大跨度空间桁架钢结构施工技术

大跨度空间桁架钢结构施工技术

王见胜刘闯田明礼

中国建筑第八工程局天津分公司天津300000

摘要：大跨度空间桁架钢结构工程因其具有跨度大、可利用空间大、施工工期短、造型多样等特点被广泛应用于高铁站、大型场馆等跨度较大的建筑上，其不但能满足客户使用功能要求，更能形成各种优美造型达到客户对建筑物观感的要求。文章主要针对大跨度空间桁架钢结构制作、拼装及安装工艺进行探讨。

关键词：大跨度空间桁架；胎架；拼装；安装

大跨度空间桁架钢结构施工思路：①将桁架整体分解为多个单元体→②单元体构件加工制作→③拼装胎架制作及单元体拼装→④支撑胎架制作安装及单元体安装连接→⑤支撑胎架卸载拆除。

一、桁架整体分解为多个单元体

桁架整体分解按照可行性、可靠性、安全性、经济性等方面对可能存在的方案进行比较，综合考虑分解后对桁架整体性的影响，起重机械起吊能力的因素，后期单元体连接的可操作性及各个单元体整体性等因素，确定最优分解方案。桁架宜分解在每个单元体整体性较强，且单元体与单元体连接点较少部位，以保证各个单元体受力接近完全卸载后的受力状态及减少后期高空作业量。不宜设置在有重要受力节点的部位。

二、单元体构件加工制作

在进行构件制作前，需要对设计图纸进行深化，在经设计单位审核同意后，根据详图进行加工制作。桁架构件制作主要为管件的切割和焊接，构件放样过程中，应根据施工图尺寸1:1绘制样板和样杆，用样板和样杆下料过程中，要根据详图中标注的相关尺寸进行预放工作，确保收缩余量和加工余量符合钢结构构件的尺寸要求。某些大空间管桁架由于造型的需要，构件本身需要具有一定弧度，此时应保证其弧度的精度及其矢量偏差，否则可导致出现偏心影响。加工完成后，按照设计要求进行除锈涂装，一般情况下距离安装焊缝30mm-50mm处不作涂装处理。

三、拼装胎架制作及单元体拼装

构件加工完成后，经验收合格后进入安装现场进行单元体拼装。在单元体拼装之前需要完成拼装胎架的制作，由于单元体自重原因首先需要对拼装场地进行平整压实，避免后续单元体拼装过程中出现场地局部沉降，影响单元体拼装精度。拼装胎架一般选用规格为200*200或300*300H型钢，根据单元体模型找出大概位置，铺设H型钢架作为拼装平台（如图一）。然后使用全站仪依次找出拼接口的空间位置，并在相应位置安装H型钢立柱，在H型钢柱端部安装牛腿，牛腿支点处安装型钢短柱为拼接口位置（如图二），为方便焊接作业，单元体最低焊接点不低于0.8m。

拼装胎架制作完成后，进行单元体拼装。单元体拼装采用正拼法。拼装时，先拼下层，后拼上层，先拼弦杆，后拼腹杆。对于二次相贯杆件，要先安装一次相贯杆件，隐蔽焊缝焊接完成后，安装二次相贯杆件。拼装时，所有杆件必须点焊定位牢固。然后进行单元体空间位置的复测，如果出现偏差需进行及时调整。焊接时，采用合理的焊接顺序和焊接工艺，先焊主弦杆的对接焊缝，后焊腹杆两端的相贯焊缝，从中间往两端对称焊接，同一杆件两端不可同时施焊。焊接完成后按设计要求和规范要求进行焊缝外观检查和无损检测。

四、支撑胎架制作安装及单元体安装连接

单元体拼装完成后，进行单元体安装，单元体为空间桁架，悬挑长度长，单榀重量重，安装时单元体下方必须设置足够强度和刚度的支撑胎架，以确保安装过程中单元体的空中稳定性及整个施工过程的安全。支撑胎架（如图三）布置原则：

（1）安全、可靠，方便施工（包括胎架本身的施工和单元体的施工）。

（2）符合设计意图，即施工时的结构受力状况与最终结构本身的受力状况大致一致。

（3）减少安装时的单元体变形，便于安装精度的控制。

（4）简化结构的受力和支撑胎架的受力情况。

（5）减少对下部基础结构的影响。

（6）卸载要安全、可行，方便施工。

支撑胎架安装完成后，进行单元体吊装，吊装一般采用4点吊装，2个主吊点2个辅助吊点，吊点均设置在单元体的上端主弦杆的节点上，吊点位置不另设置吊耳，直接采用捆扎法。为便于单元体的空间角度调节，辅助吊绳上设置一个手拉葫芦，用以调节辅助吊绳的长度，同时单元体的上端设置侧向稳定缆风绳。吊装就位后，先进行临时固定，然后测量桁架上端主弦杆的管口坐标，如有偏差，通过风绳和手拉葫芦进行调节，直至满足设计和规范要求。待调节好后，拉好风绳，并及时进行单元体的固定。按照以上方法依次安装各个单元体并进行单元体的连接。最后至少留设一条合拢缝，待支撑胎架卸载拆除后再进行焊接。

图三支撑胎架安装示意图

五、安装胎架卸载拆除

卸载过程既是释放胎架中的内力和拆除胎架的过程，也是整个桁架产生变形和结构体系稳步成型的过程。卸载一般通过可调节支承装置（螺旋式千斤顶），按多次循环、反力控制与位移控制相结合的原则，来实现荷载平稳转移。为保证卸载时平稳，减少支撑胎架的偏心受力，每个下弦支点对称设置两个千斤顶。具体卸载工艺如下：

（1）根据卸载步骤及分级情况，先在支撑胎架顶部H型钢梁上、单元体下弦杆的下方垫设规格为δ3、δ5、δ10不同厚度的垫板。

（2）在支撑胎架顶部H型钢梁上、单元体下弦下架设螺旋千斤顶，每个支架2台。为确保卸载过程中的安全，千斤顶应固定牢靠，防止高空滑落。

（3）先将千斤顶反顶1～2mm，使垫板上部脱空，然后根据每次预定的卸载量，抽掉相应厚度的垫板。

（4）千斤顶统一下降，开始卸载。

（5）千斤顶下降到预定位置，即垫板紧顶单元体下弦管后，开始另一批支撑胎架的卸载工作。

（6）循环反复，直至卸载完毕。

待整个空间桁架卸载完毕、内应力释放完毕自成体系后，拆除支撑胎架，将留设的合拢缝连接，形成稳定的大空间桁架结构。

结束语：大跨度空间桁架结构应用越来越广泛，尤其使用于各地方大型公共建筑，针对其施工方法的研究探讨将会变得越来越具有经济价值。

参考文献：

[1]GB50755-2012钢结构工程施工规范【S】。

[2]田黎敏,王媛.大跨空间结构的胎架设计及受力性能研究【J】。《钢结构》2009.12（24）,30-32。