某大跨空間桁架結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究

鄧海峰

（山西一建集團(tuán)有限公司，山西太原 030012）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑鋼結(jié)構(gòu)呈井噴式發(fā)展。實(shí)踐證明，空間鋼桁架結(jié)構(gòu)更能滿足目前對建筑大跨度、大空間的發(fā)展趨勢。然而，對于大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)不合理的施工方案、不完善的安全管控會對結(jié)構(gòu)造成很大的安全隱患。如何根據(jù)工程特點(diǎn)選擇合理切實(shí)可行的施工方案，是鋼桁架安裝質(zhì)量的根本保證[1-2]。

1 工程概況

某醫(yī)院保健中心工程項(xiàng)目總建筑面積24580m2，包括主綜合樓及地下車庫、設(shè)備機(jī)房等用房。其中地上5 層，地下1 層建筑，其中地上建筑面積18122m2；地下空間總建筑面積6458m2，建筑高度23.95m。地上部分采用鋼框架結(jié)構(gòu)體系，3 層屋頂花園處設(shè)置了兩榀大跨度鋼桁架，跨度為32.4m，下弦標(biāo)高7.400m，上弦標(biāo)高 9.500m，桁架自身高度 2.1m，上弦截面為 H300×600×28×28、腹桿為箱型截面B250×250×16，桁架上下弦均采用雙向滑動支座落于兩側(cè)鋼柱牛腿上。

2 工程重難點(diǎn)及解決措施

針對大跨度桁架，通過施工方案對比，為保證結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性、合理性，桁架安裝采用整體吊裝的施工方案。

工程難點(diǎn)及重點(diǎn)：

（1）對于超長、超寬或者超重的構(gòu)件在運(yùn)輸時需要進(jìn)行分段，滿足最大運(yùn)輸限制，確保運(yùn)輸安全。合理的分段是保證運(yùn)輸與安裝的關(guān)鍵。解決措施：對桁架進(jìn)行深化設(shè)計分段，滿足桁架的最大運(yùn)輸限制，分段運(yùn)輸至現(xiàn)場后，在地面進(jìn)行拼裝，然后在進(jìn)行整體吊裝。桁架運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后，進(jìn)行地面拼裝，桁架的安裝精度控制是桁架安裝的重點(diǎn)。

（2）桁架運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后，進(jìn)行地面拼裝，桁架的安裝精度控制解決措施：在鋼桁架安裝前應(yīng)進(jìn)行預(yù)拼裝，進(jìn)行整體尺寸的核實(shí)等情況，并進(jìn)行桁架的仿真驗(yàn)算，避免現(xiàn)場安裝時出現(xiàn)誤差等，影響安裝質(zhì)量及安裝進(jìn)度。在安裝過程中測量任務(wù)全程跟進(jìn)，及時消除誤差。

（3）桁架安裝大部分工作都在高空進(jìn)行，施工過程中整體安全防護(hù)是施工階段的控制重點(diǎn)解決措施：針對桁架安裝的安全要求，針對本工程成立整體安全防護(hù)組織體系，由安全組長負(fù)責(zé)現(xiàn)場施工安全管理。并制定施工過程安全的控制標(biāo)準(zhǔn)，在施工過程中嚴(yán)格遵守。時時對施工過程中的安全隱患予以排除。施工過程中，在操作平臺外圍設(shè)立防護(hù)欄桿，并在樓層外側(cè)設(shè)立防墜網(wǎng)以確保施工人員和周圍地面的安全。在吊裝區(qū)域周圍，拉設(shè)警戒線，負(fù)責(zé)專人看管，起吊時，吊臂下及吊臂的回轉(zhuǎn)范圍內(nèi)嚴(yán)禁無關(guān)人員停留或通過。上下交叉作業(yè)時，中間必須設(shè)置防護(hù)隔離措施。在工廠內(nèi)分段桁架進(jìn)行預(yù)拼裝，采用3D 模擬預(yù)拼裝技術(shù)進(jìn)行比對，矯正加工過程中出現(xiàn)的誤差，保證現(xiàn)場安裝的精度。

3 鋼桁架安裝技術(shù)

3.1 桁架分段

保健樓三層屋頂花園處設(shè)置了兩榀大跨度鋼桁架，跨度為32.4m，下弦標(biāo)高7.220m，上弦標(biāo)高9.350m，桁架自身高度2.13m，上下弦截面為箱型截面φ800×800×35、腹桿為箱型截面400×300×25。每榀桁架重約40.2t?？紤]桁架運(yùn)輸及吊裝，特將桁架分成5 段進(jìn)行安裝。

3.2 桁架安裝方案

桁架分為四段，桁架單元重分別為 7.9t、8.1t、7.9t、8.1t。桁架最不利吊裝半徑為25.7m，最重為8.1t，滿足塔式起重機(jī)額定吊裝工況。桁架分段安裝搭設(shè)臨時支撐架，由于10 軸桁架。

安裝難點(diǎn)分析：保健樓三層屋頂花園處設(shè)置了兩榀大跨度鋼桁架，上、下弦雙層鉸支座鋼桁架的安裝是重點(diǎn)，傳統(tǒng)的加工、安裝工藝精度不夠，造成上下弦不能同步受力，達(dá)不到結(jié)構(gòu)受力要求，容易造成結(jié)構(gòu)安全隱患。

解決措施及安裝順序：桁架安裝采用下弦端頭預(yù)留一段，上下弦支座處分別設(shè)置承壓應(yīng)力貼片，在桁架基本安裝完成后將2個后補(bǔ)段分別安裝在支撐架上和支座上，并用臨時碼板焊接，計算桁架自重下支座應(yīng)力，待承壓應(yīng)力貼片受力達(dá)到平衡設(shè)計狀態(tài)后，4 個焊工分別在兩側(cè)進(jìn)行，焊接側(cè)焊縫再焊接上下平焊仰焊縫，焊接過程采用多層多道焊接，卸載完成后拆除支撐架。安裝次梁，保證桁架分段穩(wěn)定性。安裝其他桁架分段。并連接桁架分段單元之間的連接耳板。最終桁架分段拼裝完成后進(jìn)行校正、焊接。

3.3 支撐架搭設(shè)方案

支撐架選用尺寸1m×1m×1.5m，立柱為P89×4，水平桿件和斜撐為P63×3.5，支承在零層樓板上。桁架下表面標(biāo)高為6.680m，0 層板上表面標(biāo)高為0.000m，支撐架設(shè)置高度應(yīng)為6.68m。支撐架下方對應(yīng)截面為900mm×900mm 及800mm×800mm 規(guī)格混凝土柱。桁架安裝過程中，桁架重量及支撐架重量通過零層板傳給下方混凝土柱，然后傳給地基。使施工過程更趨安全合理。支撐架搭設(shè)示意圖如圖1 所示。

圖1 支撐架搭設(shè)

這種結(jié)構(gòu)形式不僅使網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的跨度更上一層樓，且使結(jié)構(gòu)整體性受力性效果更佳，結(jié)構(gòu)自重更輕，被廣泛應(yīng)用于體育類、展覽類、交通類等公共建筑中。一個合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計是要在滿足所有給定的條件（如荷載條件、邊界條件、建筑規(guī)范等）下，能達(dá)到傳力合理，經(jīng)濟(jì)成本高效的設(shè)計，尤其對于這種獨(dú)立均衡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。

4 施工階段仿真分析

依據(jù)設(shè)計文件、圖紙以及相關(guān)技術(shù)要求，考慮結(jié)構(gòu)的安全性，對該樓大跨度桁架安裝進(jìn)行仿真分析。安裝過程采用臨時支撐架支撐大跨度桁架，待桁架安裝完成后，分批次對大跨度桁架進(jìn)行卸載。施工階段仿真分析采用有限元分析軟件MIDAS/GEN8.7.5。

4.1 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算總控信息

結(jié)構(gòu)在承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下應(yīng)符合下列要求：

S≤R

式中：S-荷載或作用效應(yīng)；R-結(jié)構(gòu)抗力。驗(yàn)算構(gòu)件承載力極限狀態(tài)時，應(yīng)滿足：

γ0S≤R

式中：γ0-結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性系數(shù)；S-荷載或作用效應(yīng)組合設(shè)計值；R-結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計值。

4.2 計算模型

整體結(jié)構(gòu)模型如圖2 所示。

圖2 整體結(jié)構(gòu)模型

4.3 荷載和荷載組合

（1）自重桁架桿件自重由程序自動統(tǒng)計，自重系數(shù)取1.1。

（2）荷載組合選用基本荷載組合：1.2DL。

4.4 桁架拼裝模擬分析

分析模型如圖3 所示。

圖3 桁架拼裝模擬分析模型

計算結(jié)果表明：①階段1 位移最大值為0.2mm，應(yīng)力最大值為3.9MPa，應(yīng)力比最大為0.16；②階段2 位移最大值為0.2mm，應(yīng)力最大值為3.9MPa，應(yīng)力比最大為0.17；③階段3 位移最大值為0.2mm，應(yīng)力最大值為3.9MPa，應(yīng)力比最大為0.17；④階段4位移最大值為0.2mm，應(yīng)力最大值為3.9MPa，應(yīng)力比最大為0.17；⑤階段5 位移最大值為16.2mm，應(yīng)力最大值為43MPa，應(yīng)力比最大為0.173。

5 結(jié)語

（1）大跨度桁架施工方案選擇合理，安全可靠，并利于施工成本的控制。

（2）根據(jù)鋼桁架構(gòu)件大、跨度大的特點(diǎn)，采用分段吊裝技術(shù)施工，安裝精度控制精準(zhǔn)，安全高效，比原定工期縮短10d，并確保了工程質(zhì)量，同時為此類大跨度桁架結(jié)構(gòu)的施工提供了一定的參考。