大跨度鋼管桁架吊裝工藝的選擇

任柏松 周小甲 任有橋

摘 要 近年來(lái)隨著鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的不斷發(fā)展，施工工藝的不斷進(jìn)步完善，國(guó)內(nèi)以至于世界上涌出了一大批以鋼結(jié)構(gòu)——鋼骨架為主體的大型鋼結(jié)構(gòu)建筑。鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式日益新穎，構(gòu)造越來(lái)越復(fù)雜，結(jié)構(gòu)跨度也越來(lái)越大。隨之而來(lái)的一大難題就是大跨度鋼管桁架的結(jié)構(gòu)吊裝，面對(duì)這個(gè)難題，選擇合適的施工工藝、使用正確的吊裝方法，對(duì)這種大跨度鋼管桁架的順利吊裝顯得尤為重要。特別是隨著科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)力的不斷發(fā)展進(jìn)步，越來(lái)越多的新技術(shù)、新工藝、新方案不斷出現(xiàn)，選擇不同的吊裝工藝，將直接影響整個(gè)工期的進(jìn)度、成本與效益。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本篇文章將著重描述關(guān)于大跨度鋼管桁架吊裝工藝的選擇。

關(guān)鍵詞 大跨度;桁架梁;分段組合;吊裝技術(shù);施工工藝

1工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目為亞運(yùn)射擊射箭現(xiàn)代五項(xiàng)館，包括射箭、飛碟、現(xiàn)代五項(xiàng)競(jìng)賽項(xiàng)目，場(chǎng)館位于富陽(yáng)區(qū)銀湖街道九龍大道與龍溪北路交叉口西北側(cè)，規(guī)劃用地412.77畝。

本項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容包括新建射擊綜合館、新聞及安保中心、輔助用房、馬廄及隔離馬廄及地下室;飛碟、射箭及現(xiàn)代五項(xiàng)的比賽場(chǎng)地及項(xiàng)目范圍內(nèi)的道路、綠化、停車(chē)場(chǎng)、廣場(chǎng)及硬地公用工程等配套設(shè)施。鋼結(jié)構(gòu)主要為綜合館、新聞及安保中心、輔助用房和馬廄等的主體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)形式為鋼及鋼骨框架、型鋼桁架、管桁架等，工程總用鋼量約4500噸。

項(xiàng)目總用地面積275182m2，新建總建筑面積約82360.35m2，其中地上建筑面積：射擊綜合館42558.07m2，新聞及安保中心5041.5m2，飛碟輔助用房5091.1m2，射箭及現(xiàn)代五項(xiàng)輔助用房5613.3m2，馬廄2050.4m2，隔離馬廄91.1m2，地下建筑新建建筑面積21914.88m2（包括人防地下建筑面積4883平方米），同時(shí)新建射箭、飛碟、馬術(shù)激光跑比賽場(chǎng)地及停車(chē)場(chǎng);停機(jī)動(dòng)車(chē)停車(chē)數(shù)966輛、非機(jī)動(dòng)車(chē)位數(shù)152輛。

（1）綜合館

綜合館地上建筑面積42558.07m2，包含射擊決賽館、游泳館、50m和25m比賽館和輔助用房等。其中本工程的管桁架主要集中在射擊預(yù)賽館。

射擊預(yù)賽館擋彈板管桁架位于8-20/J-U軸，其中50m預(yù)賽館管桁架位于8-20/J-Q軸，桁架支座標(biāo)高+13.550m，桁架頂標(biāo)高+16.284m，桁架高度2.2m，主桁架為南北方向共7榀，每榀跨度51m，下設(shè)5處支座。主桁架間通過(guò)橫向桁架聯(lián)結(jié)。

25m預(yù)賽館管桁架位于11-19/S-U軸，桁架支座標(biāo)高+3.750m，桁架頂標(biāo)高+6.550m，桁架高度2.3m，主桁架為南北方向共6榀，每榀跨度15.55m～18.1m，下設(shè)2～3處支座。主桁架間通過(guò)橫向桁架聯(lián)結(jié)。

50m和25m射擊預(yù)賽館管桁架弦腹桿主要為PIP89×6～PIP168×16等規(guī)格，50m預(yù)賽館主桁架跨度51m，單榀桁架重量12t;25m預(yù)賽館主桁架跨度18.1m，單榀桁架重量4t。典型特征見(jiàn)下圖：

2施工特點(diǎn)及重難點(diǎn)

經(jīng)過(guò)對(duì)本工程大跨度管桁架所在位置及方案介紹分析可知，此處吊裝存在以下難點(diǎn)：

2.1 大跨度管桁架結(jié)構(gòu)桿件多，鋼管貫口切割精度要求高

主要困難：本工程50m、25m射擊預(yù)賽館管桁架存在大量鋼管加工，與鋼管相貫節(jié)點(diǎn)的幾何信息正確與否是相貫線切割質(zhì)量保證的重要條件，桁架桿件皆為圓鋼管，且大量連接節(jié)點(diǎn)為相貫節(jié)點(diǎn)，采用何種合理的切割設(shè)備、切割工藝來(lái)確保鋼管的相貫線切割精度將是整個(gè)工程質(zhì)量的重點(diǎn)。

2.2 拼裝難度大、精度要求高

主要困難：管桁架桿件多，形式復(fù)雜，且桁架超寬超大，需散件運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，拼裝后安裝。現(xiàn)場(chǎng)拼接胎架的設(shè)立位置確定和拼裝精度的控制是重點(diǎn)。

2.3 桿件數(shù)量多，管理組織要求高

主要困難：本工程桿件多，規(guī)格多，施工分區(qū)多，同時(shí)施工的工作面多，若構(gòu)件管理不善造成現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件管理混亂，將給工期和成本造成巨大的損失。所以，如何將桿件有序包裝，配合現(xiàn)場(chǎng)的成品管理，是本工程的重點(diǎn)[1]。

2.4 跨度大，凈空高，噸位大

50m預(yù)賽館主桁架跨度51m，單榀桁架重量12t;25m預(yù)賽館主桁架跨度18.1m，單榀桁架重量4t。

3吊裝方案選擇以及施工

3.1 吊裝方案選擇

經(jīng)過(guò)對(duì)本工程大跨度管桁架所在環(huán)境位置及方案要求分析可知，可供選擇的吊裝方案及思路如下：

（1）整榀桁架整體吊裝法

整體吊裝法是指大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)在地面拼裝成整體后，采用單根或多根拔桿，一臺(tái)或多臺(tái)起重機(jī)械進(jìn)行吊裝就位的施工方法，吊裝時(shí)可高空平移或旋轉(zhuǎn)就位。

焊接量幾乎在地面進(jìn)行，能夠保證施工的質(zhì)量，但對(duì)起重設(shè)備的能力和起重移動(dòng)的控制尤為重要。

以整榀桁架為吊裝單元可大大提高工作效率，減少空中焊接拼裝缺陷，降低施工難度。因此工程開(kāi)始就將整榀吊裝的施工思路納入方案選擇之中。

（2）分段或分塊吊裝法

分塊或分段吊裝法是將結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的劃分，然后由起重設(shè)備吊裝至設(shè)計(jì)位置，完成高空對(duì)接拼裝，形成整體的安裝方法。

結(jié)構(gòu)劃分的大小視起重設(shè)備的能力大小和結(jié)構(gòu)狀況而定。桁架結(jié)構(gòu)的分段位置不宜在跨中，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可采用分塊或分條的安裝方法。施工難點(diǎn)和重點(diǎn)是吊裝單元的合理劃分，吊裝單元必須自成體系，并保證足夠的剛度，以確保吊裝過(guò)程中吊裝單元的穩(wěn)定性以及變形等滿足要求。

將整榀桁架合理的分割成段，以每一段桁架為單獨(dú)的吊裝單元待用，有利于桁架的快速施工，小單元可以在平地制作好，可與工程結(jié)構(gòu)平行施工，一旦安裝條件具備，即可立即吊裝;分段吊裝還能減少現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境及場(chǎng)地限制問(wèn)題對(duì)吊裝的影響，并且因此對(duì)吊裝機(jī)械的要求也會(huì)相對(duì)變小。

由于50m射擊預(yù)賽館管桁架擋彈板管桁架整段自重超過(guò)塔吊起重能力，且距汽車(chē)吊站位位置較遠(yuǎn)，無(wú)法使用汽車(chē)吊跨外進(jìn)行吊裝，經(jīng)過(guò)多方會(huì)審以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況勘察，最終確定采用塔吊在三層樓板進(jìn)行分段吊裝。

桁架支座、焊接球、弦腹桿均以散件形式入場(chǎng)，經(jīng)塔吊直接卸到3層樓板上，在3層樓板搭設(shè)拼裝胎架，分段拼裝完成后吊裝。

3.2 管桁架結(jié)構(gòu)吊裝吊機(jī)選擇

50m射擊預(yù)賽館管桁架采用1號(hào)（T7020）、2號(hào)（TC5710）、

4號(hào)（H7015）塔吊，在各自的塔吊覆蓋范圍內(nèi)，將桁架分段拼吊。

塔吊覆蓋范圍圖如圖4。

根據(jù)塔吊起重性能，將7榀主桁架分為5-9段，8線主桁架分為5段，20線主桁架分為9段，下部設(shè)置支撐胎架，分段接頭錯(cuò)開(kāi)高空焊接。

支撐胎架從+10.1m～+14m，胎架高度4m。管桁架分段重量均在0.5t～4t范圍內(nèi)，胎架主肢、腹桿采用L63×6角鋼，截面500×500，經(jīng)計(jì)算滿足支撐受力要求。

3.3 管桁架結(jié)構(gòu)吊裝吊點(diǎn)選擇

在確定大跨度空間桁架結(jié)構(gòu)的吊裝方案時(shí)，吊點(diǎn)的選擇和吊點(diǎn)的分布是首先要考慮的問(wèn)題。一個(gè)平直的大跨度結(jié)構(gòu)構(gòu)件，要吊裝到設(shè)計(jì)標(biāo)高與兩柱頭連接，其吊點(diǎn)的選擇和吊點(diǎn)的分布要保證起吊后的梁：在自重作用下兩端的軸向相對(duì)變形等于或接近零，這樣吊裝到設(shè)計(jì)位置的梁就能準(zhǔn)確就位，不會(huì)超長(zhǎng)也不會(huì)縮短。依據(jù)這個(gè)原則，吊點(diǎn)的選擇要滿足以下三條：

（1）吊件兩端的軸向相對(duì)變形等于或接近零。

（2）吊件翻身、起吊過(guò)程中自身重力作用下的變形和彎矩分布比較均勻，且數(shù)值最小。

（3）設(shè)計(jì)方提供的構(gòu)件吊裝驗(yàn)算數(shù)據(jù)及吊裝要求。

在本工程中考慮到吊裝高度和吊裝機(jī)械的參數(shù)，以及吊裝桁架的整體性因素，經(jīng)過(guò)專(zhuān)家論證等各方的討論協(xié)商，桁架吊裝決定采用四點(diǎn)綁扎、分段整體吊裝、次就位的方法。為使桁架吊起后不發(fā)生搖擺，與其他構(gòu)件相碰，起吊前在離支座的節(jié)點(diǎn)附近用麻繩系牢，隨吊隨放松，以此保證其正確位置[2]。

3.4 勞動(dòng)力安排

根據(jù)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)度要求，鋼桁架結(jié)構(gòu)施階段高峰期間，每天現(xiàn)場(chǎng)所投入勞動(dòng)包括起重工、拼裝工，鉚工、焊工、測(cè)量工等總計(jì)約 30人 。

4桁架吊裝施工過(guò)程

4.1 桁架吊裝施工工藝流程

桁架吊裝施工工藝流程如下：場(chǎng)地清理一 待吊裝桁架就位一 吊機(jī)就位—搭設(shè)高空操作平臺(tái)一 試吊裝一 正式吊裝 一高空就位 一 搭高空焊接操作臺(tái)一 焊接一 落鉤。

4.2 桁架吊裝前準(zhǔn)備

（1）桁架吊裝前，主體結(jié)構(gòu)必須施工完畢，并且檢查驗(yàn)收合格。

（2）吊裝前，吊機(jī)所行的路線和輔助吊車(chē)的位置必須提前確定好，以確保吊裝的順利進(jìn)行，起重機(jī)吊裝工作范圍內(nèi)的障礙物必須預(yù)先清除。

（3）吊裝施工時(shí)使用的鋼絲繩、索具、撬棒、卡環(huán)、包角、道木等應(yīng)該準(zhǔn)備齊全，并達(dá)到施工使用要求。

（4）吊裝前，安裝施工人員根據(jù)桁架及次梁的實(shí)際尺寸，對(duì)吊裝施工中垂直空間內(nèi)影響和阻礙吊裝的物體拆除清理干凈。

（5）吊裝前，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和施工機(jī)械的現(xiàn)狀，編制合理的吊裝施工方案。組織參加作業(yè)的施工人員對(duì)方案進(jìn)行學(xué)習(xí)，掌握吊裝方法和技術(shù)要求。

（6）桁架梁安裝點(diǎn)尺寸符合要求。

（7）影響吊裝的桁架上障礙物處理、場(chǎng)地障礙物已經(jīng)處理完畢，表面擦洗完畢需帶上的附件已固定。

（8）現(xiàn)場(chǎng)所有警戒措施及通信設(shè)施合格。

（9）道路使用申請(qǐng)已經(jīng)審批。

4.3 試吊

由于本工程鋼管桁架構(gòu)件質(zhì)量較大，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，故選用分條分片吊裝，并且用三臺(tái)塔吊共同吊裝。為了確保吊裝的安全可靠，每榀桁架正式吊裝前應(yīng)進(jìn)行試吊，試吊時(shí)在桁架吊離地面150～200mm時(shí)，應(yīng)停留幾分鐘，檢查全部機(jī)具與支腳穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)先將工件放回地面，故障排除后重新試吊，確認(rèn)一切正常，方可正式吊裝。為了防止構(gòu)件在起吊和就位過(guò)程中擺動(dòng)過(guò)大，在構(gòu)件兩端設(shè)牽引繩，以便操作人員對(duì)構(gòu)件定位進(jìn)行控制。

4.4 正式吊裝

第一步：在分段桁架下方設(shè)置胎架。

第二步：用塔吊將拼裝安放好的管桁架從三層樓板緩慢吊起4米厚停止。

第三步：塔吊緩慢旋轉(zhuǎn)臂桿到合適的角度，到達(dá)要吊裝的位置正上方時(shí)，停止旋轉(zhuǎn)。

第四步：鋼結(jié)構(gòu)施工人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，由塔吊配合安裝固定桁架，直至鋼桁架焊接結(jié)束，工作人員確定可以可以松鉤為止，吊裝人員才可摘鉤。

第五步：依照此步驟，依次吊裝其他桁架。

4.5 測(cè)量控制

（1）定位及標(biāo)高的控制

鋼桁架安裝前，用全站儀放樣出桁架端柱中心定位坐標(biāo)，并在埋件上做好標(biāo)記。安裝時(shí)，對(duì)準(zhǔn)已在埋件放樣好的定位坐標(biāo)控制鋼桁架的定位。

根據(jù)鋼桁架的底標(biāo)高，利用水準(zhǔn)儀測(cè)量埋件的標(biāo)高。

對(duì)于空間彎曲結(jié)構(gòu)，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)坐標(biāo)，全站儀全程跟蹤。

（2）垂直度控制

利用攬風(fēng)繩和經(jīng)緯儀從兩個(gè)側(cè)面同時(shí)觀測(cè)精確鋼桁架垂直。鋼桁架校正完畢后進(jìn)行臨時(shí)焊接固定，焊縫長(zhǎng)度不得小于正式焊縫長(zhǎng)度的1/5。垂直底的偏差控制在高度的1/1000。

4.6 焊接質(zhì)量通病及控制

（1）焊接變形對(duì)施工質(zhì)量影響非常大，所以，焊接時(shí)應(yīng)采取措施嚴(yán)格控制焊接變形。

（2）根據(jù)板的不同厚度采取相應(yīng)的預(yù)熱措施及層間溫度控制措施。

（3）實(shí)施分段的多層多道焊，每焊完一道后應(yīng)及時(shí)清理焊渣及表面飛濺，發(fā)現(xiàn)影響焊接質(zhì)量的缺陷時(shí)，應(yīng)清除后方可再焊。

（4）連續(xù)焊接時(shí)應(yīng)控制焊接區(qū)母材溫度，保證層間溫度符合要求，遇有中斷焊接作業(yè)的特殊情況，應(yīng)采取保溫措施，再次焊接時(shí)，應(yīng)重新預(yù)熱且應(yīng)高于初始預(yù)熱溫度。

（5）焊接時(shí)嚴(yán)禁在焊縫以外的母材上打火引弧。

（6）焊后應(yīng)認(rèn)真清除焊縫表面飛濺、焊渣、焊縫不得有咬邊、氣孔、裂紋、焊瘤等缺陷和焊縫表面存在幾何尺寸不符現(xiàn)象，不得因切割連接板、刨除墊板等工作而傷及母材，連接板、引入、引出板刨除后的表面應(yīng)光滑平整。

5吊裝過(guò)程安全控制

（1）作業(yè)前需對(duì)吊車(chē)司機(jī)、指揮、起重吊裝作業(yè)人員等進(jìn)行交底，讓其了解作業(yè)內(nèi)容、作業(yè)環(huán)境、安全要求等。

（2）吊車(chē)作業(yè)人員、指揮人員必須了解本機(jī)的工作原理和構(gòu)造及安全裝置的構(gòu)造和調(diào)整方法。作業(yè)前，操作人員需對(duì)本機(jī)進(jìn)行自檢，以確保安全。起重指揮人員如果在作業(yè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)本機(jī)有異常現(xiàn)象，必須立即告訴司機(jī)，對(duì)異常現(xiàn)象進(jìn)行處理。

（3）進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的人員戴安全帽;

（4）高空作業(yè)人員必須佩帶雙鉤安全帶，安全帶做到高掛低用，隨時(shí)保證安全帶有可靠的掛接點(diǎn);

（4）密集高空作業(yè)點(diǎn)安全管理人員重點(diǎn)監(jiān)護(hù)，隨時(shí)提醒高空作業(yè)人員注意安全，相關(guān)管理人員做到旁站式管理。

（5）設(shè)專(zhuān)人指揮機(jī)械，機(jī)械作業(yè)范圍內(nèi)不得站人，無(wú)關(guān)人員不得進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng);

（6）杜絕違章作業(yè)。

（7）起重吊裝“十不吊”

（8）作業(yè)過(guò)程中如遇見(jiàn)大風(fēng)、大雨、大雪，應(yīng)立即停止作業(yè)，并將主臂收回。

（9）在操作過(guò)程中，應(yīng)避免吊鉤著地。如果吊鉤必須著地，再次升起時(shí)，必須注意監(jiān)視卷筒鋼絲繩的排列情況，避免卷筒鋼絲繩亂繩，必要時(shí)須重新排列卷筒鋼絲繩。

（10）卸扣必須檢查合格后使用，所用卸扣必須滿足吊重所需，不得以小帶大，在使用過(guò)程中經(jīng)常檢查。

（11）起重機(jī)作業(yè)時(shí)速度應(yīng)均勻平穩(wěn)，不得突然制動(dòng)或在沒(méi)有停穩(wěn)時(shí)作反方向行走或回轉(zhuǎn)。落鉤時(shí)應(yīng)低速輕放。

（12）每班作業(yè)完畢后，汽車(chē)吊必須退出施工現(xiàn)場(chǎng)吊裝區(qū)域，并將主臂收回。

（13）起重吊裝區(qū)域應(yīng)拉設(shè)警戒繩，嚴(yán)禁無(wú)關(guān)人員穿過(guò)，并設(shè)監(jiān)護(hù)人。

（14）起重機(jī)在作業(yè)中如出現(xiàn)故障或不正常現(xiàn)象，應(yīng)采取措施放下重物，停止運(yùn)轉(zhuǎn)后進(jìn)行檢修，嚴(yán)禁在運(yùn)轉(zhuǎn)中進(jìn)行調(diào)整或檢修。起重機(jī)嚴(yán)禁采用自由下降的方式下放吊鉤或重物。

（15）夜間施工時(shí)必須照明充分，存在安全隱患時(shí)必須停止作業(yè)。

（16）在開(kāi)始吊裝時(shí)，應(yīng)先用微動(dòng)信號(hào)指揮，待負(fù)載并離開(kāi)地面200mm～300mm并穩(wěn)定后，再用正常速度指揮。在最后降落就位時(shí)，也用微動(dòng)信號(hào)指揮。

（17） 嚴(yán)禁將重物長(zhǎng)時(shí)間懸吊空中，當(dāng)作業(yè)中途休息或離開(kāi)時(shí)，應(yīng)將吊物落到地面，以防止高處墜物及物體打擊等安全事故的發(fā)生。

6結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件、吊機(jī)性能等進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)分析，在保證施工安全、技術(shù)可靠的基礎(chǔ)上，綜合經(jīng)濟(jì)效益以及工期進(jìn)度要求，研究出了一種科學(xué)合理的吊裝方案對(duì)大跨鋼桁架進(jìn)行吊裝，經(jīng)過(guò)合理有序施工，所有大跨度鋼桁架正在有序順利吊裝完成中，此施工技術(shù)研究為其他類(lèi)似工程施工提供了一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1] GB50017-2017.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017.

[2] GB50755-2012.鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.