大跨度鋼桁架分段吊裝施工技術

鄭海波 梁琪

站房與四電

大跨度鋼桁架分段吊裝施工技術

鄭海波 梁琪

摘 要：蘭州西站外立面屋蓋采用正交空間管桁架鋼結構，該工程鋼結構跨度大，對桿件加工精度和高空各組件拼裝精確定位要求高，低溫條件下對桁架焊接質量要求高。采用大跨度“幾”字形屋面鋼桁架散拼高空安裝施工工法，解決了大跨度鋼桁架高空拼裝作業的問題，現場屋蓋鋼結構施工的進度和質量均達到預期目標。

關鍵詞：蘭州西站；大跨度鋼桁架；分段吊裝；高空拼接

1 工程概況

蘭州西站是寶蘭客運專線的終點，蘭新高速鐵路的起點。其外立面屋蓋采用正交空間管桁架鋼結構，順軌方向的主要跨距為27m、66m、27m，垂直軌道方向的跨距基本以20～32m跨為主。主結構結合建筑表皮沿“幾”字形布置主桁架，“幾”字中間部分凸起近10m，凸起部分跨度最大為66m，桁架與鋼管柱連接采用跨度2m、高度3m的倒置三管桁架。

2 施工要點

該工程鋼結構跨度大，對桿件加工精度和高空各組件拼裝精確定位要求高，低溫條件下對桁架焊接質量要求高。

2.1 桿件加工與空間定位

在低溫條件下焊接時，采用電加熱、火焰加熱器等方法進行構件預熱，焊接完成采用后熱消氫處理以保證焊接區溫度平穩冷卻，減小不均勻應力的產生，保證施工質量。

施工中利用BIM技術，建立站房鋼桁架三維空間模型，模擬鋼桁架空間體系排布，從而確定每根桿件空間定位、加工尺寸及各桿件連接處切口形式，依據三維模型中桿件數據進行加工、分段拼裝，保證精確加工及定位尺寸。

2.2 桁架拼裝屋蓋鋼結構主桁架主要由主桁架、聯系桁架、封邊桁架、次桁架、腰桁架、吊掛桁架及聯系鋼梁等組成，鋼結構拼裝主要內容為站房屋蓋桁架地面拼裝，桁架采用分段吊裝，桁架的拼裝均考慮桁架上弦桿分為12m一段的分塊，剩余屋蓋桁架桿件由散件運輸至施工現場，在施工現場進行拼裝完成。

2.3 桁架吊裝

第一步：使用全站儀將待拼裝的桁架軸線放樣至地面上，按照軸線位置布設拼裝胎架（見圖1）。

圖1 桁架吊裝第一步示意圖

第二步：25t汽車吊拼裝吊裝主桁架上、下弦桿（見圖2）。

第三步：25t汽車吊拼裝吊裝主桁架上、下弦桿間腹桿（見圖3）。

第四步：主桁架拼裝完成后進行終測、復核（見圖4）。

圖2 桁架吊裝第二步示意圖

圖3 桁架吊裝第三步示意圖

圖4 桁架吊裝第四步示意圖

2.4 桁架焊接與焊縫處理

2.4.1 桁架分段間的定位焊

（1）桁架分段吊裝就位、找正、調整后，首先由輔助工人在各分段接口處坡口背部沿坡邊向外采用粗砂布或角向磨光機去除銹蝕和污物，在焊縫區域較大范圍去除污物、銹皮、附著物，然后由持證焊工進行定位點焊。

（2）采用手工電弧焊時，選用φ3．2mm電焊條，Q345B鋼選用焊材為：E5015，直流反接，焊接電流≈120A。

（3）用于工程主次管連接處的襯板在接頭施焊全過程中可以存儲較多熱量，所以對接頭的緩冷具有重要作用。因此，對襯板不僅要求材質與母材完全相同，還需滿足寬度不小于40mm、厚度不小于8～10mm。

（4）對于厚鋼板，定位焊前要按規范加熱，可減少定位焊處出現氣孔、未熔合、焊道凹凸、裂紋等缺陷。此處的定位焊應采取大面積除濕，其加熱溫度不低于正式施焊溫度，且定位焊完成后迅速采用石棉布進行保溫等措施。

（5）用于定位的焊機為直流弧焊機，采用手工電弧焊方式。電弧極性：陽級；電流值：≈120A；焊條直徑：3．2mm；焊材型號與母材相匹配。

（6）根據《焊接技術規程》3．7．1．3．2節焊接工藝進行預熱，焊接過程中保持焊接參數和層間溫度，焊后進行后熱與保溫（適用于寒冷天氣）。

2.4.2 焊縫清理及處理

（1）多層和多道焊時，在焊接過程中嚴格清除焊道或焊層間的焊渣、夾渣、氧化物等，可采用砂輪、鑿子及鋼絲刷等工具進行清理。

（2）從接頭兩側進行焊接完全焊透的對接焊縫時，在反面開始焊接之前，采用適當方法（如碳刨、鑿子等）清理根部至正面完整焊縫金屬為止，清理部分的深度不得大于該部分的寬度。

（3）每一焊道熔敷金屬的深度或熔敷的最大寬度不超過焊道表面的寬度。

（4）同一焊縫連續施焊，一次完成。不能一次完成的焊縫，注意焊后的緩冷和重新焊接前的預熱。

（5）加筋板、連接板的端部焊接采用不間斷圍角焊，引弧和熄弧點位置距端部大于100mm，弧坑填滿。

（6）焊接過程中，盡可能采用平焊位置或船形位置進行焊接。

2.5 監測

為了在鋼結構安裝施工過程中對鋼屋蓋關鍵構件在施工過程中的沉降、位移和變形情況進行連續不間斷監測，以便及時對支撐系統和重要桿件的位移、變形量及其設計參數的符合程度進行評估，必須對結構構件、節點、支撐的損傷進行監測，對結構的變形狀態和整體震動進行實測，應設置沉降、位移和變形監測系統進行自檢和動態控制，對鋼屋蓋施工過程進行系統監測。

（1）水準基點的設置。鋼屋蓋的沉降變形觀測是根據鋼屋蓋附近的水準基點進行的，水準基點必須堅固穩定。為了對水準點進行相互校核，防止本身產生變化，沉降觀測水準基點的數目應盡量不少于3個，以組成水準網。對水準基點每半年檢測1次，以保證沉降觀測成果的正確性。

（2）沉降觀測點的布置。沉降觀測點的布置應符合設計要求，設計未規定時，按下列原則設置：建筑物的四角、大轉角處、沉降縫兩側、高低錯臺處；建筑物每隔1個軸線設1個觀測點；變形明顯而又有代表性的部位；穩固可靠、便于保存、不影響施工及建筑物的使用和美觀。

2.6 卸載

站房屋蓋的結構安裝用臨時托架拆除卸載時，為保證已完成安裝的鋼桁架整體的穩定性，以及減少因鋼桁架卸載發生鋼桁架自身沉降變形而造成對后續安裝鋼桁架精度的影響，現場采用方案為：完成4榀鋼桁架形成相對穩固的體系時，方可拆除第1榀鋼桁架其下的臨時支撐托架，依次逐步吊裝鋼桁架，并延遲拆除臨時支撐架。

3 結束語

采用大跨度“幾”字形屋面鋼桁架散拼高空安裝施工工法，解決了大跨度鋼桁架高空拼裝作業的問題，現場屋蓋鋼結構施工的進度和質量均達到預期目標，并達到減少起重機械臺班、節省工期、節約成本的目的。

鄭海波：蘭州鐵路樞紐建設指揮部，高級工程師，甘肅蘭州，730000

梁 琪：中鐵航空港建設集團北京有限公司，工程師，北京，100070

責任編輯 盧敏

中圖分類號：TU745

文獻標識碼：B

文章編號：1672-061X（2015）05-0052-03