谈桁架结构拼装及安装技术

杨金丽，辛明刚

1.中国二十二冶集团有限公司海外工程分公司，河北 唐山 064000

2.中冶时代置业有限公司，北京 100015

1 工程概况

本工程为会议中心钢结构现场的拼装及安装工程。其中会议中心分东西两部分，中间为大剧院。会议中心两部分相互对称，每侧会议中心分为：横轴向为1-13轴，纵向轴线为3E-3N-3Q，3E-3N距离约为30.2m～34.8m；3N-3Q距离约为8.1m～8.2m，3E、3Q外侧分别悬挑。每一部分结构形式为：主桁架13榀，钢管柱65支。每榀桁架重约13.5t，长度为52m～57m不等，材质为Q345C，结构形式为桁架结构，上弦为方钢管□220mm×220mm×12mm，下弦为方钢管□240mm×220mm×18mm，上下弦连接杆件也为方钢管。65支钢柱分为11支直柱，4支抗风柱，44支斜柱，6支斜撑柱。每支柱重量为：直柱每支1.13t，抗风柱每支5.8t，斜柱每支0.85t，斜撑柱每支2.8t。会议中心钢结构共计约800t。主桁架制作完成后每榀分成三片运输到安装现场进行拼装，每相邻两榀桁架再组装成一单元，每一单元重40t，使用一台160t液压吊车和一台250t履带吊同时吊装进行安装作业。

安装现场地面标高▽-3.00m，基础埋件标高▽12.00m，即▽12.00m平台以下为钢筋混凝土结构，▽12.00m混凝土平台以上为钢结构。

2 会议中心主桁架的现场拼装方法

由于主桁架长度在52m～57m之间，整体运输难度太大，在制作时每榀桁架分成三节进行制作，运到安装现场后进行拼装。考虑到主桁架跨度大，3E轴线每榀主桁架带4根斜柱，斜柱柱顶及柱脚联结方式均为铰接，单榀安装时在保证安装精度的前提下无法对其进行有效固定，所以安装时采取相邻桁架组装一整体单元进行吊装，这样每一单元安装后与柱有四点连接，形成稳定的框架结构，既保证了安装精度，又达到了安装的安全要求。一单元包括主桁架两榀；桁架间上下弦全部水平支撑及次桁架全部，拼装完成后一单元重40t。

拼装时为了保证拼装质量，需要在3E轴线外侧搭设拼装平台，拼装平台需要2个，东西两处会议中心每处各搭设一个拼装平台，每个平台宽8m，长45m，使用材料为HN400×200×8×13共计45m×2 = 90m，∠200×18角钢共计8m×19×2=304m，-20mm厚钢板8×40 = 320m2×2 = 640m2，拼装平台材料共计约50t。

主桁架的拼装：三段桁架按照制作分段标记在拼装平台上平放进行拼装，拼装时按照制作时的定位尺寸线对接口处曲率半径进行调整，再按照制作时接口要求进行接口，拼装完成后使用样板对上下弦的曲率半径进行校正、调整，满足设计要求后进行接口焊接，拼装接口按照制作接口形式进行焊接。两榀主桁架接口焊接完成后，使用两台25t液压吊把两榀主桁架吊起垂直放置，采用∠200*18角钢进行支护，临时稳定牢固。拼装时主桁架定位点为桁架在拼装平台上垂直放置时的最低点，即3E轴线点及3N轴线往外（3N至3Q方向）3m点，计算出各桁架的各定位点尺寸。

支护时采用∠200*18角钢及H型钢HN400×200×8×13，每榀桁架支护4点，共计使用∠200*18角钢100m，HN400×200×8×13共计64m。最后安装上下弦水平支撑，按照设计要求进行焊接，整体焊接完成后进行焊缝的检测，达到设计要求后进行吊装。由于每一区主桁架为13榀，拼装时每组单元为两榀，共计需要12榀拼装，剩余1榀单体安装，考虑到安装顺序，单体安装的桁架选择9轴线桁架。

拼装工艺流程：胎架制作安装→桁架整体拼装定位→校正、检验→焊接、焊缝UT检验→焊后校正→涂装→检验合格。

3 会议中心钢结构安装的主要施工方法

3.1 安装施工前准备

1）基础验收

安装前先进行基础的检查验收工作：包括基础表面质量、中心定位尺寸线、标高等，并做详细的验收记录。

基础安装放线：按照设计图纸要求在基础表面上放出主桁架纵横向中心线，并进行校对，对支座埋件标高进行复测，对不符合要求的进行修改，达到施工要求。

2）场地的平整及清理

对大型吊车站位及行走的场地进行平整、夯实，平整时使用沙子、石子混合铺在吊车行走路线上，垫层厚度500mm，达到大型吊车的使用要求，拼装平台与基础边缘10m范围内，长度100m，道路平整夯实，大型吊车吊装作业时在吊车4个压脚处每处垫一张-30mm×2000mm×8000mm钢板，以保证吊车的安全起吊，共计需要8张钢板。另外东区会议中心基础东侧道路也应进行平整、夯实，以保证大型吊车的道路通畅。对▽12.00m平台上杂物清理干净，以方便安装。

3）在▽12.00m平台四周及临边孔洞四周进行安全防护

使用脚手管做临时栏杆，栏杆高度1.2m，达到标准栏杆要求。

3.2 安装方案

1）东西区安装顺序：考虑到11轴线安装单元与大剧院之间间隙狭小，13轴线安装单元从拼装平台吊到安装位置时难度较大，安装顺序定为，从1轴线开始安装，安装4个单元后再从13轴线开始安装2个单元，9轴线单体桁架最后安装。

吊装前先安装3N轴线直柱，在3E轴线斜柱内侧每榀桁架下方分别做一临时支架，桁架安装就位时，3N轴线按照设计尺寸进行就位焊接，3E轴线一侧坐落于临时支架上。

临时支架的放置：临时支架放置时，支架中心线位置为主桁架轴线位置，▽12.00m混凝土平台主桁架轴线处正好有混凝土承重梁，对支架底部受力起到支撑作用，以防止支架受力时破坏混凝土平台，达到稳定要求。支架放置位置利用实际放样尺寸确定，并把支点标高调整好，使得桁架坐落于支架上时控制标高即为安装标高。

2）主桁架单元的安装：主桁架安装时，结合安装现场施工条件，采用两台吊车（一台160t液压吊，一台250t履带吊）进行同时吊装，对拼装好的桁架单元进行整体吊装，每组单元安装时3N轴线处与直柱连接牢固，3E轴线侧先放置到临时支架上，对柱顶标高进行复测，如不能满足安装要求，则利用吊车进行调整，调整好此处安装标高及桁架安装轴线后，安装3E轴线斜柱。

拼装平台上的桁架单元拼装焊接完成后，使用250t履带吊站位于3E轴线外侧，单车把拼装完成的桁架单元先吊到▽12.00m平台上，吊车参数如下：

采用回转半径米16m，杆长42.7m，最大起重量56.7t，折减安全系数取0.85，56.7t×0.85=48.2t，再扣除吊钩等重量约5t，最后使用有效起重量43.2t，满足使用要求。具体见吊车性能表。

桁架单元到达▽12.00m平台上时重心点进入平台边缘6m，按照吊装位置250t履带吊站位于3E轴线外侧，160t液压吊站位于3Q轴线外侧，采用两台吊车同时起吊安装，安装时吊车悬挂全配重。吊车参数如下：

使用160t吊车采用回转半径为20m，杆长43m，最大起重量18.5t，折减安全系数取0.85，18.5t×0.85=15.7t，再扣除吊钩等重量3t；使用12.7t起重量。

使用250t采用回转半径20m，杆长48.8m，最大起重量42t，折减安全系数取0.85，42t×0.85=36t，再扣除吊钩等重量5t，使用31t起重量。

两车有效起重量43.7t，满足使用要求。

按照拼装顺序先安装东区第一组桁架单元，3N轴线处坐落于直柱上后焊接牢固，3E轴线处坐落于临时支架上，达到安全稳定后再进行摘钩作业，使用25t液压吊进行3E轴线斜柱的安装及3Q轴线斜柱的安装。摘钩后吊车到达西区使用同样的方法进行西区桁架单元的安装。最后使用0.5t卷扬等辅助设施进行桁架间的零部件安装。

3）9轴线单榀桁架的安装：9轴线单榀桁架安装时，先在拼装平台上对桁架进行拼装，利用制作时的定位尺寸线对拼装好的桁架进行校正。满足安装要求利用250t履带吊先放置到▽12.00m砼平台上，再利用250t履带吊站位于3E轴线外侧，采取回转半径36m，杆长48.2m，最大起重量19.2t，安全折减系数取0.85，安全使用起重量19.2×0.85=16.3t，满足吊装要求。考虑到主桁架跨度大，单车吊装时主桁架在空中稳定性差，3Q轴线外侧使用25t液压吊利用小钩吊一点对桁架进行稳定就位。就位后此榀桁架两侧利用檩条进行于桁架单元的联结，牢固后摘钩。

4）吊点的选择：250t履带吊车使用吊点为四点，160t液压吊使用吊点为两点，按照每台吊车的额定起重量选择吊点位置，直接锁到主桁架上弦上，必须选择节点处。

两车同时作业时钢丝绳的选择：

[P]=P破ψ修/K（ K为安全系数取8；ψ修=0.82），

[P]=31t/（4*COS300）= 8.948t

P破=[P]×K/ψ修=8.948×8/0.82=87.29t = 872.9 kN

钢丝绳选用6×37+1，公称直径d=44mm

250吨履带吊单独作业时钢丝绳的选择：

[P]=P破ψ修/K（ K为安全系数取8；ψ修=0.82），

[P]=40t/（4*COS300）= 11.547t

P破=[P]×K/ψ修=11.547×8/0.82=112.65t =1126.5kN

钢丝绳选用6*37+1，公称直径d=48mm。

4 结论

高空、大跨度桁架在钢结构安装中是高危险作业，在做好充分施工准备和相应的安全防护的基础上才能万无一失的把这项工作完成。要保证这项工程在未来的岁月里经受信考验，靠得是科学的计算方法，参与人员的责任心，可靠的安装方法。在不断创新的施工经历中，相信科学技术，依靠科学技术，使我们的施工技术不数科技化、规范化，不断积累和学习、不断创新、不断战胜自己，才能在未来的施工中取得更大的成功。

[1]中国钢结构协会.建筑钢结构施工手册[M].中国计划出版社，2004，4.

[2]贡金鑫.工程结构可靠度计算方法[M].大连：大连理工大学出版社，2003.

[3]周世武.大跨度钢管桁架屋盖整体提升施工技术[D].重庆大学，2007.

[4]周观根，方敏勇.大跨度空间钢结构施工技术研究[D]，2007.

[5]景明勇.大跨度空间钢管结构的设计分析和施工技术[D].清华大学，2006.