大跨度钢结构管桁架施工技术及质量控制

大跨度钢结构管桁架施工技术及质量控制

焦宗印

中交第二公路工程局有限公司    陕西西安    710000

摘要：大跨度钢结构管桁架是一种重要的结构形式，它在现代建筑领域中被广泛使用。本文以大跨钢管桁架为研究对象，对其在工程中的应用进行了探讨。通过分析大跨度钢结构管桁架的特性和优点，明确了它在工程中的应用价值，并结合实际工程案例进行了说明，对大跨度钢结构管桁架的质量控制进行了探讨，包括材料选择、焊接工艺、检测手段等方面的内容，目的是为了提高建筑质量，确保建筑安全。

关键词：大跨度钢结构；管桁架施工；质量控制

引言

大跨度钢结构管桁架以其高强度、轻质、绿色和施工快速等特点，广泛应用于体育场馆、会展中心、机场终端等建设领域。然而，大跨度钢结构管桁架的施工过程存在一定的技术难题和质量控制要求，因此需要开展相关研究，提高施工质量和工程安全性。

1.大跨度钢结构管桁架概述

1.1.结构形式和特点

大跨钢结构的管桁架，是以钢管为主体，以焊接、螺栓连接等方式组装而成，其结构形式多样，可以满足不同工程需求。大跨度钢结构管桁架采用钢管作为主要构件，钢管具有轻量化的特点，与常规的混凝土和钢筋混凝土结构相比，它的重量要轻得多，可以减少对基础的要求，降低整体结构的荷载；大跨度钢结构管桁架通过焊接、螺栓连接等方式组装而成，连接点刚性好，能够承受较大的荷载，保持结构的稳定性；大跨度钢结构管桁架在设计和施工过程中，可以采用各种抗震措施，如合理布置纵向和横向支撑系统、加强节点连接等，提高结构的整体性和抗震性能，钢材的高强度和韧性使得大跨度钢结构管桁架能够更好地抵御地震力的作用，确保结构的安全性；大跨度钢结构管桁架的结构可以实现各种几何形状和空间曲线，满足不同建筑风格和美学要求，同时，可以灵活变化支撑方式，适应不同的跨度和荷载要求；大跨度钢结构管桁架采用工厂化集中加工工艺，施工过程相对快速高效。钢材的加工和制造技术已经成熟，能够实现批量生产和标准化加工，从而提升施工效率。

1.2.应用领域和优势

大跨径钢管桁架在建筑、桥梁等工程中得到了广泛的应用，其优势在于能够跨越大距离，实现大空间无柱的结构设计，它具有施工周期短，成本低等优点，适用于快速建设的工程。

大跨度钢结构管桁架通过合理的设计和结构布局，能够跨越较大的距离，这为建筑、桥梁等领域提供了更大的使用空间，满足了大空间内部布局的需求。相比传统的柱式结构，无柱设计能够提供更大的灵活性和自由度，使得空间利用更加高效，提升了场馆和建筑的功能性和美观性；大跨度钢结构管桁架采用工厂预制和现场拼装的施工方式，可以实现快速施工，预制的构件可以在工厂进行加工和制作，减少了现场施工时间。而现场拼装则通过钢管的焊接、螺栓连接等简便的方式进行，施工效率高，缩短了工期；大跨度钢结构管桁架具有自重轻的特点，相比其他结构形式，其结构重量较轻，这使得在大跨度工程中，从而降低了对地基的需求，降低了对土建投资，从而达到了降低工程成本的目的。

2.案例分析

呼伦贝尔市国际会展中心项目总建筑面积约105453㎡，建筑高度23.35m，由七个区域组成。Ⅰ区常设展览馆和会议中心，屋顶采用蒙古包造型的钢架结构；Ⅱ区多功能厅，屋顶为倒三角钢结构管桁架；Ⅲ区和Ⅳ区中间展廊，钢筋混凝土框架结构，展廊顶部为圆弧钢拱；Ⅴ区活动中心，钢筋混凝土框架结构，屋面为蒙古包造型钢框架；Ⅵ区和Ⅶ区均为标准展厅，框架结构，屋顶为曲面钢结构。本工程大跨度桁架包括Ⅱ区倒三角管桁架，最大跨度为81m，单榀桁架总重量约132.1t，桁架采取分三段于地面进行拼装然后原位吊装的方式进行施工，桁架最大吊装重量为53.1t。

2.1.基础施工

为了保证大跨钢管桁架的稳定与安全，必须进行地基处理。在施工过程中，首先要做好地质调查工作，对地层的性质、地层的承载能力等有充分的认识。根据勘察结果，采取合适的地基处理措施，如土方开挖、填筑加固、地基加固等，以提供稳定的基础支撑。其次基础设计应根据大跨度钢结构管桁架的荷载特点、地质条件和设计要求等因素进行合理的确定，包括基础类型、尺寸和加固方式等。设计过程中要考虑荷载传递、变形控制和基础稳定性等方面的要求，确保基础的安全可靠。

此外在浇筑前需要对模板搭设和钢筋安装等工作进行认真检查，尤其是预埋件的位置确保其位置准确可靠。同时，要采取合适的养护措施，保证混凝土早期强度的发展，保证其耐久性。最后通过对基础的检测，包括基础尺寸、强度和钢筋质量等方面的检验，验证基础的质量是否符合设计要求和规范要求。必要时可以进行非破坏性检测，如超声波检测、钢筋探伤等，以确保基础的安全性和可靠性。

2.2.主体结构施工

建筑主体工程包括钢柱、钢梁等主要构件的生产与安装。首先要确保采购的钢材符合相关标准和规范要求，具有适当的强度、韧性和耐腐蚀性。其次对材料加工进行质量控制，采用适当的焊接方法和技术，确保焊接质量和连接的可靠性。钢柱、钢梁等主要构件的制作工艺需要严格控制

，尤其是异形结构。根据设计要求，进行钢材的切割、焊接、弯曲和装配等工艺操作。在制作过程中，要控制材料的尺寸精度、焊接接头的质量和装配的准确性，确保制作出符合设计要求的构件。

2.3.桁架拼装

桁架拼装是大跨度钢结构管桁架的关键环节。在桁架组装过程中，精确控制构件的尺寸和位置是关键。根据设计图纸和规范要求，进行准确的测量和标定，以确保构件的尺寸和位置符合要求。采用精确的测量工具和仪器，如激光测量仪、测量规和水平仪等，对桁架的构件进行尺寸和位置的控制，以保证整个桁架的准确装配。

在拼装过程中，要特别关注桁架构件之间的平面度和垂直度。通过使用水平仪、测量仪器等工具，确保连接点和构件的水平度和垂直度符合设计要求。必要时进行调整和校正，以确保桁架在组装过程中保持良好的平面度和垂直度。在此基础上，结合工程实践，可采取加强板、加强肋、增设连接件等措施。这些加固措施有助于提高桁架的整体稳定性，抵抗外部荷载和震动的作用，确保结构的安全性和可靠性。

3.施工质量控制

3.1.材料质量控制

对于大跨度钢结构管桁架的材料，需要进行质量检验，包括钢管的强度、尺寸精度等方面，确保材料的符合要求。钢管作为大跨度钢结构管桁架的主要构件之一，其强度是关键参数之一。钢管的强度检查一般采用拉拔、冲击等方法。拉伸测试用来评价钢管的拉伸、屈服、延伸、破坏等特性。冲击试验用来评价钢管的韧度及耐冲击性。这些试验可以通过标准化的方法和设备进行，以确保钢管的强度符合设计要求和相关标准。

钢管的尺寸精度是钢管桁架安装与建造中的关键问题。尺寸精度检查主要是指钢管的外径、壁厚、长度、平直度的检测。通过使用合适的测量工具和设备，如卷尺、量规和激光测量仪等，对钢管进行准确的尺寸测量。通过与设计值的比较，保证了管件的尺寸精度，达到了施工要求。

3.2.焊接质量控制

在大跨钢管桁架中，焊接是一种重要的节点形式。为保证焊接质量，有必要对焊工进行合格评定，合格评定通常包括技术知识、焊接技能和经验等方面的考核。焊工应具备合格的焊接操作技能、了解相关焊接标准和规范，并且能够根据设计要求进行焊接作业。通过焊工合格评定，可以确保焊接操作的质量和可靠性。

根据大跨度钢结构管桁架的设计要求和材料特性，选择适当的焊接方法和参数非常重要。常用的焊接方式有手电焊、气体保护焊、自动焊丝等。为了保证焊缝的质量，保证焊缝的强度，焊接质量的控制至关重要。在焊接过程中，应严格控制焊接参数，避免焊接过热或焊接过冷，以保证焊缝的质量。在焊接时，应重视焊缝的几何形态及尺寸，保证焊缝的充填及均匀。此外，还需要进行焊缝的检测和评估，如可视检查、射线检测和超声波检测等，以确保焊接质量符合要求。

3.3.尺寸精度控制

大跨度钢结构管桁架对尺寸精度要求较高，为了进行精确测量，需要采用合适的测量仪器和设备。常用的量具有：卷尺、量规、激光测距器等。这些工具具有高精度和可靠性，能够对钢结构管桁架的尺寸进行准确测量。

在测量尺寸时，必须采用合适的测量方法。比如，在测长时，要合理地选取起始点和终点站，以保证测长的精度。在此基础上，提出了一种适用于大跨钢管桁架的计算方法。在加工、拼装时，要对尺寸误差进行严格的控制，保证其误差在容许范围之内。如果发现尺寸偏差超出了允许范围，需要及时采取纠正措施，以确保结构的准确装配和稳定性。为了确保尺寸精度的持续控制，应定期进行检验和调整。定期检验可以发现尺寸偏差的变化和趋势，及时采取措施进行调整和纠正。这可以通过使用测量仪器和设备进行检测，以及对钢结构管桁架进行视觉检查和尺寸验证来实现。

3.4.桁架组装质量控制

3.4.1.地面组装

在地面组装阶段，对于每个构件的尺寸和位置进行精确控制至关重要，使用准确的测量工具和仪器进行测量，确保构件尺寸与设计要求一致，通过参照设计图纸和使用测量仪器，对每个构件的位置进行准确标定，确保构件的相对位置和间距符合要求；地面组装时，应特别关注桁架构件之间的平面度和垂直度，使用水平仪、测量仪器等工具，确保连接点和构件的水平度和垂直度符合设计要求，必要时进行调整和校正，以确保桁架在地面组装阶段保持良好的平面度和垂直度；对于需要焊接的连接点，进行焊接质量控制是至关重要的，确保焊接工艺符合规范要求，焊接操作人员需要经过合格评定，对于每个焊缝进行可视检查和非破坏性检测，以确保焊缝的质量和强度满足设计要求。

3.4.2.空中拼接

在进行空中拼接时，安全是首要考虑，确保作业人员配备个人防护设备，并遵守相关的安全操作规程，使用合适的起重设备和安全绳索等辅助工具，确保拼接过程中人员的安全。

在空中拼接过程中，需要保证构件的精确对接，为了确保构件之间的连接点准确对齐，需要使用适当的定位工具和夹具，这些工具可以帮助将构件定位到正确的位置，以便进行拼接，常见的定位工具和夹具包括定位销、定位板、定位夹等，它们能够提供精确的位置控制，确保构件连接点的准确对齐；在拼接过程中，使用适当的紧固装置和方法，确保构件的稳定连接，根据设计要求，选择合适的紧固装置，如螺栓、螺母、螺栓连接板等，确保连接的牢固性和可靠性，对于需要调整的构件，可以使用临时支撑和调整装置，以保持构件的位置和角度在拼接过程中的正确性；在空中拼接过程中，可能会出现构件位置偏差或角度不准确的情况，在这种情况下，需要进行必要的调整和校正，通过使用调整装置和测量工具，如液压千斤顶、水平仪、角度测量仪等，对构件进行微调和校正，以确保其位置和角度符合设计要求。

在空中拼接完成后，需要加固连接点以增强桁架的稳定性，采用适当的加固方法，如增加加强板、加固筋等，确保连接点的刚性和强度满足设计要求。在桁架组装过程中，地面组装和空中拼接是关键的质量控制环节。通过精确控制尺寸和位置，保证桁架的平面度和垂直度，并采取适当的加固措施，可以确保桁架的稳定性和刚度，从而满足大跨度钢结构管桁架的工程要求。

4.结束语

综上所述，通过研究大跨度钢结构管桁架的施工工艺和质量控制方法，能够有效地提高其施工质量，确保结构的安全和可靠性。然而，目前仍存在一些问题和挑战，需要进一步研究和改进。未来的研究可以从材料、施工工艺和质量控制方法等方面进行深入探讨，提升大跨度钢结构管桁架的施工技术和质量控制水平。

参考文献

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