福建省建甌一中“雙館”鋼結(jié)構(gòu)施工桁架安裝方案研究

楊興毅

大跨空間鋼桁架結(jié)構(gòu)的安裝作業(yè)是指將一系列構(gòu)件或提前拼裝好的準(zhǔn)結(jié)構(gòu)單元，通過施工技術(shù)安裝到設(shè)計位置并形成最終的結(jié)構(gòu)形態(tài)。鋼結(jié)構(gòu)主要包括框架體系和桁架體系，框架體系的連接節(jié)點(diǎn)一般視為剛性節(jié)點(diǎn)，而桁架體系的連接節(jié)點(diǎn)一般視為鉸接點(diǎn)。桁架結(jié)構(gòu)體系的拼裝施工工藝對其質(zhì)量和安全性起著至關(guān)重要的作用，因此對鋼結(jié)構(gòu)施工桁架拼裝方案進(jìn)行研究具有非常重要的意義。文獻(xiàn)[1]介紹了咸陽奧體中心鋼結(jié)構(gòu)工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、鋼結(jié)構(gòu)安裝施工方案、臨時支撐布置、平面管桁架地面拼裝、吊裝塊體組裝、塊體吊裝、臨時支撐體系的設(shè)置、合攏安裝、整體卸載等關(guān)鍵技術(shù)。文獻(xiàn)[2]設(shè)計了一種可用于不同曲率的空間雙曲桁架拼裝的胎架，達(dá)到了一胎多用，拼裝整體吊裝，節(jié)約拼裝及臨時支撐等措施成本的效果。文獻(xiàn)[3]對桿件端部不同剛度對其承載力和破壞模式的影響進(jìn)行了數(shù)值分析研究。文獻(xiàn)[4]以某煤場的大跨度鋼桁架施工為案例，分析了整體吊裝施工中的主要施工流程。在結(jié)構(gòu)的安裝過程中，如何在保證結(jié)構(gòu)安全與構(gòu)件或單元準(zhǔn)確就位的前提下，實(shí)現(xiàn)施工的綠色與經(jīng)濟(jì)，是當(dāng)代綠色環(huán)保施工的最終目的。本文依托福建省建甌一中“雙館”項目，主要對鋼結(jié)構(gòu)桁架的拼裝方案進(jìn)行了研究，以期為類似的鋼結(jié)構(gòu)桁架拼裝設(shè)計與施工提供借鑒和參考。

1.工程概況

建甌第一中學(xué)擴(kuò)建項目配套體育運(yùn)動場館（室內(nèi)體育館、游泳館），位于福建省南平市建甌市?！皟绅^”設(shè)計主題為開枝散葉，根脈情懷，符合學(xué)校開枝散葉，桃李滿天下的寓意，也表達(dá)了對故鄉(xiāng)，對母校的根脈情懷。

新建的體育館建筑面積為5353m2，室內(nèi)擁有一個150m 環(huán)形跑道和60m 直道，可同時容納4 個班級上體育課及大型集會；游泳館的建筑面積為2911m2，是一座25m×50m 的標(biāo)準(zhǔn)游泳館，配有恒溫水循環(huán)系統(tǒng)，可全年供教育教學(xué)和大型游泳比賽使用。

本工程游泳館、體育館采用空間桁架結(jié)構(gòu)體系。游泳館設(shè)有25 根圓管柱，13 榀主桁架，桁架屋蓋與圓管柱相貫焊接連接。游泳館鋼柱與桁架構(gòu)件均采用圓管截面，鋼柱構(gòu)件截面為：P450 mm×16 mm；桁架構(gòu)件截面為：P245mm×12 mm、P219 mm×12 mm、P209 mm×12 mm、P180 mm×10 mm、P114 mm×6 mm 等。屋面檁條構(gòu)件采用方鋼管，截面為：B160 mm×80 mm×6 mm×6 mm；體育館桁架屋蓋與混凝土柱采用支座連接，桁架采用倒三角形式，鋼管之間采用相貫的焊接節(jié)點(diǎn)。體育館結(jié)構(gòu)構(gòu)件均采用圓管，構(gòu)件截面為：P402 mm×16 mm、P377 mm×16 mm、P351 mm×16mm、P245 mm×12 mm、P219 mm×12mm、P209 mm×12 mm、P180 mm×10mm、P168 mm×8 mm、P159 mm×6mm、P114 mm×6 mm、P89 mm×6mm 等。圖1 為“雙館”整體效果圖，圖2 為“雙館”整體結(jié)構(gòu)軸測圖。

圖1 整體效果圖

圖2 整體結(jié)構(gòu)軸測圖

2.桁架安裝施工方案

2.1 現(xiàn)場安裝方案概述

典型的鋼桁架施工安裝方法主要有以下幾種：高空散裝法、分條或分塊安裝法、整體提升法、高空滑移法、整體頂升法、折疊展開安裝法、整體吊裝法、攀達(dá)穹頂施工法（Pantadome 體系）、累積提升法等[5]。本工程游泳館、體育館主要為管桁架結(jié)構(gòu)，游泳館采用單片桁架；體育館部分主桁架為倒置三角形截面。主桁架截面尺寸倒三角桁架最大位置6.95 m×11.0 m。考慮到運(yùn)輸條件的限制，為了提高運(yùn)輸效率，計劃采用工廠散件加工，運(yùn)輸至現(xiàn)場分段拼裝，整榀吊裝就位的方法進(jìn)行安裝。由于體育館部分桁架采用預(yù)埋錨栓節(jié)點(diǎn)，因此桁架地面拼裝階段將支座拼裝在桁架上一起吊裝。

2.2 桁架拼裝胎架的搭設(shè)

拼接胎架考慮到分段單元自重較大，為防止產(chǎn)生較大的初始缺陷，影響后期的拼裝，胎架宜采用較小截面工字型鋼焊接而成，拼裝場地必須提前進(jìn)行硬化處理，場地的硬度和平整度均需滿足要求后方可進(jìn)行焊接操作；胎架設(shè)置應(yīng)避開節(jié)點(diǎn)位置，即節(jié)點(diǎn)應(yīng)交錯布置，同時應(yīng)滿足焊工的焊接作業(yè)空間。胎架必須保證胎架上口水平度誤差在±1mm以內(nèi)，為便于桁架整體的起吊安裝，從施工力學(xué)的角度出發(fā)，胎架的布置應(yīng)嚴(yán)格按照施工圖紙，準(zhǔn)確放樣后，進(jìn)行安裝搭設(shè)，在此期間應(yīng)有技術(shù)員和安全員進(jìn)行監(jiān)督，避免返工事故發(fā)生，需要監(jiān)理驗(yàn)收簽字的及時驗(yàn)收簽字，嚴(yán)格履行施工的各項規(guī)范制度。為防止胎架發(fā)生不均勻沉降，應(yīng)在胎架旁設(shè)置一沉降觀察點(diǎn)，作為平臺沉降的檢查依據(jù)。胎架截面為HN400 mm×200 mm×8 mm×13 mm，馬凳高度為0.8m，胎架之間距離為6m。胎架馬凳高度為0.8m，胎架搭設(shè)高度從地面至頂部高度為8.8m，寬度為11m，胎架之間距離為6m。

2.3 桁架拼裝方法及流程

游泳館主桁架采用平面拼裝，體育館主桁架采用立式拼裝的方式進(jìn)行拼裝，詳細(xì)過程如下所述。

2.3.1 桁架立式拼裝

桁架立式拼裝流程如圖3 所示，主要操作步驟如下：

圖3 桁架立式拼裝流程圖

（1）在剛性工作平臺上畫出桁架整體線型尺寸，包括上下弦桿中心線、端部企口線；畫線時注意桁架拱度。桁架線畫好后，根據(jù)畫線設(shè)置拼裝胎架，在拼裝胎架上進(jìn)行桁架拼裝，桁架支座位置下加設(shè)墊塊。

（2）安裝中間段桁架弦桿，并點(diǎn)焊固定。

（3）安裝桁架中間腹桿及兩端弦桿，并點(diǎn)焊固定。

（4）安裝桁架兩端腹桿，并點(diǎn)焊固定。

（5）安裝兩端桁架中間腹桿及兩端弦桿，并點(diǎn)焊固定。

（6）檢驗(yàn)桁架的拼裝精度與誤差，對于拼裝尺寸誤差較大的應(yīng)及時進(jìn)行調(diào)整，使其滿足要求，檢驗(yàn)合格后，進(jìn)行焊接，對小誤差在焊接過程中及時進(jìn)行調(diào)整，不可使誤差在焊接過程中增大。焊接完成后應(yīng)及時進(jìn)行焊縫質(zhì)量檢測，至此一個階段的桁架拼裝完成。

2.3.2 平面桁架安裝

（1）在剛性工作平臺上畫出桁架整體線型尺寸，包括上下弦桿中心線、端部企口線；畫線時注意桁架拱度。桁架線畫好后，根據(jù)畫線設(shè)置拼裝胎架，在拼裝胎架上拼裝桁架，桁架支座位置下加設(shè)墊塊。

（2）安裝桁架弦桿，并點(diǎn)焊固定。

（3）安裝桁架腹桿，并點(diǎn)焊固定。

（4）檢驗(yàn)桁架的拼裝精度，檢驗(yàn)合格后，進(jìn)行焊接。

2.4 桁架吊裝質(zhì)量控制

圖4 為桁架吊裝拼裝現(xiàn)場施工圖。整榀桁架的起吊和安裝具有較高的施工難度，在具體施工時需要嚴(yán)格控制上弦距離胎架立柱的距離，確保桁架曲線變化要求；對于在拼裝中出現(xiàn)個別胎架垂直度偏差較大的情況，應(yīng)做好測量實(shí)際數(shù)據(jù)，調(diào)整此節(jié)點(diǎn)數(shù)值控制；在桁架拼裝過程中會出現(xiàn)局部構(gòu)件管徑變化，要注意胎架標(biāo)高距離的實(shí)際調(diào)整；在拼裝過程中要注意對構(gòu)件尺寸的復(fù)核，對于出現(xiàn)尺寸與圖紙不符或偏差較大的要及時上報，給出解決方案，不得擅自現(xiàn)場修改。地面拼裝前應(yīng)對構(gòu)件尺寸、外觀等進(jìn)行檢查，構(gòu)件變形、缺陷超出規(guī)范允許偏差時，需進(jìn)行處理。并檢查高強(qiáng)摩擦型螺栓連接摩擦面，不得有泥沙、油污、銹斑等，摩擦面必須平整、干燥，不得在雨雪環(huán)境下作業(yè)。地面拼裝完成后采用無油枕木將桁架墊起，桁架兩側(cè)用木杠支撐，增強(qiáng)穩(wěn)定性。然后檢查吊點(diǎn)，對準(zhǔn)基準(zhǔn)及中心線，徐徐起吊。

圖4 桁架吊裝拼裝現(xiàn)場施工圖

3.結(jié)語

本文通過對建甌一中“雙館”鋼桁架安裝工藝的分析，結(jié)合選取項目的特點(diǎn)，為項目選擇合適的施工方案、為復(fù)雜鋼桁架安裝工藝的研究提供較好的參考價值。