浅谈大跨度空间钢结构高空原位支承吊装工艺

浅谈大跨度空间钢结构高空原位支承吊装工艺

吴嘉伟

浙江江南工程管理股份有限公司 广东省汕头市 515136

【摘要】随着我国经济技术水平的不断提高，建筑工程项目采用钢结构作为主体结构的选择也日益增多。结合汕头亚青会体育场馆项目，对大跨度空间钢结构中采用支承原位吊装技术、胎架搭建、整体卸载等结构设计方案进行归纳总结，解决现场实际遇到的施工重难点，从而保证施工的高效性及安全性，希望其他项目遇到同类似问题时能起到绵薄之力。

【关键词】大跨度钢结构、胎架、整体卸载、体育场馆、高空焊接

0 引言

目前，我国在钢结构技术方面不断完善法律法规，而建筑企业在做好领头标兵的同时不断规范施工现场，显然钢结构的发展已颇具一定规模。对于大型公建项目，基本上采用主体混凝土结构加钢结构的设计应用也相对比较普及；另一方面，设计及建设从业人员在培训学习方面逐步完善、扩大，钢结构的技术研究水准已然全面提升，越来越具有良好的发展空间。

1 大跨度空间钢结构技术研究

钢结构设计的规范在持续完善当中，给设计及施工带来有效保障保障，并且计算机技术适合使用的各种形式的钢结构设计软件已经逐步被研发出来。近些年以来，我国在钢结构的施工技术方面，有了较大的进步，比如跨度较大的吊装技术、智能系统的微机液压整体提升技术、在钢结构施工安装当中使用的软件仿真模拟技术等。

1.1 项目工程概况

汕头亚青会体育场馆为新建项目，包括建设一座2.2万座体育场、一座8000千座体育馆、会议中心及训练场等。其中，体育场建筑面积约46610.34m2，主要结构体系采用的是倒三角+拱桁架结构，悬臂长度36.5m，最大跨度118m，建筑长度298.6m，因项目特点而综合考虑采用了高空原位支承吊装工艺进行施工。

项目钢结构设计简介：

体育场钢结构分部主要包括钢柱、巨型拱桁架、径向悬臂钢桁架、环桁架、吊桥结构等。主要分部构件信息：

1.1.1 施工重难点分析

（1）空间弯曲构件的坐标定位

体育场拱桁架和构配件在配合整体设计过程中，采用空间双曲构造形式，设计定位完全依靠由点的三维坐标体系，而施工现场一般钢结构成型需要三个步骤：地面拼装、安装就位、合拢卸载，每个步骤就对应着一套坐标体系，而坐标精准和数据输出不言而喻就成为了设计难题。

（2）运输、现场安装重难点

桁架等构配件尺寸较大，形状特殊，一般车辆无法整体运输，对出厂构配件精度要求高，在运输过程中稍有不慎就会变形影响改变坐标，现场就无法做到精准安装，故需要合理进行分段运输。

基于构配件大又多，且形状各异，复杂多变，安装工期紧张，合理的部署施工安装场地也是一道难题。

（3）吊装单元的现场拼装

由于项目结构特点，构件弯曲程度不同，吊装单位多，拼接量大；

分段分批构件在加工或者切割过程中存在尺寸误差，再加上运输途中、堆放、焊接等因素会使构件存在一定变形，会给现场安装带来困难。

（4）现场高空焊接

前面提到构配件大又多，大多需要现场拼装，导致现场高空焊接量大，且由于构件奇行怪异，焊接作业空间小，给焊接质量带来不少挑战。

1.1.2 大跨度空间钢结构施工技术

汕头亚青会体育场钢结构主要由倒三角L性桁架和矩形拱桁架及其之间的环桁架、拉杆组成，根据使用功能分为径向桁架和拱桁架。

而拱桁架长度多达118m，车辆无法正常运输，为了便于运输，将拱桁架又划分为5~6段，合理分段。而分段原则可以根据结构特点及吊装设备进行分段，既要满足设计受力要求和现场施工，也尽可能满足现场焊接作业。

典型构件分段如下：

1.2 大跨度空间钢结构高空支承原位吊装技术应用

1.2.1 支撑胎架安装流程

根据项目结构特点，单元构件又进行有效拆分划分，便于支承原位吊装技术进行施工。分别在体育场布置临时支撑格构式胎架，辅助构件吊装及提供焊接作业面，待钢结构主体沉降稳定后再对胎架进行拆除。胎架的坐标点经过模型预演先进行计算，确定胎架的顶标高及高度，再进行搭建。

1.2.2 单元高空原位支撑吊装

场地承载力满足吊装机械行走是硬性条件，项目由于濒临南海，地质条件较差，场内场外道路都需要进行加固、硬化达到机械行走的承载力。根据计算要求，场外道路进行换填级配碎石层，场内道路由于经过真空预压堆载，只需在密封沟位置进行小面积换填处理就能达到履带吊吊装行走条件。

对于体育场这么庞大的钢结构工程量，安装工期又紧，经过研究决定采用南北方向同时开吊，外侧布置两台350t履带吊，场内布置两台320t履带吊，汽车吊辅助配合吊装。当然，机械设备的选型需要根据项目特点、构件大小、重量、经济措施等进行综合考虑。

以W-JXHJ-26桁架为例，在地面将各个构件放样、定位拼接成一个单元，复核坐标点，确保坐标点准确，误差在允许范围内，各项检查无误后，焊接成榀。

桁架吊装采用四点吊装，并在钢丝绳一侧加设手拉葫芦，以调整桁架起吊姿态及就位姿态。由于主桁架分段吊装长度较长，在吊装过程中，还须在桁架两端拉麻绳牵引，避免桁架吊装过程中发生碰撞而变形。

分段桁架圆管对接采用双夹板临时固定，并通过缆风绳和千斤顶对桁架进行测量校正，桁架在高空对接时工人安全大钩必须挂设在已固定拉靠的结构上，切勿挂设在正在吊装的桁架上。

1.2.3 高空焊接作业

现场大多由构件拼装成榀，多节点弯扭构件对接焊、圆管对接焊形式多样，焊接形式复杂。高空焊接质量直接影响钢结构工程质量，高空焊接显而易见成为项目施工重难点控制。

焊接主要采用CO2气体保护焊，因其具有渣气联合保护的特点，能达到较好的焊接效果，确保焊接质量。焊接的主要方式为平焊、立焊、仰焊、全位焊接等方式，且大多处于高空焊接作业，不难而言给操作带来了困难。

针对以上重难点，制定高空焊接作业方案，严格按照方案执行。现场操作人员必须持证上岗，作业之前集体组织培训考试，合格后才允许上岗操作。

焊接前应清除构件上焊渣、飞溅物等，定位焊点与收弧处必须用角向磨光机修磨成缓坡状，确认无未熔合、收缩口等缺陷。

CO2气体保护应在试弧板上分别做电流、电压、收弧电流、收弧电压对比调试。严禁在母材上进行电流调试。

由于项目地处海边口，风力常年≥6级，需要搭建防护棚遮风挡雨，焊接作业相对湿度不大于90%，如若较潮湿的环境，需要加热除湿达到作业条件。

焊接作业采用吊篮作为操作平台，由于上部结构复杂，作业空间狭小，吊篮移动灵活且相对安全，是高空作业平台的不二之选。

施焊完成后的全溶性焊缝按照设计、规范要求，一级焊缝100%检测、二级焊缝抽取20%检测。

2 钢结构吊装完成后卸载施工

2.1卸载技术研究

吊装完成后，支撑胎架需要进行卸载拆除，卸载过程中杆件内力和临时支撑胎架发生转换。胎架不再接受杆件的力传递，由桁架梁传递至钢柱。但卸载过程中往往也是钢结构最危险的环节，需要遵从卸载原则，制定合理的卸载方案，严格按照方案施工确保顺利进行。

卸载原则上“分阶段、分批、分级”进行，满足钢结构构件内力之间的转换。在卸载的过程三个控制手段，以理论计算为依据、以变形控制为核心、以测量控制为手段，做好以上步骤逐步进行分级卸载，静置24h后如无异常数据发生或变形验证，皆可进行下一阶段卸载。

2.2卸载施工步骤

3 结语

目前钢结构发展前景越发优越，技术措施层出不穷，利用大跨度空间钢结构高空原位支撑吊装工艺，不管在工期和质量上都取得了良好的预期效果，其成品质量满足设计要求，构件分段施工吊装，达到了零风险、零伤亡的安全目标，施工过程绿色环保无污染，且胎架经过复核受力正常合格后可重复使用，达到降本增效的目标，为今后类似工程提供了借鉴作用。

参考文献格式

[1]大跨度钢结构桁架施工关键技术[J]. 夏建俊,朱云良,潘国华.  建筑施工. 2017(02)  

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[3]大跨度钢结构安装安全技术控制研究[J]. 岳建军,李永琰,唐东红.  住宅与房地产. 2019(36)

[4]大跨度空间钢结构安装的施工安全及质量控制[J]. 吴淞.  中华建设. 2018(09)