，每噸約450～525元（折合人民幣），總共1680噸構(gòu)件，兩者相比，可節(jié)省運(yùn)費(fèi)70多萬(wàn)元，另外也為鋼構(gòu)件加工廠騰出了大量的制作場(chǎng)地。

從施工現(xiàn)場(chǎng)情況看，該區(qū)域還有二、三期待建設(shè)的大片空?qǐng)龅兀每上阮A(yù)利用作為制作及堆放的施工場(chǎng)地。

實(shí)施方案確定后，現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作提前進(jìn)行。準(zhǔn)備了混凝土的施工場(chǎng)地2300m2，配備2臺(tái)10噸18m簡(jiǎn)易門式起重機(jī)，這樣也解決了裝卸車及現(xiàn)場(chǎng)堆放問(wèn)題，兩者相比還節(jié)省了運(yùn)費(fèi)30萬(wàn)元，并且還節(jié)省了半臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)裝卸車的吊機(jī)費(fèi)。

唯一不利的是由于室外作業(yè)受氣候影響較大，好在施工現(xiàn)場(chǎng)所在地降水量較少，但冬天溫度較低，鋼結(jié)構(gòu)在低溫環(huán)境下的焊接必須采取相應(yīng)的措施，為此及時(shí)制訂了《鋼結(jié)構(gòu)低溫焊接的專項(xiàng)方案》，配置了一些防雨、御寒的設(shè)施，保證了低溫下的焊接質(zhì)量，又搶回了冬季施工的進(jìn)度[1]。

41#展館部分構(gòu)件吊裝難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)方案

1#展館西邊，有一占地面積相當(dāng)大的地下室建筑，并先于鋼結(jié)構(gòu)施工完畢，此區(qū)域影響鋼結(jié)構(gòu)吊裝的構(gòu)件有：1#門橋、1-1軸線上的縱向桁架、橫向次桁架HJ-3、HJ-16。如果選用跨外吊，必須選用200以上的大吊機(jī)，因施工所在地區(qū)大型吊裝機(jī)械租賃困難費(fèi)用高等原因，決定采用90噸吊機(jī)進(jìn)入場(chǎng)地內(nèi)吊裝的施工方案。

TG-900E全液壓汽車吊，起重臂長(zhǎng)18m，分段構(gòu)件起吊作業(yè)半徑9m，其額定起重量為26.6t（門橋1分段后構(gòu)件各重23t和21t），安裝就位作業(yè)半徑各7.7m和7.3m，吊機(jī)其8m作業(yè)半徑的額定起重量為32.5t，上述工況均滿足安全技術(shù)要求。

本吊機(jī)空車自重64t，進(jìn)入地下室區(qū)域時(shí)在輪胎行駛路線須鋪設(shè)走道鋼板，汽車吊后三排共6組（12個(gè)）車輪分擔(dān)42t荷重。前二排4個(gè)車輪分擔(dān)22t荷重。吊機(jī)兩側(cè)輪胎行駛路線鋪設(shè)厚25mm，寬1.8m走道鋼板，車后半部分縱向7m區(qū)域，通過(guò)走道鋼板的平均荷重為1.67t/m2;前半部分的縱向4m區(qū)域，通過(guò)走道鋼板的平均荷重為1.53t/m2。

當(dāng)?shù)鯔C(jī)停位，兩側(cè)支腿伸出支起，分段門橋構(gòu)件（23t）起吊及回轉(zhuǎn)到安裝位置后，臨近起吊構(gòu)件一方的支腿荷重為35t，其它兩側(cè)的支腿荷重為10～20t。支腿下鋪設(shè)4m2鋼板及路基箱后，其在該區(qū)域的最大平均荷重為8.75t/m2，計(jì)入25%系數(shù)后為11t/m2，能夠滿足該區(qū)域的荷重要求。

為確保吊裝作業(yè)萬(wàn)無(wú)一失，必須采取以下各項(xiàng)措施：①地下室南北兩側(cè)原基坑回填土后并夯實(shí)。②地下室頂板上方填土完成，并夯實(shí)，達(dá)到基本平整。③按《施工方案》平面布置圖進(jìn)行測(cè)量，并顯殊標(biāo)注出吊機(jī)行駛路線，吊機(jī)停放位置（含主要支腿點(diǎn)位置）各支腿點(diǎn)位置必須落在地下室砼柱和剪力墻上或基坑實(shí)土上[2]。④吊車就位、起吊前及起吊中應(yīng)密切注意支腿支承處的下沉情況，必要時(shí)采取相應(yīng)的補(bǔ)救及應(yīng)急措施。

由于《施工方案》制訂詳細(xì)合理，吊裝中措施到位，該區(qū)域構(gòu)件一一順利吊裝完成。

55#展館滑移安裝施工方案

5#展館平面形狀為一形狀復(fù)雜的多邊形，該展館在西部2/3區(qū)域內(nèi)設(shè)有24根混凝土柱，并在6.00m及10.20m標(biāo)高上設(shè)有砼樓層面，鋼結(jié)構(gòu)的吊裝作業(yè)必須在砼結(jié)構(gòu)完成后進(jìn)行。此時(shí)吊機(jī)已無(wú)法進(jìn)入此區(qū)域，如采用特大型起吊設(shè)備，其成本將會(huì)成倍增長(zhǎng)，所以只能采用空中滑移的施工方法。

按平面圖位置架設(shè)二條平行的H鋼作滑移軌道，為適合桁架的安裝，將H鋼頂面的高度，正好是桁架下弦管下表面的高度，并調(diào)成北高南低與屋面坡度相同的傾角（5°）利用10.20m平臺(tái)面作支撐的底面。H鋼梁每隔4～5m設(shè)置一個(gè)支撐，由于支撐高度不大，僅（0.7～5.4m），經(jīng)計(jì)算，分別采用D140、D168、D219單根鋼管作柱，而在砼柱子位置，用鋼管焊成格構(gòu)形井架，來(lái)承載及穩(wěn)定，H鋼兩側(cè)為保證其側(cè)向穩(wěn)定，在每一支撐柱位置，均設(shè)浪風(fēng)繩，采取了這些措施后，H鋼經(jīng)計(jì)算采用H294×200×8×12的熱軋H鋼并處理成連續(xù)梁。

由于桁架構(gòu)件都為倒△形，在滑移過(guò)程中如立置，其穩(wěn)定性太差，對(duì)其采取穩(wěn)定措施太復(fù)雜，因此選擇臥放置在滑軌上，比較穩(wěn)妥，移動(dòng)時(shí)通過(guò)一臺(tái)3噸的卷?yè)P(yáng)機(jī)水平牽拉，由高向低滑移，到位后采用巴桿板起，即完成就位安裝。

采用了這一方法，順利地進(jìn)行該區(qū)域桁架構(gòu)件的安裝。

6結(jié)束語(yǔ)

大跨度鋼結(jié)構(gòu)桁架在各類場(chǎng)館、展廳較為常見(jiàn)，由于其外形尺寸大、重量重，所以對(duì)構(gòu)件的運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)吊裝要求高。制作吊裝方案時(shí)，要考慮運(yùn)輸條件和經(jīng)濟(jì)性、現(xiàn)場(chǎng)的施工條件等因素，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理分割、分塊。

參考文獻(xiàn)

[1] 日本建築學(xué)會(huì).鉄骨工事技術(shù)指針工場(chǎng)製作編.2007，2.

作者簡(jiǎn)介

袁錫斌（1978-），男，浙江寧波人;畢業(yè)于院校：大連海洋大學(xué);學(xué)歷：本科，職稱：中級(jí)工程師;現(xiàn)就職單位：上海駒建鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)有限公司，研究方向：建筑施工。