大跨度鋼排架空間結構屋架先鉸后剛施工技術

趙 虎

（天津市建工工程總承包有限公司，天津300384）

隨著工業(yè)規(guī)模的不斷增大和建筑行業(yè)技術水平的提高，鋼結構廠房形式各式各樣且屋架的跨度、矢高不斷增加，導致結構的用鋼量增大。對于大跨度復雜鋼結構，施工過程對結構成型后的受力狀態(tài)有直接影響；反之，通過對施工過程的合理控制和分析，能夠改善結構受力形態(tài)，降低大跨度桿件內力，既滿足規(guī)范要求，又大大降低結用鋼量。

1 工程概況

空客A330寬體飛機完成和交付中心定制廠房100號完成中心工程地下1層，地上1層，建筑面積30 320 m2，總跨度222 m，進深84 m。由78 m跨工作組機庫和72 m跨客艙裝飾機庫形成三連跨排架結構。每跨9榀鋼屋架，共27榀鋼屋架。

屋架上弦為弧線形，下弦為直線，端部最大高度2 m，跨中最大高度7 m，與4排36根實腹H型鋼柱為剛性連接，下弦設有5道天車軌道梁。屋架最大質量約45 t。

2 施工工藝選擇

由于廠房最大跨度為78 m，在滿足功能需求和屋架變形及承載力的前提下，按照以往的結構設計原則，用鋼量較大，造成屋架自重增加，給屋架安裝帶來難度。應用先鉸接后剛接的施工技術，通過控制施工過程，實現(xiàn)屋架的內力調節(jié)，降低峰值內力，又不改變結構剛度，從而減輕屋架自重。

3 工藝原理

屋架吊裝時，上弦與柱鉸接相連，下弦桿件暫不拼接；然后安裝平面支撐等其他結構；待屋架及其支撐系統(tǒng)全部施工完畢后，剛接上下弦節(jié)點，再安裝屋面系統(tǒng)及吊掛管線。

施工過程中，在屋架及其支撐自重下，屋架與柱為鉸接，最大彎矩在屋架跨中。而在使用狀態(tài)下，屋架與柱為剛接。此技術實現(xiàn)了屋架的內力調節(jié)，既降低峰值內力，又不改變結構側向剛度。

4 施工方法

4.1 受力分析及施工模擬

應用TEKLA軟件模擬現(xiàn)場工況，形成拼裝-焊接-吊裝的流水施工。對屋架安裝的各個階段進行受力分析和平面外穩(wěn)定[1]分析。利用TEKLA軟件進行詳圖深化，確定下弦連接節(jié)點形式。根據(jù)現(xiàn)場條件、吊裝半徑、起吊高度、屋架重量等因素進行吊裝工況分析，選擇合理的吊裝設備。

4.2 鋼屋架制作及分段

1）在工廠搭建組對平臺，確定測量基準點，1∶1放樣（包括起拱）出所有屋架弦、腹桿節(jié)點。將鋼柱柱頭放入組對平臺的準確位置，再將弦桿分段裝入胎具，由柱端向中間依次定位各段屋架上下弦桿，進行屋架整體起拱、找形，定位完成后點焊弦桿對接焊縫。然后把腹桿裝入屋架，腹桿的定位點與放樣定位點一一對應，根據(jù)實際情況對腹桿端頭尺寸進行調整，最后點焊與弦桿固定，完成腹桿拼裝。拼裝屋架與鋼柱上弦節(jié)點，根據(jù)實際尺寸偶配制作[2]鋼柱與上弦桿連接板及錨栓孔，插入安裝螺栓定位，檢驗合格后進行屋架成品焊接。

2）屋架制作完成后，綜合考慮吊裝吊耳位置、車輛運輸能力、道路限制、轉彎半徑和場地等客觀因素，確定鋼屋架分段位置，上下弦分斷面至少錯開500 mm，將屋架分成若干模塊單元[3]。在屋架運輸分段線兩側各250 mm的位置標出定位點，采用全站儀測量各定位點數(shù)據(jù)，發(fā)至施工現(xiàn)場用于現(xiàn)場組對，將工廠制作尺寸與現(xiàn)場拼裝尺寸一一對應。見圖1。

圖1 屋架模塊單元

3）在現(xiàn)場的拼裝平臺將屋架模塊單元拼裝成整體，安裝應力監(jiān)測裝置。

4）第一榀屋架翻身吊裝，78 m跨屋架采用雙機抬吊[4]方式，按照雙機吊重總負荷不超過75%的要求，每臺汽車吊起重能力需＞30 t。屋架吊裝起吊半徑12.8 m，就位半徑8 m，查汽車吊性能表得知，200 t汽輪吊出桿44.2 m，起吊時可吊30.7 t，就位可吊39 t，均滿足要求。

5）每榀屋架僅安裝上弦的錨栓及高強螺栓，上弦節(jié)點所有焊口不焊接。下弦設計一短節(jié)，此時短節(jié)不連接，使桁架兩端形成鉸接。見圖2。

圖2 桁架上弦與鋼柱鉸接

6）安裝第二榀屋架，同樣上弦鉸接。然后施工第一、二榀間的平面支撐等其他結構，使兩榀屋架形成穩(wěn)定的空間結構。以此類推，安裝完所有屋架及屋架間的支撐桿件、系桿等。

7）待屋架及其支撐系統(tǒng)全部施工完畢并在鉸接的邊界條件下完成變形后，焊接上弦節(jié)點，再連接下弦節(jié)點，下弦節(jié)點左側為高強螺栓連接，右側為焊接，此時桁架兩端形成剛接節(jié)點。見圖3。

圖3 桁架上下弦與鋼柱剛接

8）增加屋面荷載，安裝屋面系統(tǒng)及吊掛管線，使整個結構的下?lián)虾褪芰顟B(tài)達到設計要求。

9）施工全過程實時進行變形及應力監(jiān)測，記錄監(jiān)控數(shù)據(jù)。將結構內力實測數(shù)據(jù)與理論設計數(shù)值對比并得出結論，為設計理論及施工方法提供實踐依據(jù)。

5 質量保證措施

1）構件進場驗收檢查。鋼構件進場后，檢查所到構件的數(shù)量及編號是否相符。

2）構件進場堆放。鋼構件堆放應安全、整體、防止構件受壓變形損壞。構件吊裝前必須清理干凈，特別在接觸面、摩擦面上，必須用鋼絲刷清除鐵銹、污物等。進入現(xiàn)場的所有鋼構件必須用木塊進行鋪墊，鋪墊高度應＞10 cm。

3）現(xiàn)場的測量工具與制作中的測量工具應統(tǒng)一。

4）按照標準要求[5]對焊縫及高強螺栓進行檢驗，對檢驗結果進行記錄。

6 結論

與傳統(tǒng)的施工工藝相比較，通過調整屋架的施工順序，峰值內力大大降低，而跨中內力增長很小，在降低支座處內力峰值和材料用量同時，增加了結構安全度，屋架用鋼量減少了30%，工程造價大幅降低。