复杂空间管桁架结构现场拼装及吊装施工研究

何庆 崔博阳 韩旭 曹峻嘉

摘要：结合工程实例，介绍银行馆管桁架钢结构施工存在的困难及相关施工技术应用，特别针对吊装设备选择、管桁架吊装作业顺序及控制方法等进行介绍。

关键词：钢结构;公共建筑工程;管桁架;吊装

从20世纪90年代起，随着一些大跨度钢结构的应用，我国开始逐步对大跨度钢结构桁架吊装施工技术进行研究，积累了不少大跨度空间钢管桁架结构体系的施工技术。

一、工程概况

某银行大厦项目屋面钢结构工程主要分布于塔楼屋面四周的管桁架，整个塔楼平面为矩形，屋面（114.85m）采用空间钢管桁架体系，柱脚采用混凝土基础预埋螺栓，桁架主要采用Q345B钢管，沿屋面四周布置，析架轴线宽度1750mm，高度 10.85m。根据塔吊起重性能及参数，竖向桁架柱为1段，并且将间距1.45米的四根桁架柱固定成一小单元体，成段吊装，其余桁架柱二根固定成一小单元吊装。顶部横向桁架梁沿A和E轴轴方向分为3段，沿1轴和6轴方向分为2段，其余标高桁架梁空中与桁架柱散拼安装。

二、钢结构重难点分析

（一）钢管相贯线剖口切割

此项工程腹杆有大量的钢管相贯部口。钢管相贯线是一个空间曲线，且其坡口角度是随曲线的变化而变化的，钢管相贯线的切割好坏直接关系到桁架的焊接质量及外观质量，是制作过程的关键。采用数控相贯线切割机进行切割，能够根据放样程序在电脑上控制自动切割，并能一次性坡口成形，坡口角度可隨圆周变化，以满足相贯线接头处趾部、根部和侧部的不同焊接要求。

（二）钢管线型加工

桁架是空间桁架，主桁架弦杆是一空间曲线，钢管的线型必须光顺美观且要达到标准要求，为确保钢管弯曲圆滑成形，必须防止起鼓、起皱。此工程管径范围在φ89～φ152mm之间。采用火工折弯处理，以满足现场要求。

（三）焊接变形控制和制作精度控制

采取双面对称焊接及合理的拼装顺序以减少焊后变形。先焊接变形大的部位，后焊接变形小的部位。钢柱采取整体放样，以保证精度。

（四）桁架预拼装

每一榀桁架完成后都进行预拼装，在地面上根据桁架的长度制作胎架，保证桁架弧线的尺寸精度，桁架按立面方向放置的方式进行拼装。在钢平台上，划出桁架各弦杆、腹杆中心线及轮廓线的投影线。根据桁架长度设置弧形胎架。

三、吊装单元分析

（一）吊装单元划分

根据吊车起重重量和现场情况将结构分为4种单元类型，为保证吊装单元在吊装过程中始终保持固定的角度，就需要吊装单元的吊点位置必须和单元重心处于同一条竖直线卜。不规则单元的重心可采用弯矩平衡的原理来确定。

（二）吊装分析

在吊装过程中，单元主要考虑重力作用，近似采取静力计算方法来分析单元的内力变化情况，另外考虑起吊时产生的动载效应，内力计算时考虑动力系数，单元的变形采用标准值进行计算。同理，分别对其他3类拼装单元进行分析，对比4种类型的单元，所有吊装单元最大应力比为0.324，最大变形为7.613mm。整体上，所有的单元应力比都小于1，竖向变形都小于跨度的1/400，所有单元都处于弹性工作状态。

四、吊装方法

做一个等边三角形的扁担，长1.2米，高0.6米，在顶部割一个孔，用以挂在吊钩上。在底边角位置钻两个直径为40mm的孔，孔边距离板边大于60mm，用直径20mm的钢丝绳和卡环两点起吊桁架柱，吊点设置在柱顶吊点处，柱身竖直，吊点通过注重心位置，易于起吊、对线、校正。

桁架柱的吊装：吊装前，在桁架柱顶部固定四根直径8mm钢丝绳作为揽风绳，在桁架柱根部绑扎一根麻绳（注意防护），作为牵制溜绳，以调整桁架柱方向。绑扎就绪后，先将桁架柱的一端吊离地面200mm左右，停机检查用索绑扎情况和吊车稳定情况。确认一切正常后，吊车边起钩边转臂，直至将桁架柱吊直并处于需安装的基础上面时，指挥吊车缓慢下钩。当桁架柱底面距离基础地脚螺栓顶端40-100mm时，调整柱底位置，注意防止钢柱就位时破坏螺栓，当螺孔完全对准地脚螺栓，再让吊车下钩至桁架柱就位后，利用吊车臂回转进行垂直度的初校，再拧紧全部螺母，将柱子可靠固定后摘除钓钩。按此方法，继续吊装其余所有桁架柱。

桁架梁的吊装与桁架柱吊装基本相同。

校正：在桁架柱的四个方向上绑扎直径为8mm的钢丝绳和紧线器，在钢柱的两个方向分别架设经纬仪，用以调整钢柱的垂直度，使之满足要求或需要的调整值。

焊接：桁架校正后，用二氧化碳气体保护焊机对桁架柱与桁架梁接缝进行焊接，焊接24小时后进行超声波探伤。

五、吊装工艺

（一）现场柱基的检查

1.定位轴线的检杳

根据控制定位轴线引到柱位置的基础上，定位线必须重合封闭，每根定位线的总尺寸误差是否超过控制数，定位轴线必须垂直或平行;定位轴线的检查应由亚主、监理、总包（土建）、安装联合进行检查，对检验的数据要统一认可后才能进行钢柱安装。

2.柱间距检查

柱间距检查是在定位轴线被认可的前提下进行的，用标准钢卷尺实测柱间距，柱间距的偏差值应严格控制在士5mm以内;

3.柱中心线的检查

检查柱中心线与定位轴线的偏差。

（二）钢结构构件的预检

构件的预检在钢结构加工厂质检部门检查的基础上，现场安装项目部要进厂对制造质量复检，复检合格后，方可出厂。不允许不合格构件进入安装现场，同时项目部根据现场安装进度要求及提供的构件清单监督制造部门是否按进度要求配套加工，避免由于加工构件不配套造成现场安装间断，影响安装工期和质量。

（三）桁架柱的吊装

1.吊点设置：

吊点设置在柱顶处，柱身竖直，吊点通过注重心位置，易于起吊、对线、校正。为防止钢柱变形，采用二点吊装。

2.起吊方法

桁架柱安装过程中，应注意的事项：a.在操作过程中，要互相配合，动作协调，采用铁扁担起吊，尽量使铁扁担保持平衡，以防造成安全事故;b.必须有信号指挥，并且分指挥必须听从总指挥。

起吊时桁架柱必须垂直，尽量做到回转扶直，根部不拖。起吊回转过程中应注意避免同其他已吊好的构件相碰撞，吊索应有一定的有效高度。

桁架柱安装到位，对准轴线，必须等安装螺栓固定后才能松开吊索。

六、结束语

银行大厦管桁架钢结构施工应结合建筑结构形式、空间形态，在确保桁架加工及安装精度的情况下，编制科学、安全、实用的施工方案，选择合理的吊装设备及加工工艺，制定周密细致的吊装顺序，是银行大厦复杂空间管桁架施工取得成功的关键所在。

参考文献：

[1]中冶京诚工程技术有限公司.钢结构设计规范：GB%50017-2017[S].北京：中国建筑工业出版社，2017.