復雜空間管桁架結構現場拼裝及吊裝施工研究

何慶 崔博陽 韓旭 曹峻嘉

摘要：結合工程實例，介紹銀行館管桁架鋼結構施工存在的困難及相關施工技術應用，特別針對吊裝設備選擇、管桁架吊裝作業順序及控制方法等進行介紹。

關鍵詞：鋼結構;公共建筑工程;管桁架;吊裝

從20世紀90年代起，隨著一些大跨度鋼結構的應用，我國開始逐步對大跨度鋼結構桁架吊裝施工技術進行研究，積累了不少大跨度空間鋼管桁架結構體系的施工技術。

一、工程概況

某銀行大廈項目屋面鋼結構工程主要分布于塔樓屋面四周的管桁架，整個塔樓平面為矩形，屋面（114.85m）采用空間鋼管桁架體系，柱腳采用混凝土基礎預埋螺栓，桁架主要采用Q345B鋼管，沿屋面四周布置，析架軸線寬度1750mm，高度 10.85m。根據塔吊起重性能及參數，豎向桁架柱為1段，并且將間距1.45米的四根桁架柱固定成一小單元體，成段吊裝，其余桁架柱二根固定成一小單元吊裝。頂部橫向桁架梁沿A和E軸軸方向分為3段，沿1軸和6軸方向分為2段，其余標高桁架梁空中與桁架柱散拼安裝。

二、鋼結構重難點分析

（一）鋼管相貫線剖口切割

此項工程腹桿有大量的鋼管相貫部口。鋼管相貫線是一個空間曲線，且其坡口角度是隨曲線的變化而變化的，鋼管相貫線的切割好壞直接關系到桁架的焊接質量及外觀質量，是制作過程的關鍵。采用數控相貫線切割機進行切割，能夠根據放樣程序在電腦上控制自動切割，并能一次性坡口成形，坡口角度可隨圓周變化，以滿足相貫線接頭處趾部、根部和側部的不同焊接要求。

（二）鋼管線型加工

桁架是空間桁架，主桁架弦桿是一空間曲線，鋼管的線型必須光順美觀且要達到標準要求，為確保鋼管彎曲圓滑成形，必須防止起鼓、起皺。此工程管徑范圍在φ89～φ152mm之間。采用火工折彎處理，以滿足現場要求。

（三）焊接變形控制和制作精度控制

采取雙面對稱焊接及合理的拼裝順序以減少焊后變形。先焊接變形大的部位，后焊接變形小的部位。鋼柱采取整體放樣，以保證精度。

（四）桁架預拼裝

每一榀桁架完成后都進行預拼裝，在地面上根據桁架的長度制作胎架，保證桁架弧線的尺寸精度，桁架按立面方向放置的方式進行拼裝。在鋼平臺上，劃出桁架各弦桿、腹桿中心線及輪廓線的投影線。根據桁架長度設置弧形胎架。

三、吊裝單元分析

（一）吊裝單元劃分

根據吊車起重重量和現場情況將結構分為4種單元類型，為保證吊裝單元在吊裝過程中始終保持固定的角度，就需要吊裝單元的吊點位置必須和單元重心處于同一條豎直線卜。不規則單元的重心可采用彎矩平衡的原理來確定。

（二）吊裝分析

在吊裝過程中，單元主要考慮重力作用，近似采取靜力計算方法來分析單元的內力變化情況，另外考慮起吊時產生的動載效應，內力計算時考慮動力系數，單元的變形采用標準值進行計算。同理，分別對其他3類拼裝單元進行分析，對比4種類型的單元，所有吊裝單元最大應力比為0.324，最大變形為7.613mm。整體上，所有的單元應力比都小于1，豎向變形都小于跨度的1/400，所有單元都處于彈性工作狀態。

四、吊裝方法

做一個等邊三角形的扁擔，長1.2米，高0.6米，在頂部割一個孔，用以掛在吊鉤上。在底邊角位置鉆兩個直徑為40mm的孔，孔邊距離板邊大于60mm，用直徑20mm的鋼絲繩和卡環兩點起吊桁架柱，吊點設置在柱頂吊點處，柱身豎直，吊點通過注重心位置，易于起吊、對線、校正。

桁架柱的吊裝：吊裝前，在桁架柱頂部固定四根直徑8mm鋼絲繩作為攬風繩，在桁架柱根部綁扎一根麻繩（注意防護），作為牽制溜繩，以調整桁架柱方向。綁扎就緒后，先將桁架柱的一端吊離地面200mm左右，停機檢查用索綁扎情況和吊車穩定情況。確認一切正常后，吊車邊起鉤邊轉臂，直至將桁架柱吊直并處于需安裝的基礎上面時，指揮吊車緩慢下鉤。當桁架柱底面距離基礎地腳螺栓頂端40-100mm時，調整柱底位置，注意防止鋼柱就位時破壞螺栓，當螺孔完全對準地腳螺栓，再讓吊車下鉤至桁架柱就位后，利用吊車臂回轉進行垂直度的初校，再擰緊全部螺母，將柱子可靠固定后摘除釣鉤。按此方法，繼續吊裝其余所有桁架柱。

桁架梁的吊裝與桁架柱吊裝基本相同。

校正：在桁架柱的四個方向上綁扎直徑為8mm的鋼絲繩和緊線器，在鋼柱的兩個方向分別架設經緯儀，用以調整鋼柱的垂直度，使之滿足要求或需要的調整值。

焊接：桁架校正后，用二氧化碳氣體保護焊機對桁架柱與桁架梁接縫進行焊接，焊接24小時后進行超聲波探傷。

五、吊裝工藝

（一）現場柱基的檢查

1.定位軸線的檢杳

根據控制定位軸線引到柱位置的基礎上，定位線必須重合封閉，每根定位線的總尺寸誤差是否超過控制數，定位軸線必須垂直或平行;定位軸線的檢查應由亞主、監理、總包（土建）、安裝聯合進行檢查，對檢驗的數據要統一認可后才能進行鋼柱安裝。

2.柱間距檢查

柱間距檢查是在定位軸線被認可的前提下進行的，用標準鋼卷尺實測柱間距，柱間距的偏差值應嚴格控制在士5mm以內;

3.柱中心線的檢查

檢查柱中心線與定位軸線的偏差。

（二）鋼結構構件的預檢

構件的預檢在鋼結構加工廠質檢部門檢查的基礎上，現場安裝項目部要進廠對制造質量復檢，復檢合格后，方可出廠。不允許不合格構件進入安裝現場，同時項目部根據現場安裝進度要求及提供的構件清單監督制造部門是否按進度要求配套加工，避免由于加工構件不配套造成現場安裝間斷，影響安裝工期和質量。

（三）桁架柱的吊裝

1.吊點設置：

吊點設置在柱頂處，柱身豎直，吊點通過注重心位置，易于起吊、對線、校正。為防止鋼柱變形，采用二點吊裝。

2.起吊方法

桁架柱安裝過程中，應注意的事項：a.在操作過程中，要互相配合，動作協調，采用鐵扁擔起吊，盡量使鐵扁擔保持平衡，以防造成安全事故;b.必須有信號指揮，并且分指揮必須聽從總指揮。

起吊時桁架柱必須垂直，盡量做到回轉扶直，根部不拖。起吊回轉過程中應注意避免同其他已吊好的構件相碰撞，吊索應有一定的有效高度。

桁架柱安裝到位，對準軸線，必須等安裝螺栓固定后才能松開吊索。

六、結束語

銀行大廈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，是銀行大廈復雜空間管桁架施工取得成功的關鍵所在。

參考文獻：

[1]中冶京誠工程技術有限公司.鋼結構設計規范：GB%50017-2017[S].北京：中國建筑工業出版社，2017.