超大面积大跨度钢桁架屋面整体拼装施工技术

超大面积大跨度钢桁架屋面整体拼装施工技术

张飞龙 叶家宇 黄涛 雷雨佳 曾丛书

中建八局第一建设有限公司，山东 济南 25000

摘要：大跨度钢桁架具有安装精度高、柔性大的特性，如何控制安装过程中结构变形十分重要。近年来大跨度钢桁架在结构设计方面越来越完善，但在工程实际施工过程中的质量过程控制与施工方法与工艺还有待进一步提升。基于此，本文主要对超大面积大跨度钢桁架屋面整体拼装施工技术进行分析探讨。

关键词：超大面积；大跨度钢桁架；屋面整体拼装；施工技术

前言

近年来工程领域大跨度钢结构场馆、仓库、商场和厂房的数量不断增多，为了满足更多的日常需求和更大的承载能力需要，超大面积大跨度钢桁架结构应用也越来越多，由简单的单跨钢桁架逐步演变成多跨连续桁架梁，及多层连跨桁架体系。大跨度钢桁架对安装精度要求很高同时自身柔性又大，所以如何控制结构变形十分重要。近年来大跨度钢桁架在设计方面越来越完善，但在施工过程中的施工质量和施工方法、工艺还有待于进一步提升。

1、桁架概况

某晶圆厂房区域屋面采用大跨度钢桁架结构，整个区域长446.4m、宽169.2m、高41.6m，由桁架（H型钢桁架、圆管组合桁架，桁架截面高度8.1m~10.1m）、DECK 板等组成。为了减少高空作业，保证施工安全、提高施工质量、加快施工进度、减少施工成本，经对比分析多个施工方案，采用“地面拼装，整体吊装”的施工方式进行安装，拼装单品桁架质量约81.5t，跨度50.4m。H型钢桁架布满整个屋面，根据结构特点将整体区域分为A/C 区和 B/D 区进行施工，每区划分为 12 个施工流水段，施工时由 32 轴向南北两侧流水施工。桁架区域长边两侧有回风夹道，桁架在通过回风夹道时断开，与回风夹道钢柱焊接连接。

2、施工难点

1）圆晶厂房区域屋面桁架拼装面积约75000m2，整体原位拼装误差精度控制难度大。针对这一情况，通过“桁架单榀拼装，依次组装”的方法，按照先中间后两边的整体拼装顺序，减少拼装过程中的累计误差，通过制订合理的焊接顺序，减小主桁架对接及主次桁架连接焊接过程的焊接变形，从而减小焊接变形对拼装精度的影响，同时拼装全过程全站仪测量全程跟踪，及时测量纠偏。

2）拼装单元最大跨度50.4m，主次桁架截面规格不一，圆管与型钢组合桁架整体起拱难度大。因此在拼装时，根据结构形式划分为H型钢主桁架和圆管次桁架两部分，采用折线起拱的方式按照设计要求确定H型钢主桁架各节点起拱值，圆管次桁架按照起拱比例跟随H型钢主桁架依次起拱，以保证钢结构安装就位后满足设计要求。

3）拼装单元杆件多，工期紧、拼装任务重、汽车吊吊装对单元拼装精度要求高，施工压力大。因此，根据结构形式，跨度方向分4个区域进行施工，各区域单片桁架拼装同时施工，各区域单片桁架结合现场施工条件分区组装，可以有效地提高施工效率，加快施工进度，同时可以保证拼装质量和精度。

3、圆晶厂房屋面桁架分段

为确保车辆运输不超载，结合钢结构运输现状，控制运输长度不超过17m、宽度不超过3m、高度不超过2.5m、质量不超过30t，同时根据设计图纸及规范要求，桁架拼装按照以下原则进行分段，较为合理、经济，同时便于现场施工。

1）圆晶厂房屋面H型钢采取散件原位拼装，分段处设在回风夹道钢柱连接位置，辅助区的H型钢桁架分2段合计27m进行整段拼装（立拼）。

2）圆晶厂房屋面主桁架分4个区域采取卧拼的方式进行拼装，在H型钢桁架隔断处整榀桁架进行分段，桁架拼装长度有18、27、36m共3种形式。

3）H型钢桁架和管桁架均散件进场，其中H型钢桁架按照深化图纸中的分段长度进行分段；管桁架按照分段图纸分段，最长散件长度不超过17m。

4、拼装顺序

1）整体拼装顺序：首先拼装圆晶厂房M 轴中间托架桁架，在拼装生产区数字轴主桁架（待相邻2榀桁架安装就位后进行桁架间腹杆安装，从中间32轴线向两边方向依次进行拼装）；其次回风夹道区域管桁架；最后拼装辅助区域管桁架。

2）单片桁架拼装顺序：H型钢桁架，首先拼装桁架下弦，其次拼装H型钢桁架腹杆，最后拼装桁架上弦。单片管桁架，先拼装桁架上下弦管，再拼装桁架间腹杆，对于二次相贯杆件，要先安装一次相贯杆件，待隐蔽焊缝焊接完毕后再安装二次相贯杆件。

3）单片桁架拼装（卧拼）：

①根据图纸计算桁架各节点和端头最外侧中心理论坐标值（立拼可根据整体线模找出坐标）。

②根据空间2点间坐标公式计算出桁架中主管上每2个相邻节点的距离。

③测量员准确地把各节点理论坐标投影到现场对应位置，并且用红油漆做出清晰、明确的标记。

④根据测量做好标记的点用墨线准确、清晰地弹出主管中线，然后将桁架主管吊装到拼装胎架上，初步调整主管至就位位置。

⑤在主管上各节点位置以及端头用墨线弹出中心线、做好标记，利用线锤、手拉葫芦、撬棍或千斤顶对端头和节点进行微调，直至主管中心线与地面墨线重合，并且端头最外侧、主管上各节点与测量标记点也重合。

⑥主管依次进行安装。

⑦主管安装完毕，根据提前算出的节点到节点间的距离对主管进行分段，并且用石笔在主管管中做出清晰的标记，再次核对分段点位置，确定分段点准确无误。

⑧根据主管管中分段点的位置，依次安装对应腹杆，安装时一定要保证腹杆中心线与其两端主管上的分段点在主管中心线上的投影点相交。

⑨H型钢桁架拼装定位时不但要控制端头位置，而且要控制牛腿位置，最少设置4个控制点，且要保证桁架垂直度。

5、圆晶厂房屋面桁架拼装起拱度

圆晶厂房所有跨度超过20m的屋面桁架均应按照跨度的1/800起拱，所有跨度超过10m的屋面悬挑桁架均应按照悬挑跨度的1/500起拱。圆晶厂房屋面桁架拼装胎架安装完毕后全部在1.2m左右，且均设置在桁架节点或节点附近位置。胎架安装就位后，根据对应位置桁架起拱高度通过加托板来进行调整，从而实现拼装起拱。胎架安装完毕及胎架托板标高要通过测量控制，最终桁架下弦标高为胎架高度1.2m加胎架位置起拱高度。

6、拼装注意事项

1）桁架腹杆安装过程中部分腹杆无法安装就位，必须进行切短管才可以安装，切短管长度不能低于500mm。安装完毕后按照一级焊缝与原管进行对接。

2）拼装过程中有2次或多次相贯的杆件，安装前要检查确认是否一次相贯杆件安装完存在隐蔽焊缝，如果存在隐蔽焊缝，必须把隐蔽焊缝焊接完毕后再进行安装之后的杆件。

3）管桁架卧拼完毕之后，还需要对桁架端头及垂直度就位进行测量控制，以保证桁架提升之前与就位后坐标值相同。

4）在DECK板施工中，汽车吊在圆晶厂房屋面辅助区域（V～Y、A~D轴）吊装堆放时，必须分散堆放，每堆DECK板重量需在桁架承载力范围内，且附近5m范围内严禁同时堆放板件及其它材料。

7、实施效果

圆晶厂房大跨度屋面桁架钢结构利用整体楼面拼装技术，节约了施工成本，减少了高空作业安全风险，为钢结构焊接作业质量控制提供了有力保障。同时为后续整体吊装奠定了基础，最终钢结构顺利实施完毕，并如期完成，达到了桁架整体高效精确拼装、吊装准确就位的目的。

参考文献：

[1]田雨华，郑江华，苏立亮.大跨度钢管桁架施工技术[J].钢结构，2012,27（1）：64-68.

[2]大跨度钢桁架吊装过程分析[J].彭玉丰,罗永峰.结构工程师.2011(04)

[3]大跨度钢结构施工过程中的若干技术问题及探讨[J].廖龙俊.中国建筑金属结构.2013(20)