大跨度交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)安裝及卸載技術(shù)

孔 輝，李 東，何 旭，趙建華

（中建科工集團有限公司 深圳 518000）

1 工程概況

某機場衛(wèi)星廳公共交通建筑位于廣東省深圳市，項目地下1 層，地上4 層，局部5 層夾層。建筑高度為27.65 m，建筑尺寸為540 m×580 m。

本項目由于“X”型的特殊建筑造型，為提供足夠活動空間，滿足旅客吞吐量要求，故屋蓋采用交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)，4個角部指廊橫向跨度36 m，縱向無支撐跨度18 m，桁架上弦采用P299×14，下弦采用P400×20［2］。項目建筑功能多樣，樓板情況復(fù)雜，屋蓋造型獨特，交叉倒三角鋼桁架屋蓋施工過程中支撐措施布置困難，拼裝、安裝與卸載精度難控制。交叉倒三角鋼桁架屋蓋構(gòu)造如圖1所示。

圖1 交叉倒三角鋼桁架屋蓋構(gòu)造Fig.1 Cross Inverted Triangular Steel Truss Roof Structure

2 交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)安裝概述

交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)采用地面拼裝，利用標準化裝配式支撐胎架（以下簡稱支撐胎架）作為臨時支撐，260 t 履帶吊高空原位吊裝，最后采用分批、隔跨、同步的方式卸載［3］。交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)施工關(guān)系如圖2所示。

圖2 屋蓋結(jié)構(gòu)施工關(guān)系Fig.2 Relationship between Roof Structure and Construction

3 工藝流程

交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)安裝及卸載涉及斜柱張拉、鋼結(jié)構(gòu)、混凝土樓板澆筑等專業(yè)穿插協(xié)調(diào)，其施工工藝流程如圖3所示。

圖3 大跨度交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)施工工藝流程Fig.3 Construction Process Flow of Large-span Cross Inverted Triangular Steel Truss Structure

4 屋蓋鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計

屋蓋鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計時，要將屋蓋結(jié)構(gòu)BIM 模型至少建立到LOD400 級才可用于施工，深化設(shè)計過程中應(yīng)簡化復(fù)雜節(jié)點做法，本工程典型復(fù)雜節(jié)點為屋蓋支座節(jié)點。優(yōu)化前，支座節(jié)點加工制作周期長，桁架拼裝時管口對接困難，優(yōu)化后改為焊接半球，工廠加工簡單，現(xiàn)場拼裝時管件與焊接半球?qū)臃奖悖?］。其優(yōu)化前后的對比如圖4所示。

圖4 屋蓋支座節(jié)點深化設(shè)計前后對比Fig.4 Comparison before and after Deepening Design of Roof Support Joints

5 桁架拼裝

本項目桁架主要有懸挑桁架、倒三角桁架、片式桁架、挑檐處支座節(jié)點桁架，其中倒三角桁架與挑檐桁架需要制作專用拼裝胎架。其設(shè)計樣式如圖5所示。

圖5 桁架拼裝胎架設(shè)計Fig.5 Design of Truss Assembly Jig Frame （mm）

現(xiàn)場桁架拼裝主要通過鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計所建立的TEKLA 模型，從模型中導(dǎo)出所需要拼裝桁架的CAD 三維模型，指定拼裝原點，導(dǎo)出三維拼裝坐標如圖6 所示，現(xiàn)場依據(jù)導(dǎo)出的拼裝三維坐標利用全站儀在拼裝胎架上測量放線，如圖7?所示，然后安裝桁架主弦桿嵌補腹桿，如圖7?所示。

圖6 某支座節(jié)點桁架拼裝三維坐標Fig.6 Three Dimensional Coordinates of Truss Assembly of a Support Node

圖7 全站儀拼裝胎架放線及桁架拼裝Fig.7 Measuring and Setting Out on the Assembled Jig Frame with Total Station and the Steel Truss Assembly

6 支撐胎架設(shè)計

本項目支撐胎架布置首先要為桁架提供足夠支撐點，其次考慮避開洞口，最后要通過設(shè)計將桁架與支撐胎架產(chǎn)生的荷載對土建樓板裂縫影響降至最小?；谝陨?點，將每一跨交叉倒三角桁架分為3段，中央倒三角桁架，支座節(jié)點桁架，嵌補倒三角桁架，施工時先安裝中央倒三角桁架與支座節(jié)點桁架，最后安裝嵌補倒三角桁架調(diào)節(jié)施工過程中產(chǎn)生的誤差［5］。屋蓋桁架分段及支撐胎架布置如圖8所示。

圖8 屋蓋桁架分段及胎架布置Fig.8 Roof Truss Section and Tire Frame Arrangement

設(shè)計專用胎架頂部支撐工裝如圖9所示。

圖9 支撐胎架頂部工裝設(shè)計Fig.9 Supporting the Top Tooling Design of the Tire Frame

然后在土建樓板圖中進行胎架放樣，對與土建結(jié)構(gòu)產(chǎn)生碰撞的胎架進行調(diào)整，最后根據(jù)支撐胎架結(jié)構(gòu)?胎架埋件?土建梁的荷載傳遞路徑布置胎架埋件如圖10所示［6］。

圖10 胎架樓板放樣調(diào)整及胎架埋件布置Fig.10 Tire Frame Floor Setting out Adjustment and Tire Frame Embedded Parts Arrangement

7 桁架安裝

本項目鋼屋蓋安裝精度要求高，模擬計算卸載后屋蓋最大下?lián)?4 mm［7］，如圖11所示。

圖11 屋蓋卸載變形Fig.11 Deformation of Roof Unloading

考慮到后期屋面與幕墻單位施工造成的下?lián)嫌绊?，對中央倒三角桁架安裝起拱35 mm，屋蓋以中央倒三角桁架安裝起拱如圖12?所示。

交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)屋蓋安裝為了便于管口對接，260 t 履帶吊先安裝中央倒三角桁架兩榀、再安裝支座挑檐桁架，最后安裝嵌補桁架，形成框架單元后按此順序依次安裝，80 t 汽車吊緊隨其后嵌補其余構(gòu)件，直至主桁架安裝完成，安裝示意如圖12?所示。

圖12 屋蓋起拱示意及屋蓋安裝順序Fig.12 Schematic of Roof Arching and Installation Sequence of Roof Structure

利用TEKLA 模型輸出需要安裝的桁架CAD 三維模型，結(jié)合項目坐標控制網(wǎng)導(dǎo)出桁架安裝三維坐標如圖13所示，現(xiàn)場屋蓋安裝時測量校正如圖14所示。

圖13 桁架安裝三維坐標示意Fig.13 Three Dimensional Coordinate of Truss Installation

圖14 屋蓋安裝現(xiàn)場測量校正Fig.14 On-site Measurement and Correction of Roof Installation

8 交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)卸載

交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)卸載需要在結(jié)構(gòu)焊縫焊接并探傷完畢、螺栓終擰完畢、焊縫補涂完畢后方可卸載，整體卸載分三次，第一次卸載奇數(shù)跨，第二次卸載偶數(shù)跨，最后卸載結(jié)構(gòu)懸挑，將屋蓋變形分段消化，若出現(xiàn)偶然情況也便于控制，整體卸載順序如圖15所示［8］。

圖15 交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)整體卸載順序Fig.15 Overall Unloading Sequence of Cross-inverted Triangular Steel Truss Structure

結(jié)構(gòu)單跨卸載先卸載挑檐處桁架，確保屋蓋支座受力平穩(wěn)可控之后再卸載中央倒三角桁架，將荷載順利向支座過渡，單跨卸載順序如圖16所示。

圖16 交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)單跨卸載順序Fig.16 Single-span Unloading Sequence of Cross-invert?ed Triangular Steel Truss Structure

由于支撐胎架主要支撐點為桁架下弦，因此單榀桁架卸載應(yīng)先卸載上弦再卸載下弦，如圖17所示。

圖17 交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)單榀卸載順序Fig.17 Unloading Sequence of Single Cross-inverted Triangular Steel Truss Structure

桁架卸載前，應(yīng)合理選擇桁架結(jié)構(gòu)測量觀測點［9］，如圖18所示，卸載前后需數(shù)次測量觀測結(jié)構(gòu)變形。

圖18 屋蓋桁架測量觀測點選取Fig.18 Selection of Measurement and Observation Points of Truss Structure

本工程卸載之后屋蓋最大下?lián)?1 mm，與模擬計算24 mm相差不大。

9 結(jié)語

本工程目前已竣工驗收完成，大跨度交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)安裝及卸載技術(shù)既滿足了設(shè)計規(guī)范的要求，也保證了工程的工期與進度目標，為本工程爭創(chuàng)魯班獎提供了有力支撐。

本工程中，由于有不停航施工要求，施工區(qū)域航空限高要求，施工作業(yè)最高不允許超過78 m，若施工方式未做充分考慮，不但高空原位安裝及焊接工作量大、現(xiàn)場機械設(shè)備很難滿足吊裝要求，而且結(jié)構(gòu)安裝的精度也很難保證。

根據(jù)以往類似工程的成功經(jīng)驗，若將交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)的主桁架依據(jù)其受力及變形情況合理分段，控制安裝及卸載的順序可有效提升結(jié)構(gòu)安裝的精度，同時于安全、工期和施工成本控制等均有利。

時至今日，交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)在大跨度公共建筑中的應(yīng)用越來越廣泛，交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)安裝及卸載技術(shù)具有很強的推廣意義，在此做簡單歸納總結(jié)，希望對今后類似大跨度交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)的施工有所啟發(fā)。