大跨度管桁架施工技術

劉陳勇

（中國五冶集團有限公司 四川成都 610000）

1 工程概況

本工程為資陽市全民健身活動中心建設項目風雨球場，平面為正方形，結構長95m×65.2m，建筑面積7600m2，共分為三部分，左右兩側為球館，中間為鋼筋混凝土配套用房。左右兩側球館關于配套房鏡像對稱，因此本文以單個球館作介紹，結構體系為鋼結構，采用箱形鋼柱+鋼桁架屋蓋，屋蓋整體采用交叉桁架的結構體系。單個球館平面尺寸39.6m×65.2m，主桁架跨度39m，其中主桁架立面為微弧型，矢高為2m，截面采用倒三角形式，上弦桿采用φ194×5鋼管，下弦桿采用φ245×7鋼管，腹桿φ80、φ114等鋼管，桁架弦桿、腹桿之間節點均采用相貫連接。次桁架采用三向或平面形式，主次桁架間連接節點也采用相貫連接。單個球館鋼桁架屋蓋包含7榀主桁架和2根弧形鋼梁以及42榀次桁架，單榀主桁架重量6.48t。

圖1 風雨球場結構平面布置圖

圖2 風雨球場結構立面布置圖

圖3 單側球館桁架軸測圖

2 安裝過程中的重難點分析

（1）本工程主桁架、次桁架各桿件、主次桁架連接節點均為管材相貫焊縫節點，桿件下料長度、相貫口的切割的精度要求高，焊接易變形，同時主桁架弦桿均為弧形，在加工過程中很容易出現圓管彎曲不到位或出現折痕的現象。

（2）主桁架為倒三角桁架，且立面帶有一定弧形，受其三維性的影響，直接空間定位難度大，在制作上需要搭設拼裝胎架，施工精度要求高。

（3）由于主桁架長度過長，為解決構運輸問題同時又能減少現場拼裝焊接量，需要將單榀主桁架分解成3段，然后在現場重新拼裝，構件運輸過程中造成變形，以及二次拼裝胎架、拼裝精確度、焊接變形等都會對安裝造成影響。

（4）本工程單榀主桁架長度較長，同時為方便拼裝，構件均堆放于場館內，場館外一側配套用房已經形成，造成吊車的站位較為困難，對吊裝方法的選擇及吊裝工藝的要求非常高。

（5）由于桁架本身的特性，吊裝過程中水平剛度小，易變形，吊裝作業安全風險大，同時構件就位后的垂直度對次桁架的安裝影響大。

針對以上重難點技術問題，我們主要從構件的下料、拼裝、焊接變形的控制、吊裝方法的選擇、現場預拼裝、及吊裝階段質量控制等幾個方面進行探討和分析。

3 施工方案的選擇

綜合考慮加工、運輸、吊裝等上因素，在保證構件運輸的情況下，最大程度的減小現場拼裝、焊接工作量，現場吊裝方便的情況下，決定將單榀桁架分成三段，加工廠在胎架上分段進行拼裝，分段制作完成后要進行預拼裝，減小現場整體拼裝的誤差。分段構件完成后進行編號，再運輸至現場進行整體拼裝，焊接完成后進行整體吊裝。此方案無論在制作、運輸、吊裝、變形等方面都能夠有效的控制，因此本工程采用的此種方案。

4 構件的加工制作

加工廠根據設計圖紙進行深化設計，同時根據施工現場吊裝、工廠制作及運輸的要求來進行構件的分段處理，深化完成后請設計及相關單位人員審核確認。桿件的材料放樣、下料切割等均按照圖紙和規范進行，主要保證桿件尺寸的精度，這里不再作闡述。桿件加工的關鍵在于：

4.1 弦桿的彎弧

首先通過建立三維模型進行深化，按照深化圖紙進行彎弧，可通過相應的彎管設備或放樣火焰煨弧，本工程通過在地面放樣制作相應的模具進行火焰煨弧，為保證桿件弧度的圓滑性，彎弧過程中應選擇盡可能多的煨弧點位，避免出現死彎現象。另外在彎弧完成后需要進行檢驗，一般通過桿件兩端點拉線測弦高的方法進行，檢驗方便、快捷。

4.2 相貫線的切割

在本工程中，多管相貫的節點很多且形式較復雜，在制作過程中，桿件管口相貫線的切割、桿件的長度、焊接收縮等因素直接影響到桁架的加工質量，因此，相貫口的切割精度需要保證。

對于相貫線切割，我公司具有專業的相貫線切割設備和技術人員。首先，編程人員需要根據圖紙用CAD軟件建立三維模型，在建模過程中必須保證模型的準確性，然后再通過相應的軟件進行編程，導入到數控相貫線切割軟件中，電腦將根據程序對桿件進行自動切割，因此，在建模和編程過程中必須做到準確無誤，才能確保桿件的切口、坡口角度要求，以滿足相貫線接頭要求。

4.3 桁架的拼裝

為保證曲面桁架的制作、安裝精度，每一段需要制作拼裝胎架，由于本工程桁架的上、下弦矢高變化大，空間變化復雜，弦桿和腹桿的相貫接口多，為保證桁架的制作精度，采用側放位置的空間三維胎架來進行桁架的拼裝。拼裝胎具圖及拼裝示意圖4如下。

架拼裝時，利用水準儀對各點標高尺寸進行測量，利用鉛錘將各方面的尺寸投影到平臺上，使用全站儀在一個平面上進行測量，以此控制桁架的三維空間尺寸。腹桿安裝時，由于所有腹桿之間存在空間角度，為方便拼裝工作采取在上、下弦桿之間彈出中心線，確保腹桿位置的準確。桁架拼裝完成后，利用全站儀、鉛錘、卷尺等對各點尺寸進行檢驗，合格方方可進行焊接。

圖4 腹桿拼裝示意圖

桁架的拼裝過程中需要注意以下幾點：

（1）在拼裝過程中，由于焊接收縮的影響，需要對桿件下料的長度留有余量，同時在胎架上拼裝時，需要預留一定的預拱度防止下撓。并且由于桿件數量較多，在下料時應嚴格做好標記。在拼裝焊接完成后也應做好相應的編號和方向標記。

（2）由于上、下弦桿均為弧形，因此在拼裝時應結合胎架增設臨時支撐。

（3）拼裝時要求精確控制各種尺寸，包括節點之間的距離、坡口間隙等，采用鋼管接頭部位焊接定位耳板來定位。

4.4 桁架的焊接

構件的焊接嚴格按照圖紙和規范進行，尤其是多管相貫的節點，更應該注意焊接方法和順序。焊接過程中應注意以下幾點：

（1）焊接時盡可能在地面拼裝胎架上進行焊接，減小高空焊接量，同時確保焊接質量，同時應采取措施減小焊接應力。

（2）鋼管之間的對接焊縫，采取內加襯管坡口對接，以保證焊縫熔透。

（3）嚴格控制焊接順序，安排合理的焊接順序可以減小焊后變形、應力集中等。對于桁架弦桿的焊接，根據拼裝順序從中間向兩邊焊接，對于桁架的腹桿，采取交錯焊接的方法。

5 桁架的吊裝

5.1 吊裝方法和設備的選擇

通過對鋼結構構件的重量、外形尺寸及安裝標高等因素的綜合考慮，最終確定現場將3段桁架進行拼裝成整榀桁架，采用整體吊裝的方式進行吊裝。由于本工程桁架桿件規格并不大，單榀主桁架重量僅6.48t，因此擬采用2臺25t的汽車吊進行吊裝。

5.2 現場整體拼裝

將每榀桁架分段的構件按編號分別排列于場館內，做好場地硬化措施，搭設桁架整體拼裝胎架，胎架的搭設按加工廠胎架簡化進行搭設，在檢查合格的拼裝胎架上，利用吊車將3段分段構件按相應的編號、位置放置于拼裝胎架上。根據深化圖紙，調整整榀桁架的各項尺寸、預拱度，平整度，最后進行整體測量校正，合格后進行焊接。焊接完成后再進行測量，檢查是否因為焊接或其他引起桁架變形，檢查合格后方可進行吊裝。

5.3 吊裝整體流程

考慮施工場地的影響及吊裝的便利性，左右球館的主次桁架依次從一端向另一端進行安裝。整個風雨球場1～6軸和10～15軸兩區域完成對稱，對1～6軸鋼桁架安裝進行闡述，10～15軸完全一樣。

圖5 開始安裝第一榀主桁架

圖6 依次安裝次桁架

圖7 依次安裝主、次桁架

5.4 吊裝過程中的控制點

5.4.1 吊點的選擇

主桁架選擇2臺25t汽車吊在桁架兩側抬吊，為了不改變桁架的受力狀態，確保吊裝過程中的受力形式和使用過程中一致，吊點設置在桁架原支座位置。

5.4.2 雙機抬吊過程中的同步控制

該桁架在吊裝過程中采用了雙機抬吊，同時使得吊裝過程中更加穩定，安全也更有保障。由于桁架構件較長，雙機抬吊必須解決兩臺吊機同步性的問題，為了更好的完成吊裝，在技術和安全兩個方面對雙機抬吊均采取了保證措施。吊裝前項目部技術負責人編制了詳細的吊裝方案，并經過專家進行論證。同時在吊裝過程中，對吊車司機、信號工、起重工及其他輔助人員進行詳細的技術交底和安全交底，明確桁架的重量以及吊裝運行的路線。吊裝前對各項吊裝設備機具進行檢查，如鋼絲繩等，計算鋼繩是否能滿足吊裝需要。抬吊作業中吊車的司機具嚴格服從信號員的指揮。

5.4.3 桁架垂直度控制和監測

桁架的垂直度對結構的影響極大，尤其是主桁架的安裝如果無法達到垂直度要求，將會影響后期所有次桁架及其他構件的安裝。每榀桁架吊裝就位后馬上用經緯儀等儀器對桁架的垂直度進行檢驗，如發現不滿足要求立即進行校正。同時安裝完成后，對構件平面位置、標高進行監測，是否存在下撓、偏移位置等現象。

6 結束語

大跨度管桁架的吊裝方法有多種，針對本工程的特點及周邊環境、桁架的形式上選擇合適的吊裝方法。按以上工藝施工，從構件制作源頭抓起，通過控制構件制作、預拼裝、驗收、運輸、現場拼裝及安裝等工序，能夠保證大跨度桁架結構的安裝精度和質量。結合現場實際條件，通過科學合理的管理，恰當的施工方案，嚴密可靠的技術，以及細致的布置和安排，使得該工程桁架施工在順利完成的同時，為公司取得了可觀的經濟和社會效益，也為以后類似工程積累寶貴的施工經驗。