大型體育館鋼結構管桁架施工技術

胡章貴

（貴州工程應用技術學院，貴州 畢節 551700）

1 工程概況

貴州工程應用技術學院體育館工程總建筑面積15 996m2，屋蓋以下為鋼筋混凝土結構，屋蓋以上為管桁架鋼結構，呈橢球形，長軸約79.8m，短軸約64.8m，劃分為2個錯層的長條形片狀大跨度拱形桁架，桁架最大跨度64.8m。屋面曲線流暢飄逸，簡潔而有特色，屋面材料為輕型金屬屋面板（見圖1）。屋蓋采用空間管桁架和網殼混合結構形式。屋蓋主體結構通過減振、抗震球形支座支撐于下部混凝土柱頂，柱內為四邊形和倒三角形空間管桁架，柱外邊懸挑部分為網殼結構。空間管桁架節點為相貫節點，網殼及支座節點采用螺栓球和焊接球節點。

圖1 項目側立面效果

2 工程特點與難點

1）貴州工程應用技術學院體育館屋面鋼結構為超大型空間結構，由9個相互平行的長條形拱形桁架組成，各桁架之間相對獨立，高度和形式均不相同。為保證屋面造型，空間定位測量如何保證是一大難點。

2）桁架中部采用橫向水平支撐，以保證屋面平面剛度。在安裝過程中，桁架水平支撐安裝完畢后，方為穩定的空間結構，所以保證施工階段的結構穩定至關重要。

3）桁架支座為限位雙向滑動抗震球剛性支座，支承于下部鋼筋混凝土框架柱上，即沿著桁架縱橫方向，支座允許有限滑動。支座較為復雜，由北交大支座研究所定制生產。

4）兩側承臺桁架結構長達92.67m，此榀為結構最高點桁架，與下部桁架弦桿連接，給安裝施工帶來較大難度。

5）體育館主桁架4～6榀桁架組合成一榀，重約63t，長64.8m，無法使用塔式起重機直接吊裝，因此采用在體育場外拼裝，再采用履帶式起重機整體提升，因此要制定詳細、安全的施工吊裝方案。

6）管桁架節點為管管相貫節點，如何選擇合理的安裝順序，保證鋼管順利安裝，并保證相貫節點的焊接質量是本工程的另一大難點。

3 主要吊裝設備選擇及施工現場總平面布置

3.1 主要吊裝設備選擇

屋面鋼結構的現場組拼和安裝工作是整個工程的重要工序，直接影響工程總體質量和工程進度。而吊裝機械的選擇直接決定了鋼結構的總體施工方法，因此針對本工程結構形式，制定并采用合適的履帶式起重機機型和布置方案至關重要。綜合考慮各構件的位置和重量，結合該工程建筑構造、結構形式、工期要求，決定采用2臺SCC320履帶式起重機，主臂長18～84m，最大起重量320t；2臺最大起重量25t、主臂長31m的汽車式起重機和1臺最大起重量8t，主臂長18m的汽車式起重機，以滿足施工需要。

3.2 起重機平面布置

起重機平面布置如圖2所示。2臺320t履帶式起重機分別位于邊軸線東、西側13.5m處，2臺25t汽車式起重機位于北側，1臺8t汽車式起重機在場內輔助吊運材料。

圖2 施工現場總平面布置

3.3 履帶式起重機布置方案主要優點

1）保證吊裝作業時履帶式起重機沒有盲區，可覆蓋整個屋蓋鋼結構。

2）滿足體育館屋面各個大跨度、超重桁架的吊裝作業。

3）2臺履帶式起重機均布置在結構基礎外側，對主體結構不會產生影響。

4 鋼結構加工制作

4.1 桿件加工工藝要求

1）桿件下料時必須預留焊接收縮量，根據管徑和壁厚將預留2～4mm。

2）根據管徑和壁厚大小，選擇自動切管機下料，并把坡口切好。

3）鋼管噴砂除銹后當班必須涂上底漆。

4）桿件編號時，為便于查找，把編號寫在桿件兩端頭內壁上。

5）桿件允許偏差及檢驗方法如表1所示。

表1 桿件允許偏差及檢驗方法

4.2 鋼管相貫線切割

本工程管桁架相貫線全部通過計算機立體放樣，將數據輸入計算機控制三維自動切管機精確切割，即腹桿上的相貫線及焊接坡口一次切割完成，如圖3所示。

4.3 鋼管桿件焊接

1）采用與Q235B鋼桁架相應的焊接材料。

2）手工焊接用的焊條，應符合GB/T 5118—2012《低碳鋼和低合金鋼焊條》的規定及鑄鋼用焊條相關標準。選擇的焊條型號應與主體金屬強度相適應。

3）自動焊或半自動焊接用的焊絲和焊劑應與主體金屬相適應，應采用符合GB/T 14957—94《焊接用鋼絲》規定的含有錳、硅等高脫氧元素的合金鋼焊絲。

圖3 數控鋼管相貫線切割機

4.4 涂裝材料

1）鋼結構防銹處理采用防銹涂料，可選用水性無機富鋅漆。

2）鋼構件的防銹和涂裝應在制作質量檢驗合格后執行。所有鋼管兩端均應封閉，若未封閉須設封板，以防管內銹蝕。

3）鋼構件表面的防銹方法采用噴射或拋射除銹，使鋼材表面露出部分金屬光澤，除銹等級應達Sa2.5，其質量要求應符合GB 8923—88《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》的規定。

4.5 防火涂料

本工程防火等級為二級，屋面鋼結構的耐火極限為1h，采用薄型防火涂料。

5 鋼結構施工

5.1 施工區域劃分及安裝順序

屋面鋼結構由9個相互平行的長條形拱形桁架組成，按照該結構特點將屋面劃分為A、B 2個主要施工區域，分別使用2臺履帶式起重機進行吊裝。由于2個區域相對獨立，因此按照從一端向另外一端的順序進行安裝，單個區域的安裝按照由南向北的順序進行，如圖4所示。

除以上2個區域外，鋼結構施工還包括桁架邊緣懸挑網殼結構，這部分網殼結構與管桁架連接節點為相貫節點，需桁架安裝完畢再進行螺栓球網架施工（見圖5）。

圖4 施工區域劃分及施工順序

圖5 體育館頂部屋面桁架平面布置

5.2 鋼結構安裝方法

1）體育館頂部長軸兩端HHJ9b、HHJ9a屋面環桁架采用2臺25t汽車式起重機整段在地面拼裝，然后利用2臺320t履帶式起重機高空整段吊裝就位，局部多點用直徑20mm鋼絲繩和5t倒鏈固定。

2）體育館頂部四周 HHJ1a（b）—HHJ8a（b）屋面環桁架，采用2臺25t汽車式起重機整段在地面拼裝，然后用1臺320t履帶式起重機整段吊裝就位與兩端主桁架焊接連體。

3）體育館頂部長軸兩端 ZHJ9、ZHJ8、ZHJ2、ZHJ1（跨度＜64.8m）屋面主桁架，整段在地面拼裝，然后利用2臺320t履帶式起重機整段吊裝就位。

4）體育館頂部主桁架與環桁架、主桁架與主桁架之間的次桁架 CHJ1a（b）—CHJ8a（b），地面整體拼裝，然后采用 1 臺320t履帶式起重機整段吊裝就位與兩端主桁架或環桁架焊接連體。

5）體育館頂部的 ZHJ3、ZHJ4-6組合、ZHJ7大跨度（長64.8m）屋面鋼結構主桁架地面整體拼裝，采用2臺25t汽車式起重機輔助起吊，2臺320t履帶式起重機雙機起吊就位。

5.3 吊裝前的準備工作

設備在吊裝前，必須做好全面仔細的檢查核實工作。檢查吊裝單元安裝基準標記、方位線標記是否正確。選擇有經驗的司索工進行吊裝索具的系接，保證吊裝索具的位置和角度。

5.4 試吊

試吊前檢查確認，吊裝總指揮進行吊裝操作交底。起吊放下進行多次試驗，使各部分具有協調性和安全性，同時復查各部位的變化情況。

5.5 吊裝就位

1）由總指揮正式下令，檢查各崗位到崗待命情況，并檢查指揮信號系統是否正常。各崗位匯報準備情況，并用信號及時通知指揮臺。正式起吊，離開地面500～800mm時停止，并作進一步檢查，各崗位應匯報情況是否正常。撤除支座及地面雜物，繼續起吊。

2）吊裝過程應時刻注意保持吊裝單元的穩定狀態。在吊裝過程中應盡量減少停止次數。

3）就位調整時，應注意盡量使接口對準已安裝完畢的桁架接口，防止發生碰撞，然后緩慢下降就位。

4）當吊裝單元就位后，測量其中心線及標高誤差，并加以調整，調整完畢后與支座焊接固定。

5.6 技術保證措施

1）吊裝指揮系統是設備吊裝的核心，也是吊裝成敗的關鍵。因此，成立吊裝領導小組，為吊裝制定完善和高效的指揮操作系統，使整個吊裝過程有條不紊地順利進行。

2）技術負責人要對2臺履帶式起重機司機、起重工及信號指揮人員進行詳細的書面技術交底和安全交底。2臺履帶式起重機司機必須明確構件的重量以及各自運行的路線。

3）抬吊前履帶式起重機機組人員對設備進行嚴格的檢查和保養，其中包括履帶式起重機的結構部分、剎車系統、卷揚機構、鋼絲繩等，起重工要對所用的吊索具進行嚴格的檢查。

4）抬吊過程中信號員負責掌握吊鉤的運行方向，統一指揮協調2臺履帶式起重機的回轉動作和變幅動作。

5）2臺履帶式起重機吊索都應保持與地面呈垂直狀態。

6）雙機抬吊履帶式起重機按降效20%考慮。

5.7 安全保證措施

1）起吊過程中，保持鋼絲繩垂直，起鉤前先將鋼絲繩繃緊，原地觀察，構件在離地面0.5m左右時必須停住，確定制動、吊點、吊具等沒問題時再繼續進行操作。

2）起重機回轉時要使構件下降到允許的最低位置，禁止抬吊構件距最低位置較高處做大范圍的回轉和變幅動作。

3）抬吊過程中司機在操作時必須集中精力，當安全位置顯示報警時，必須按照操作規程中的有關規定操作。

4）信號指揮在吊裝過程中必須集中精力，使用對講機指揮必須口齒清楚。

5）履帶式起重機司機在吊裝過程中要集中精力，未聽清信號不得擅自操作。

6 施工驗算

選跨度最大、拱高最高的ZHJ7為計算單元，驗算結果如下所述。

1）提升過程各桿件強度應力比為0.7，滿足強度要求。

2）提升過程中位移計算最大合位移約為8.4mm，滿足使用要求。

3）桁架落位后對柱頂的水平力為12kN，小于球型支座的設計值350kN，滿足要求。

7 結語

大型體育場館管桁架鋼結構施工應結合建筑結構形式、空間形態，在確保桁架加工及安裝精度的情況下，編制科學、安全、實用的施工方案，選擇合理的吊裝設備及加工工藝，制定周密細致的吊裝順序，是大型體育場館管桁架施工取得成功的關鍵所在。