大跨度正交平面桁架屋蓋安裝施工技術

中國建筑第七工程局有限公司總承包公司 鄭州 450004

1 工程概況

河南省某體育館屋蓋由正交平面桁架組成，其中短向為弧形平面桁架，桁架最高高度為3 m，長向為直線平面桁架，桁架最高高度為3.02 m，標高4.50 m以上屋蓋管桁架結構由11榀主桁架、6榀次桁架、3榀環桁架及4榀角桁架組成。整個屋蓋結構為沿長短軸雙軸對稱的結構，為增加結構的安全穩定性，在屋蓋鋼結構4個圓角部位和平面桁架之間設置支撐桿件（圖1）。

圖1 體育館效果圖

2 工程施工難點分析

2.1 鋼結構屋面桁架跨度大、高度大、自重大

主桁架最大跨度72.90 m，次桁架最大跨度117.90 m，高度約25.74 m，主桁架單榀質量約30 t。在組裝和拼裝過程中對剛度、穩定性、吊點反力、撓度、桿件內力等進行施工驗算，必要時需采取加固措施。

2.2 結構復雜、施工場地狹小

本工程標高4.50 m以上屋蓋管桁架結構工程由主桁架、次桁架、環向桁架和拉索支撐組成，中心無柱子，結構體系復雜。

體育館③軸至⑤軸區域設計有一地下室，地下室上面鋼結構屋面桁架吊裝時，機械設備站位受影響，致使吊機回轉半徑大。體育館比賽館內的場地面積約為2 146.84 m2，場內可使用的施工面積較小。

2.3 各工況下跟蹤測量控制難

由于施工過程中結構體系發生轉化，主桁架桿件和次桁架通過變形來完成轉換，因此，各施工工況下對主桁架的位置必須進行跟蹤測量，施工時采取必要的措施，使變形在受控下完成，以保證整體造型和施工質量。

3 正交平面桁架屋蓋安裝方案選擇與施工

3.1 方案的選擇與優化

在綜合比較現場拼裝、空中組裝、平面滑移法，分4段吊裝法和分3段吊裝法后，決定采用分3段吊裝法，即：主桁架劃分3段，兩端的2段用汽車吊吊裝并與型鋼柱焊接安裝，中間1段在地面拼裝，用大噸位汽車吊整體吊裝拼裝法。

1）優勢：主桁架分段少，地面拼裝量大，地面拼裝相對高空拼裝操作簡單；分段少，吊裝量少，吊裝機械投入少，機械費用低。分段少，斷點處支撐數量減少，安全性和經濟性提高。主桁架整體吊裝安裝拼裝斷點少，累計誤差小。地面拼裝、整體吊裝速度快，工期短[1]。

2）劣勢：需要1 500 kN大噸位吊車。

3.2 正交平面桁架屋蓋安裝

1）將每一榀主桁架劃分成3個吊裝單元，共分3段，每段質量分別為弧形鋼柱段（左）6.50 t、弧形鋼柱段（右）6.50 t、鋼梁段17.50 t（圖2）。

圖2 主桁架分段后示意

圖3 主桁架拼裝胎架剖面

3）汽車吊機及履帶吊機選擇及行徑路線。2臺500 kN汽車吊在體育館場外吊裝主桁架弧形鋼柱段（左）和弧形鋼柱段（右），1臺1 500 kN履帶吊作為主吊機在體育館場內吊裝③～軸主桁架鋼梁段，在體育館場外吊裝軸主桁架鋼梁段，2臺250 kN汽車吊及2臺塔吊進行次桁架等散裝構件的吊裝[2]。

圖4 主、次桁架鋼梁段完成后示意

圖5 屋蓋安裝完成后示意

3.3 吊裝質量控制

1）臨時操作平面頂部胎模就位測量：臨時操作平臺頂部鋼板上面設置弧形桁架及水平桁架下弦桿胎模。先用全站儀在頂部鋼板上定位出主桁架所在位置的定位軸線，然后用水準儀將標高引至臨時平臺上，調整胎模使其中心線與軸線重合，然后調整胎模標高使其與所支撐位置下弦桿標高一致，最后焊接固定在臨時操作平臺鋼板上。

2）桁架就位測量：弧形桁架吊裝時，弧形桁架與胎模相對應一端的下弦桿吊至胎模內，另一端與型鋼柱上桁架上、下弦桿切口處對接。利用不在一條直線上的3個點確定一個平面的原理，固定好弧形桁架。水平桁架吊裝時，先檢查各臨時操作平臺鋼架支座處胎模中心線的位置，然后將水平桁架吊裝至胎模內，復核后焊接。此處胎模標高確定時要考慮預起拱。

3）桁架標高復測：復測桁架標高，若有偏差，則在支撐架定位點上放置千斤頂，利用千斤頂進行微調校正。

4）桁架安裝復測：桁架直線度、標高校核完畢后，利用纜風繩將桁架固定。

5）桁架吊裝累計誤差的處理：為了防止出現累計誤差，主桁架吊裝前都要對軸線進行實際測量，以實際測量尺寸為依據確定主桁架間次桁架的長度，遵循次桁架長度就主桁架間距的原則。

4 結語

施工前，項目部通過BIM施工模擬及Midas軟件對吊裝方案的技術經濟進行對比分析，使吊裝方案進行多次優化，最終創造了較好的社會效益和經濟效益。施工后，通過現場實測，各項指標均在設計范圍之內。