高海拔高寒地區大跨度連續腰桁架的安裝

姜 濤 李 磊 王西法 武凱強 杜 運

中建一局集團第五建筑有限公司 北京 100024

1 工程概況

西藏博物館改擴建項目工程總長216 m，寬度144 m，建筑高度為36.525 m，外觀呈東西對稱且整體修建。大跨度連續腰桁架總質量94.791 t，桁架寬0.3 m，高3.1 m。安裝高度距底部14.7 m，桁架下部支撐點為鋼骨混凝土柱，跨距（4＋40＋4）m，總長48 m，為西藏地區最大跨度的腰帶形鋼桁架結構安裝工程。

2 安裝技術難點

鋼桁架是由上下弦工字鋼、上下弦間工字鋼斜撐組成的連續腰形桁架。腰桁架地面組裝成形的幾何尺寸及焊接變形控制難度大。采用雙機起吊時，雙機同步起吊的控制難度大。構件就位后臨時支撐加固點的控制難度大。西藏地區無類似施工經驗，吊裝經驗不成熟。

3 安裝施工思路

本工程48 m跨鋼桁架跨度大、自重大、安裝精度要求高。若采用在桁架下側搭設滿堂承重腳手架，構架散拼的安裝方法，不僅安全防護難度大、焊接質量難以保證，而且安裝時間長、費用高[1-2]。由于西藏地區首次采用大跨度鋼桁架結構，故沒有類似的工程施工經驗。針對本工程的特點，經專家論證，采取以下的安裝思路：

1）同一榀鋼桁架在地面分3段進行拼裝，中間段長度為40 m，2側錨固段長度均為4 m。中間段桁架與2側錨固段桁架拼裝時，上下翼緣焊縫的焊接點不在同一截面。鋼桁架立面如圖1、圖2所示。

圖1 左右兩端桁架示意

圖2 中間段桁架示意

2）鋼桁架拼裝、校核完成后，分段進行焊接，焊接完成后進行探傷檢測。

3）3段鋼桁架焊接完成后，在地面進行預拼裝，校核尺寸使之滿足設計要求。

4）安裝時利用汽車吊雙機抬吊兩側錨固段，錨固段安裝焊接完成后，利用汽車吊進行中間段桁架的雙機抬吊。

5）雙機抬吊時，吊點位置均勻、對稱布置。雙機同速、平穩地提升鋼桁架。

6）整榀48 m跨鋼桁架校核、焊接完成24 h后，吊點位置方可松開吊鉤。

4 安裝施工方法

4.1 施工復核

檢查施工場地是否平整，檢查吊裝起重機械的機械性能是否完好；檢查鋼構件的外觀質量、幾何尺寸是否符合設計要求。復核預埋件的標高、軸線位置是否準確。檢查工人操作腳手架的搭設質量；檢查臨邊操作平臺的防護措施是否符合安全要求。吊裝前嚴格檢查焊縫的焊接質量，對焊縫表面進行打磨、拋光處理。

4.2 桁架拼裝、焊接

構件拼裝前，要將地面清理干凈、平整，根據鋼構件深化圖設計尺寸，在地面進行鋼桁架構件拼裝。拼裝完成后進行桁架尺寸檢查，滿足設計要求后進行臨時固定、校核。焊接坡口位置清理干凈后，進行桁架構件焊接。構件焊接完成后進行拋光、打磨，并經探傷檢測。

4.3 吊點設置

單榀鋼桁架地面拼裝、焊接完成后，為保證吊裝過程平穩、單榀鋼桁架受力均勻，吊點設置位置應均勻。吊環采用圓鋼，焊縫應飽滿。

4.4 吊點布設

在地面上做好胎具，按設計要求起拱0.3%，將構件在地面上焊接成連續腰桁架，采用整體雙機抬吊。腰桁架吊裝時采取對稱布置吊點的方式，每一側采取2點綁扎，綁扎點應牢固。

4.5 吊裝機具檢查

根據鋼桁架的自重、尺寸、安裝高度及施工現場實際情況，選用2臺180 t吊車，整體提升就位。經理論計算，結合構件質量、起重高度，采用6×37鋼絲繩。為避免摩擦損壞鋼絲繩，在纏繞部位應墊橡膠物。

4.6 鋼桁架試吊

腰桁架正式吊裝前進行試吊。將腰桁架吊裝至距離地面300 mm左右后，觀察汽車吊有無下沉現象、吊裝過程是否平穩、汽車吊運轉是否良好。

4.7 正式吊裝

先進行左右2側錨入段的吊裝，2側錨入段安裝、焊接完成后，進行中間段的吊裝校正時，應對軸線、垂直度、標高、焊縫間隙等因素進行綜合考慮，全面兼顧，每個分項的偏差值都應控制在設計及規范允許偏差之內。臨時連接耳板作為吊點，必須對稱，確保鋼柱吊裝時為垂直狀。腰桁架定位后應及時將墊板、螺帽與腰桁架底板點焊牢固。腰桁架與預埋板之間的連接板待焊接完畢后割掉并打磨，并涂上防銹漆。割除時不得傷及母材。

4.8 腰桁架就位

起吊時應平穩，吊裝速度應均勻，2臺起重機械吊裝速度一致，使構件在吊裝過程中不擺動。為防止腰桁架損壞預埋板的承力面，腰桁架應緩慢落放在預埋板上，并檢查腰桁架與預埋鋼板的十字中心線是否吻合，并及時進行調整。設4個臨時支撐點，分別焊接在兩端已安裝好的主桁架上下弦桿的下口，便于就位控制縱橫偏差。臨時支撐點采用300 mm×250 mm×30 mm鋼板焊接至桁架上下弦，焊接采用雙面焊，焊接長度200 mm，懸挑長度100 mm。

4.9 高空焊接

鋼桁架整體安裝、校正、固定后，在桁架兩端開始焊接。鋼桁架焊接時，下側設置接火盆防止焊渣飛濺。焊接時焊接速度應均勻，防止流淌。為保證焊縫位置的連接質量，桁架每側設置2個班組，每個班組2個人，由焊接工人輪流進行焊接，保證每道焊縫能夠連續焊接。

4.10 焊接變形控制

采用合適的焊接坡口，盡量減小坡口的橫截面積，減少焊接填充量。構件安裝時不得強行裝配，致使產生初始裝配應力；預先合理設置收縮余量，采用反變形法進行焊接。根據焊縫的分布情況，采用合理的焊接順序，對稱焊接；嚴格按照焊接工藝，采用小的焊接電流、電壓和焊接速度。

采取焊后緩冷措施，使接頭在冷卻時有足夠的塑性和寬度均勻消除殘余應力，降低殘余應力峰值和平均值，達到降低焊接殘余應力的目的。為控制變形，應對每條焊縫正反兩面分階段反復施焊，或同一條焊縫分2個時段施焊。預測板件焊后變形量，通過焊前預設反變形量來最終平衡焊接變形。

5 結語

西藏博物館改擴建工程結構形式為組合結構，是國家一級博物館。鋼桁架在正門廳主入口位置，跨度為48 m，施工中構件在地面整體拼裝后，采用雙機抬吊的安裝工藝，不僅保證了施工進度，而且安全可靠，同時還降低了吊裝成本。

通過對大跨度腰桁架安裝施工的研究，對鋼桁架的設計、加工、安裝、焊接等方面有了全面的了解，為類似工程的施工積累了經驗。