大跨度鋼桁架吊裝工程施工技術(shù)探討
——以福州三中濱海校區(qū)為例

林 超

（福建省二建建設(shè)集團(tuán)有限公司,福建 福州 350001）

隨著建筑設(shè)計與施工技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)階段大跨度鋼桁架的設(shè)計制造體系已經(jīng)成熟，但吊裝施工受到桁架自身結(jié)構(gòu)與外部環(huán)境因素的影響，在施工后容易出現(xiàn)失穩(wěn)和變形的情況。因此，有必要實施科學(xué)合理的桁架吊裝方案。

1 工程概況

本項目名稱為福州三中濱海校區(qū)項目，主要由11 棟建筑及一層地下室，游泳館等配套設(shè)施組成，項目中包含學(xué)生與教工宿舍樓、食堂與學(xué)生活動中心、教學(xué)樓、體育館、國際交流中心等。其中6#樓國際交流中心屋面采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，縱長52m，跨度28m；11#樓主席臺、籃球館及游泳館鋼結(jié)構(gòu)屋面采用混凝土柱結(jié)合鋼桁架梁的結(jié)構(gòu)形式；游泳館屋面鋼桁架總長67.3m，跨度43m，籃球館屋面鋼桁架總長78m，跨度40.6m，主要采用Q235B、Q345B 鋼材。本工程作業(yè)環(huán)境圖（圖1）。

圖 1 本工程作業(yè)環(huán)境圖（6#樓國際交流中心及11#樓綜合體育館環(huán)境概況）

2 大跨度鋼桁架吊裝工程施工技術(shù)

2.1 選擇吊機(jī)

首先，選擇現(xiàn)場地面拼裝機(jī)械。吊機(jī)的選擇是鋼結(jié)構(gòu)桁架吊裝方案的重要組成部分，本項目中最重桁架梁就是游泳館部分，長度43m，重量大約12.526t。其次為籃球館的桁架，長度40.6m，重量大約9.758t，工程計劃使用徐工機(jī)械QY50t 汽車吊用桁架，以此完成鋼結(jié)構(gòu)桁架的拼裝施工。

其次，選擇主桁架整體吊裝機(jī)械。本項目中游泳館施工現(xiàn)場遇到阻礙，桁架梁GHJ2-2的高度為位于15.64m 處，重量12.526t，鋼架位于A-G 軸交9 軸位置處，結(jié)構(gòu)基座標(biāo)高的最高點(diǎn)12.96m，鋼桁架長度為43m，但是受到場地條件的限制，施工現(xiàn)場無法使用雙機(jī)進(jìn)行桁架抬吊，只能在場外完成吊裝施工。所以計劃使用300t 汽車進(jìn)行游泳館主桁架的整體吊裝，其他構(gòu)件使用50t 的汽車在場內(nèi)吊裝。此外，籃球館8-13 軸交L-S 軸區(qū)域為看臺，吊車無法成功進(jìn)入，區(qū)域內(nèi)的結(jié)構(gòu)件只能單獨(dú)施工，鋼桁架梁GHJ-2 的吊裝高度21.4m 位置，長度40.6m，結(jié)構(gòu)重量9.758t，受到場地條件的限制，與游泳館施工相同，無法雙機(jī)抬吊，所以選擇使用240t 重量的汽車將桁架整體吊入現(xiàn)場，其余部分場內(nèi)吊裝。受場地限制影響，國際交流中心無法室內(nèi)吊裝桁架，女兒墻檐口高度22.95m，桁架高度為3m，需要35m 的桁架吊裝高度，而吊車與施工地點(diǎn)之間有30m的距離，吊臂長度需要達(dá)到46m，計劃使用240t 汽車吊裝主桁架。

再次，按照施工現(xiàn)場的實際情況，科學(xué)選擇吊車工作位置。在游泳館桁架吊裝施工時，將吊車位置選擇在游泳館的南部，此處土層壓實，道路已經(jīng)硬化處理，能夠滿足吊車的工作條件。吊裝A-G 軸交9 軸鋼桁架時，桁架長度43m，A-D 軸距離21m，吊車和墻面之間保持6m 的安全距離，所以吊車與桁架的中心點(diǎn)距離大致有27.5m，圖2 為吊車與吊點(diǎn)位置情況，其中最大平面直線距離可以達(dá)到27.5m，可計為28m。（圖2）

圖 2 游泳館吊車與吊點(diǎn)位置情況

最后，確定吊車工作臂長與吊裝重量。以游泳館為例，游泳館桁架的吊裝高度最高為25.12m，其中包含混凝土柱頂標(biāo)高、鋼桁架剛度以及吊繩剛度，由于平面最大距離為28m，所以吊車的工作臂長大致需要38m。游泳館單吊車起吊最大重量=鋼桁架重量12.526t+吊鎖重量1.11t=13.636t，項目中使用徐工機(jī)械QY300t 汽車吊，吊裝半徑與臂桿長度分別為28m 和40.9m，300t 汽車吊的吊裝能力最大可以達(dá)到23.9m，要求達(dá)到70%的吊裝安全系數(shù)，經(jīng)計算，吊車起重性能可以滿足吊裝要求。

2.2 桁架拼裝與對接

本項目中，鋼桁架需要在加工廠中提前分段加工，隨后再預(yù)拼裝，經(jīng)過質(zhì)量驗收合格后才能進(jìn)行上下弦分段拼裝。要求對分段桁架標(biāo)號，方便運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后可以順利的完成拼裝。完成預(yù)拼裝后，還需要現(xiàn)場進(jìn)行桁架拼裝對接，使用50t 汽車吊將桁架分段的吊入現(xiàn)場，拼裝施工技術(shù)要點(diǎn)如下：

（1）施工前準(zhǔn)備與放線工作。將場地清理平整，土壤壓實，依據(jù)施工圖紙完成桁架拼裝，測量桁架界面與對角線的尺寸，保留工程數(shù)據(jù)，以此作為后續(xù)中端桁架的拼裝數(shù)據(jù)參考、游泳館南側(cè)準(zhǔn)備面積為50m×20m 的平整場地負(fù)責(zé)堆放與拼裝對接桁架構(gòu)件。

（2）安裝桁架拼裝胎架與腳手架，依 據(jù) 控 制 線 設(shè) 置 胎 架， 共20 根8m 長H300×300×10×15。分批次的構(gòu)件入場，按照設(shè)計圖紙位置放置，桁架梁下架設(shè)墊木，同時預(yù)留出穿吊索的空間。

（3）采取側(cè)位平放的方式拼裝桁架，對場地找平后進(jìn)行胎架鋪墊，隨后按照3 榀鋼桁架的標(biāo)準(zhǔn)開始拼裝和焊接。其中游泳館需要12榀鋼桁架，分成4 處擺放；籃球館需要13 榀鋼桁架，分成4處擺放。為了方便拼裝與焊接使用，工程使用50t 的汽車吊進(jìn)行桁架翻轉(zhuǎn)與移動，從而提高施工效率。拼裝完成后應(yīng)用角鋼型材在上下弦桿側(cè)向位置做好臨時焊接固定。

（4）桁架的焊裝拼接施工。要求梁下墊好枕木，依據(jù)控制線的設(shè)置情況進(jìn)行桁架拼裝，底部設(shè)置千斤頂，在千斤頂?shù)淖饔孟伦龊蒙舷孪覙?biāo)高的有效調(diào)節(jié)，安裝時做好臨時固定，等待桁架安裝完成后再焊接施工。

2.3 焊接施工

項目中應(yīng)用的鋼桁架材質(zhì)多為Q345B 鋼材，按照設(shè)計圖紙的要求確定焊縫等級，構(gòu)件的對接焊縫等級為一級，其余為二級。采用手工電弧焊和二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的焊接方法，一般手工電弧焊主要用在定位焊接和點(diǎn)焊，氣體保護(hù)焊由于焊接速度快，所以會用于主構(gòu)件的現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)焊接。焊接之前需要做好相應(yīng)準(zhǔn)備工作，選擇Q345B 材質(zhì)的焊條，焊條直徑應(yīng)達(dá)到3.5～4.0mm；選擇Q345B 材質(zhì)的焊絲，型號為HJ（ER）50-6，要求焊絲直徑達(dá)到1.2mm。明確二氧化碳?xì)怏w的選擇要求，要求選用優(yōu)等品，且二氧化碳組分含量超過99.9%，不得在其中檢測出液態(tài)水與油，且水蒸氣與乙醇量不能超過0.005%。本項目中，進(jìn)入施工現(xiàn)場的焊接材料必須附帶質(zhì)量合格證書，且現(xiàn)場內(nèi)應(yīng)設(shè)置焊材存儲場地，負(fù)責(zé)對不同焊接需求的桁架分類保管。對氣體保護(hù)焊的焊絲加強(qiáng)防潮保護(hù)。

優(yōu)化焊接工藝，具體操作要點(diǎn)如下：（1）定位焊，要求焊機(jī)種類和焊材相符合，適當(dāng)選擇偏大的電流值，在施焊之前清除雜物，特別是坡口背部襯板處的污物，防止焊接施工引發(fā)氣孔增生問題，要求定位焊達(dá)到過渡平滑，和母材有效融合，且收弧位置填滿弧坑。冬季與春季施工時，要求定位焊提前預(yù)熱，隨后使用石棉布將材料覆蓋保溫。（2）構(gòu)件組裝定位焊之后，按照工藝參數(shù)與作業(yè)順序進(jìn)行施焊，按照施工準(zhǔn)備、焊前檢查、坡口清理、焊前預(yù)熱、定位焊、打底焊、中間層焊接、蓋面層焊接、焊縫外觀檢查、超聲波探傷等工序進(jìn)行焊接施工。（3）檢查焊接質(zhì)量。要求焊縫焊波均勻平整，表面沒有任何氣孔和裂縫，且沒有弧坑。采用無損探傷方式，一級與二級焊縫應(yīng)采用超聲波探傷方法。

以鋼桁架梁對接焊工藝為例，相關(guān)施工技術(shù)要點(diǎn)如下：（1）根部焊接施工，從下部開始超越中心線10mm 的位置起弧，與定位焊接頭處前行10mm 位置收弧。再次始焊應(yīng)在定位焊縫上退行10mm 引弧，在頂部中心處熄弧時應(yīng)超越中心線至少15mm 并填滿弧坑。填充層焊接施工時在接近面層的位置保留2mm 左右的深度。面層焊接時，選擇較小的電流值，且控制坡口邊的熔合時間，同時快速完成換條和重新燃弧。（2）焊接之后做好清理與檢查工作，除去飛濺的焊渣，對量規(guī)器具進(jìn)行幾何尺寸檢查，不能存在任何低凹、焊瘤、咬邊等缺陷。（3）焊接完成后應(yīng)等待材料冷卻至常溫狀態(tài)，隨后采取uT 檢驗的方法，檢驗之后的接頭質(zhì)量需要達(dá)到JB1152-82-I 級焊縫標(biāo)準(zhǔn)。（4）明確節(jié)點(diǎn)焊接順序，梁-梁拼接節(jié)點(diǎn)的焊接順序應(yīng)避免上下弦梁截面兩對稱側(cè)焊縫收縮不均衡而使柱發(fā)生偏斜，以控制好結(jié)構(gòu)的外形尺寸。

2.4 桁架吊裝

首先，進(jìn)行桁架試吊。拼裝完成后提前試吊，要求桁架平穩(wěn)上升，緩慢起吊，距離地面200mm 之后懸停20min，檢查桁架結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定，懸浮狀態(tài)以及吊車狀態(tài)，多次試驗確保沒有任何問題。

其次，桁架吊裝。測量預(yù)埋地腳螺栓的安裝精度，防止對吊裝產(chǎn)生影響，檢查地腳螺栓標(biāo)高與平面位置，要求偏差不能超過2mm。安裝之前檢查桁架的連接件與構(gòu)件中心線，兩端拉設(shè)纜風(fēng)繩，設(shè)置倒鏈，以此控制桁架的偏移方向。第一榀吊裝就位之后，要求吊車暫時不脫鉤，對柱位節(jié)點(diǎn)做好固定，使用手動葫蘆與鋼絲繩分兩個方向等距離分6 點(diǎn)進(jìn)行拉結(jié)至地面固定物，后吊車再行脫鉤。吊裝第二榀后依然不松鉤，還需吊裝桁架梁間的系桿、格構(gòu)撐架，等結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后再脫鉤。

最后，做好吊裝施工的測量控制。采用砼柱頂和鋼桁架梁底板進(jìn)行定位，完成鋼桁架安裝測控，采用水平位置與桁架頂水平度測量兩種方法，全站儀進(jìn)行有效控制，水準(zhǔn)儀進(jìn)行標(biāo)高復(fù)核，同時不斷優(yōu)化桁架吊裝流程。

3 結(jié)語

總而言之，憑借著自重輕、強(qiáng)度大以及施工工期短的技術(shù)優(yōu)勢，大跨度鋼結(jié)構(gòu)桁架被用于各行業(yè)，且造型越來越獨(dú)特，規(guī)模更加龐大。結(jié)合具體施工情況，不斷優(yōu)化施工工序，加強(qiáng)吊裝施工過程的有效控制，從而保障施工質(zhì)量，盡可能地延長桁架使用壽命。