大跨徑圓形管桁架吊裝法

代祖發

【摘要】本文給合我單位組織施工的“廣西貴港綜合體育館屋面管桁架吊裝”工程實例，著重論述了大跨徑圓形管桁架吊裝法的安全驗算、施工方法和過程監測。

【關鍵詞】管桁架；大跨徑；大型吊具；安全驗算

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 26.092

大跨徑圓形管桁架吊裝，利用現場土建基礎及管桁架鋼筋混凝土柱，場館內地形及周邊施工道路及場地，詳勘各部位地質條件，根據管桁架自身質量及跨度，確定大型吊裝機械及輔助吊具，精確規劃吊車行走路線，確定管桁架各部位堆場及拼裝位置，中心支撐支架位置。在確保工期情況下，拼裝與吊裝密切配合有條不紊，不堵不陷，在有限的空間內將管桁架吊裝就位。步步銜接、不浪費資源，節約成本。本文以“廣西貴港綜合體育館屋面管桁架吊裝”這一工程實例論述大跨徑懸空管桁架吊裝法的施工方法、施工步驟和技術要求，為今后同類型的施工提供參考和借鑒。

1、概況

本工程鋼結構為鋼管桁架屋蓋，總跨度124米，由徑向36榀平面主桁架（長度58.2-62m，重量9.7-12t）、環向16榀平面次桁架、桁架間支撐及系桿和支座間桁架組成，工程量960t（含焊縫重量）。

徑向貫通主桁架平面投影長度62m，高2.5m，上、下弦桿為Φ245×10（或Φ245×12）鋼管，豎腹桿Φ152×5鋼管，支座處有局部斜腹桿Φ152×10鋼管，支座處的角錐柱為內環Φ194×12鋼管、外環Φ194×10鋼管。徑向主桁架通過Φ650×25的焊接球固定在滑動支座上，下方是內外環支撐柱。

2、吊具選擇及安全驗算

2.1 總體布置

本工程位于貴港市荷城路北側，總建筑面積19121.80m2，與荷城路用磚砌圍護墻隔離，墻內有6米寬環形施工道路，此處路正中有一梯道上環形通道，使環形路不能貫通。環形路基層為灌注樁樁頭混凝土，路面為C20混凝土200mm厚，能滿足運輸為吊裝要求。環形路南外側為項目部辦公區，不能作為構件堆場及拼裝場地，環形路西南內側為泥漿池回填場地，因泥漿未清凈且未進行壓實，不能用作拼裝及吊裝場地。環形路北外側為游泳館辦公樓，與環形路之間的距離約30米，此區域為回填土場地，且未整平壓實，鋼結構工程需充分利用本塊場地來拼裝和吊裝，減少館內施工壓力。所以必須整平壓實。環形路西側無拼裝場地，作為進入場館的出入口，沿環形路內側為排水明溝，外側為施工用電纜溝，為保證大型吊車的站位要求，需將施工電纜移至內側，電纜溝需回填壓實。

館內西側有85米*30米硬化場地，可滿足23線-28線鋼結構的拼裝吊裝工作。正館內面積60米*35米硬化場地，主要用于內環鋼結構件的拼裝吊裝。

2.2 吊裝機械選擇及吊裝方法

2.2.1主桁架吊裝方法：23軸、24軸主桁架及其之間的環桁架及支撐分兩段整體拼裝后采用350噸汽車吊在館內進行吊裝；其余主桁架，均采用兩榀主桁架及其之間的環桁架及支撐整體拼裝完成后采用350噸履帶吊在館外環形道路上進行吊裝。

2.2.2剩余環桁架、支撐及屋面檁條的吊裝方法：大部分剩余環桁架及支撐采用塔吊（QTZ5512）進行吊裝，圓心部分采用50噸汽車吊在館內進行吊裝。

2.2.3鋼絲繩的選用

1）鋼絲繩受力分析

把每個分段簡化為一剛體，取最重鋼桁架39噸計算，單側鋼絲繩承重為19.5噸，每一股鋼絲繩受的自重為9.75t計算，鋼絲繩選用？47.5，L=24m及33m各2根。

2）吊裝鋼絲繩選擇

鋼絲繩允許拉力[Fg]=ΔFg/K，選用6×37直徑為47.5mm，鋼絲強度極限為1400N/mm的鋼絲繩作為鋼箱梁分段的起重繩，查表得：鋼絲破斷拉力總和為1180KN（滿足要求），查詢依據為：《建筑施工起重吊裝安全技術規范》（JGJ276-2012）。

2.2.4卸扣的選用

每個鋼桁架均設置四個吊點，按最大節段重量39噸計算，鋼絲繩與鋼桁架夾角為61.0°，則單個卸扣最大承載力為：39/4/sin61°=11.14噸，采用4只T8級15噸卸扣。

2.3 吊裝安全驗算

350噸履帶吊主要吊裝除23、24軸主桁架以外的兩榀主桁架及其間環桁架及支撐整體拼裝后的吊裝單元，吊裝總重約為39噸，最大工作半徑為32m。

2.3.1安全驗算

查350噸履帶吊36m主臂+42m副臂，額定起重量為42噸>39噸。滿足要求。

2.3.2吊裝場地、吊車行走路線道路硬化及安全驗算

1）吊車行走路線定為內沿直徑140.8米，外沿直徑164.8米，即現有外腳手架外沿以外12米的環形區域作為吊裝行走路線，環形路面加固處理，計劃采用250-400mm石灰石回填壓實，高度600mm，再做找平穩定層厚200mm，采用（中砂比20mm～40mm碎石）按3：7級配鋪墊壓實，面層澆筑C20混凝土厚200mm。

2）吊裝點共設置8個，環狀布置，1和2吊點旁邊無環形路，由行走路線連成整體，并在吊點位置加寬，如圖示，以利轉桿，此位置應試挖泥漿池邊緣，應確保邊緣距吊裝路線邊緣3米以上。與8-9線現有砂石堆場及攪拌機應移開，井架可不移走。10-13線環形路外為今年剛回填場地且有游泳館建筑基礎高聳的外露鋼筋，不能作為吊車行走場地，故吊點3和吊點4應開挖內側，連成整體，5、6、8吊點均長31.2米，寬10米，7吊點長19.8米，寬10米，內側行走路線，計劃做吊點場地面加固處理，采用250-400mm石灰石回填壓實，高度600mm，再做穩定層厚200mm，采用（中砂比20mm～40mm碎石）按3：7級配鋪墊壓實，面層澆筑C20混凝土厚200mm。

3）1和2吊點及5-8軸行走路線路基處理后與現有地面層標高一致，外架不存在護坡，其他6個吊點地基處理后標高下降，應用混凝土空心砌塊或燒結磚砌筑以護坡，保證外腳手架基礎的穩定。

2.4 地耐力及抗傾覆驗算

2.4.1外環施工道路地耐力驗算：

徐工QUY350履帶吊空載狀態下重293t，履帶踏板面寬1.20m，接地長度8.70m。吊物重量最大為6.6t×1.15（動載系數）=7.59t。

根據吊車性能表中顯示：350t起重機空載行走時對地面的地耐力為12.70t/m2。

考慮吊車對地面的不均勻受力，取不均勻受力系數1.3，則：

P=5.69×1.3=7.40t/m2

因此350t履帶式起重機在基本型主臂標準工況下吊裝時需要使用路基板，地耐力達到8.00t/m2以上時，就可以滿足履帶吊使用要求。吊裝前需要對場地進行平整及部分換填（開挖擾動及虛填區域）處理，加固處理后需要對地面承載力進行檢測，地耐力大于8.00t/m2方可進行單件重量為6～7t的鋼桁架進行吊裝施工作業。

2.4.2抗傾覆

為保證履帶吊在吊裝過程中的穩定，需進行抗傾覆驗算，即需使穩定力矩大于傾覆力矩。外環主桁架在現場拼裝時，作業半徑相對較小，選擇50噸、25噸汽車吊（徐工QAY50型、徐工QAY25型）各一臺配合拼裝，同時50噸、25噸汽車吊也可以用來補缺主桁架之間的次構件。

2.4.3臨時支撐設計及安全驗算

2.4.3.1圓心處臨時支撐設計

1）根據桁架的自重及現場的地質條件，臨時支撐采用鋼管格構柱+H型鋼橫梁+立柱調節結構。

臨時支撐主結構六肢均采用？426x12的Q235鋼管。其橫斷截面中心等邊六邊形，邊長為4000mm，頂部采用雙排40a工字鋼與鋼管焊接，雙排40a工字鋼上焊接直徑為180mm壁厚大于等于12mm的鋼管立柱，立柱高度結合臨時支撐鋼管高度、桁架設計標高、設計預拱等確定。各承力鋼管橫斷面及側面的連接均采用[20a連接，加強結構的整體穩定性。

2）支撐頂部設置平臺，外六邊形采用雙I40a工字鋼，內部支撐及平臺梁采用I40a，周邊設置1.2米高剛性欄桿，平臺鋪δ6mm花紋鋼板，雙I40a工字鋼正上方用Φ180*12鋼管立柱支撐桁架，桁架加固撐支撐在雙I40a工字鋼上。

3）圓心支撐基礎澆筑中心直徑10000mm，寬度2000mm，1000mm深的C30素混凝土的圓環；鋼管柱與混凝土基礎采用預埋件及預埋螺栓連接。每個鋼管柱底部設置8根M48，長1500mm的地腳螺栓并埋設30mm厚800mm×800mm的鋼板。

2.4.3.2圓心處臨時支撐安全驗算

圓心處臨時支撐安全驗算考慮兩個最不利工況進行驗算。

1）內環桁架全部安裝完畢后，圓心處所有重量均由臨時支撐承擔，即為最大承重工況。

圓心處臨時支撐承擔的荷載為鋼結構自重421.550t的二分之一210.775t，每個臨時支撐承擔的荷載為210.775t÷6=35.129t。考慮動力系數1.4。則單肢設計荷載為N=35.129×10×1.4=491.81kN，總設計荷載為：491.81kN×6=2950.86kN結合風荷載進行驗算。

2）內環桁架剛開始安裝（即第一、二片內桁架及其環桁架安裝完畢）時，沒有形成穩定的剛性體，且圓心與其他支座或臨時支撐均存在高差，引起水平推力。即為初始最不利工況。

單片桁架重約6.6噸，單個臨時支撐承受兩片桁架和環桁架。重量約為6.6×2+2.5=15.7噸。考慮動力系數1.4。則總設計荷載為N=15.7×10×1.4÷2=109.9kN。單肢設計荷載為109.9÷6=18.31KN。

2.4.3.3臨時支墩基礎安全驗算

根據上表所示，圓心處臨時支撐承擔的荷載為鋼結構自重421.550t的二分之一210.775t。圓心臨時支墩總重約為61.32噸。采用鋼管柱格構柱，混凝土基礎為外徑10000m，內徑6000m，深1m的C30素混凝土，混凝土支承面積為

3.14*5^2-3.14*3^2=50.24m2，其承受的壓力為（210.775+61.32）*10/50.24=54.16kPa。C30素混凝土抗剪強度約30MPa>50.06kPa，滿足承載力要求。混凝土自重為2.4*50.24*1= 120.5776t，故要求地基承載力為：

（210.775+61.32+120.576）*10/50.24= 78.16KPa。

3、桁架拼裝

3.1 主桁架拼裝

主桁架運至現場后根據安裝位置卸在相應拼裝場地，主桁架為平面結構，可水平拼裝，焊接球支座角錐柱與主桁架要求在地面拼裝成整體后吊裝。用枕木搭設支墩式拼裝胎架，根據現場構件堆放及拼裝需要，需用500根枕木（220×160×2500mm）。另制作鋼馬凳80個（按8榀考慮，10個/榀），長4米，高1米，材料均用鋼管Φ152*10，20a工字鋼。拼裝場地要求堅實、碎石鋪面，胎架要求標高一致，根據就近拼裝原則，胎架應成整體，上榀桁架拼裝完后可吊動移動至下一榀桁架拼裝位置。桁架采用25噸汽車吊配合50噸汽車吊進行拼裝。考慮吊裝半徑和構件跨度，每一榀主桁架宜在地面拼裝成兩個吊裝段，高空對接成整榀桁架的方式安裝。桁架拼裝應重點保證弦管對接焊縫質量、側彎、矢高、長度等幾何尺寸滿足設計及規范要求。

鋼馬凳按同時拼裝8榀桁架計算，每榀桁架使用馬凳10個，馬凳鋼柱采用鋼管Φ152*10制作，馬凳橫梁用20a工字鋼，連接全為焊接。

3.2 桁架整體拼裝

1）整體拼裝流程主桁架→環桁架→支撐

2）整體拼裝胎架設計

本工程分5個拼裝場地，共設5處整體組裝胎架模子。每個組裝胎架模子設置4個胎架。

4、管桁架的吊裝流程

1）安裝圓心臨時支撐，在24軸內環柱及22軸內環柱之間的圈梁上搭設臨時支撐，用著23軸桁架就位時的臨時承重結構。在館內拼裝23軸、24軸主桁架及兩榀主桁架之間的環形桁架、支撐等構件。

2）采用350噸汽車吊在館內將23軸、24軸主桁架外環分段整體吊裝就位。

3）采用350噸汽車吊在館內將23軸、24軸主桁架及內環段分批吊裝就位。

4）采用350噸履帶吊將5軸、6軸主桁架及其之間的環形桁架、支撐拼裝后整體吊裝就位。

5）采用350噸履帶吊將7軸、8軸主桁架及其之間的環形桁架、支撐拼裝后整體吊裝就位，按照對稱安裝的原則，采用350噸履帶吊將25軸、26軸主桁架及其之間的環形桁架、支撐拼裝后整體吊裝就位。

6）采用塔吊及汽車吊將24～25軸以及6～7軸之間的環桁架及支撐吊裝就位。

7）采用350噸履帶吊將27軸、28軸主桁架及其之間的環形桁架、支撐拼裝后整體吊裝就位；按照對稱安裝的原則，采用350噸履帶吊將9軸、10軸主桁架及其之間的環形桁架、支撐拼裝后整體吊裝就位；采用塔吊及汽車吊將26～27軸以及8～9軸之間的環桁架及支撐吊裝就位。

8）采用350噸履帶吊將27軸、28軸主桁架及其之間的環形桁架、支撐拼裝后整體吊裝就位；按照對稱安裝的原則，采用350噸履帶吊將9軸、10軸主桁架及其之間的環形桁架、支撐拼裝后整體吊裝就位；采用塔吊及汽車吊將26～27軸以及8～9軸之間的環桁架及支撐吊裝就位。

9）采用350噸履帶吊將11軸、12軸主桁架及其之間的環形桁架、支撐拼裝后整體吊裝就位；按照對稱安裝的原則，采用350噸履帶吊將29軸、30軸主桁架及其之間的環形桁架、支撐拼裝后整體吊裝就位；采用塔吊及汽車吊將10～11軸以及28～29軸之間的環桁架及支撐吊裝就位。

10）采用350噸履帶吊將31軸、32軸主桁架及其之間的環形桁架、支撐拼裝后整體吊裝就位；按照對稱安裝的原則，采用350噸履帶吊將13軸、14軸主桁架及其之間的環形桁架、支撐拼裝后整體吊裝就位。

11）同理，將剩余屋面鋼桁架均吊裝完畢。

5、施工監測

鋼結構安裝過程中，必須進行施工監測。

本方案采取如下監測措施：

1）班組日常進行安全檢查，項目每周進行安全檢查，公司每月進行安全檢查，所有安全檢查記錄必須形成書面材料。

2）日常檢查、巡查重點部位：

a.鋼結構安裝的監測，采用變形測量系統。本工程變形監測系統包括全站儀、棱鏡、電腦等部件。桁架梁撓度變形和支座水平位移主要采用全站儀進行測量，利用棱鏡的反射和折射定律測出實際位移。在主桁架下弦布置6個測點（5、9、15、23、30、36軸線中心點位置）。

b.安全防護措施是否符合規范要求。

3）鋼結構安裝過程中對各臨時支撐進行檢查，隨時觀測臨時支撐的變形。如果發現鋼結構安裝大于安裝允許數值，要及時停止施工，采取措施保證安全后再施工。

4）鋼結構安裝前，施工單位必須組織、監理單位、建設單位及相關專家對專項方案進行審查論證備案。

5）監測結果報告必須包括監測項目及允許值、報警值、監測數據處理分析、監測結果評述。

6）監測頻率：鋼結構安裝過程中應實施實時觀測，一般監測頻率不超過30-50分鐘一次，（監測人員必須注意做好自身的安全防護工作）。

結語：

大跨徑圓形管桁架吊裝法，主要是針對大型場館建設在鬧市區，作業空間受限，且因前期地下部分施工造成場地條件惡劣，又必須實施大型吊具的場合，通過通盤考慮，充分研究現場實際情況，采取具體部位制定具體實施方案且有機連成整體的一種鋼結構安裝方法。本文較為詳細地敘述了吊具選擇及相關安全驗算、管桁架的吊裝方法、施工監測等，具有較強的指導性。今后大家如遇到同類工程施工，希望本文能提供一些參考和借鑒。

參考文獻：

[1]楊洪雙.大型管桁架整體吊裝施工技術[J].中國住宅設施，2010（11）：54-56.

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