探究大跨度钢结构桁架施工技术

摘 要 管桁架整体式结构，在现代大跨度屋盖结构中应用较广泛，如何对结构进行合理分割、分块，是解决制作和安装的首要问题。另外在现场实际施工中会出现各种吊装难题，如何处理和解决这些难题，是工程能够顺利、安全进展的重要环节。下面本文以日本仙台市村田制作所株式会社未来创新中心展馆项目为例，试论大跨度钢结构桁架施工技术。

关键词 展馆;整体式屋盖桁架制作;安装单元块的分割;现场制作的可行性;吊装难点及应对方案;滑移安装

1工程概况

日本仙台市村田制作所株式会社未来创新中心展馆部分，共1#～5#展馆自西向东连成近似梯形，占地面积32700m2，其中会展建筑面积29600m2，钢结构工程于2018年3月开工，2019年6月结构吊装完工，2019年12月主体结构竣工验收。

展馆主体钢结构1680t，围护钢结构600多吨，展馆屋架系统为“▽”型钢管桁架，北高南低，南侧檐口结构高度13.2m，北侧檐口高19.35m，屋面倾角为5°，1#～4#展馆每一展馆宽47.55m，中间仅有4根或2根钢柱支撑，两侧均坐落于混凝土核心筒边柱上，其中1#展馆西侧中部还有地下室。

屋架桁架采用直缝焊管，材质STKN490B（日制钢管），弦杆规格为φ457.2×16、φ318.5×10.3、φ216.3×8.2，腹杆为φ216.3×8、φ165.2×6及φ139.8×4.5;钢柱采用φ609.6×16两端均采用刚接。桁架截面高度为3000（中心高），最大跨度47.75m（4#展馆横向桁架），最大构件重量43.2t（门桥1）。

本工程主体结构管桁架杆件连接接头均为相贯线全熔透焊接接头，支座节点的焊缝和钢管对接焊缝均要求为一级焊缝，其余为二级。

2整体式屋盖桁架制作、安装单元块的分割探讨

作为设计，它总将每一展馆的屋面作为一个整体，将每一桁架的构件采用相贯线全熔透焊接连接，以保证其等强度。如果考虑每馆整体吊装，现场场地不允许，有周边的砼核心筒受干涉，另外吊机也不允许，无这么大起重量及伸臂尺寸的起重机，而且由于制作时工件不能翻身，很多连接焊缝的施焊位置不合适，不可避免要出现立焊和仰焊，对焊接质量不易保证，所以必须要根据纵横桁架的构造进行安装单元分块。

但是如果简单地从纵、横桁架相连接的根部分段，将会在桁架安装时碰到相贯线的安装接口，而且在吊装就位时，必须使桁架作一定的水平位移，且接口误差会比较大，空中接口施工难度大，焊缝质量不好保证。因此必须在先安装的主桁架上焊上一段连接短管段，长度不小于500，其外侧端口为齐口，并开好剖口，内衬衬垫管，在吊装时可轴向伸缩，在接口处上方加焊一块定位靠板，保证其吊装连接时能定位，并保证合适的衬垫焊间隙尺寸。

4#展馆由于设计抽柱，致使受力结构变化，必须将横向桁架做成整体，跨度（47.75m），而把中间的纵向桁架分段，与各横向梁相连。由此可见必须根据受力情况来确定桁架的主次，分割中应保证主要受力桁架不断开，且优先就位安装，有支座桁架优先安装，以减少现场临时支撑的数量。

3现场制作的可行性探讨

大型屋盖管桁架，即使进行了合理的分块，由于其桁架截面尺寸较大，每一吊装单元件的外形尺寸还是很大，大部分桁架高度都大于3.5m，门桥桁架总高达4.2m，沿途通过高度、长度将会受到限制，但装车重量不大，每车满载率只有50%左右，钢构件加工厂所在地至施工现场所在地公路里程长达400多公里，公里运输每吨运费普通车为540元/吨（折合人民币）;每车定额载重20～25吨，加长车运费600元/吨（折合人民币），每车定额载重30吨。如在钢构件加工厂做成桁架出运，大部分构件需要长车甚至还要按超长件来运输，每车的装载量在15～18吨，显然不经济。

如果不在工厂组焊，仅下料、喷砂、油漆，到现场再进行组焊，运输时大小管径可互相穿套，节省空间，每车均可按额定载重装足，相比之下，可节省大量运输费，每吨约450～525元（折合人民币），总共1680吨构件，两者相比，可节省运费70多万元，另外也为钢构件加工厂腾出了大量的制作场地。

从施工现场情况看，该区域还有二、三期待建设的大片空场地，正好可先预利用作为制作及堆放的施工场地。

实施方案确定后，现场准备工作提前进行。准备了混凝土的施工场地2300m2，配备2台10吨18m简易门式起重机，这样也解决了装卸车及现场堆放问题，两者相比还节省了运费30万元，并且还节省了半台现场装卸车的吊机费。

唯一不利的是由于室外作业受气候影响较大，好在施工现场所在地降水量较少，但冬天温度较低，钢结构在低溫环境下的焊接必须采取相应的措施，为此及时制订了《钢结构低温焊接的专项方案》，配置了一些防雨、御寒的设施，保证了低温下的焊接质量，又抢回了冬季施工的进度[1]。

41#展馆部分构件吊装难点及应对方案

1#展馆西边，有一占地面积相当大的地下室建筑，并先于钢结构施工完毕，此区域影响钢结构吊装的构件有：1#门桥、1-1轴线上的纵向桁架、横向次桁架HJ-3、HJ-16。如果选用跨外吊，必须选用200以上的大吊机，因施工所在地区大型吊装机械租赁困难费用高等原因，决定采用90吨吊机进入场地内吊装的施工方案。

TG-900E全液压汽车吊，起重臂长18m，分段构件起吊作业半径9m，其额定起重量为26.6t（门桥1分段后构件各重23t和21t），安装就位作业半径各7.7m和7.3m，吊机其8m作业半径的额定起重量为32.5t，上述工况均满足安全技术要求。

本吊机空车自重64t，进入地下室区域时在轮胎行驶路线须铺设走道钢板，汽车吊后三排共6组（12个）车轮分担42t荷重。前二排4个车轮分担22t荷重。吊机两侧轮胎行驶路线铺设厚25mm，宽1.8m走道钢板，车后半部分纵向7m区域，通过走道钢板的平均荷重为1.67t/m2;前半部分的纵向4m区域，通过走道钢板的平均荷重为1.53t/m2。

当吊机停位，两侧支腿伸出支起，分段门桥构件（23t）起吊及回转到安装位置后，临近起吊构件一方的支腿荷重为35t，其它两侧的支腿荷重为10～20t。支腿下铺设4m2钢板及路基箱后，其在该区域的最大平均荷重为8.75t/m2，计入25%系数后为11t/m2，能够满足该区域的荷重要求。

为确保吊装作业万无一失，必须采取以下各項措施：①地下室南北两侧原基坑回填土后并夯实。②地下室顶板上方填土完成，并夯实，达到基本平整。③按《施工方案》平面布置图进行测量，并显殊标注出吊机行驶路线，吊机停放位置（含主要支腿点位置）各支腿点位置必须落在地下室砼柱和剪力墙上或基坑实土上[2]。④吊车就位、起吊前及起吊中应密切注意支腿支承处的下沉情况，必要时采取相应的补救及应急措施。

由于《施工方案》制订详细合理，吊装中措施到位，该区域构件一一顺利吊装完成。

55#展馆滑移安装施工方案

5#展馆平面形状为一形状复杂的多边形，该展馆在西部2/3区域内设有24根混凝土柱，并在6.00m及10.20m标高上设有砼楼层面，钢结构的吊装作业必须在砼结构完成后进行。此时吊机已无法进入此区域，如采用特大型起吊设备，其成本将会成倍增长，所以只能采用空中滑移的施工方法。

按平面图位置架设二条平行的H钢作滑移轨道，为适合桁架的安装，将H钢顶面的高度，正好是桁架下弦管下表面的高度，并调成北高南低与屋面坡度相同的倾角（5°）利用10.20m平台面作支撑的底面。H钢梁每隔4～5m设置一个支撑，由于支撑高度不大，仅（0.7～5.4m），经计算，分别采用D140、D168、D219单根钢管作柱，而在砼柱子位置，用钢管焊成格构形井架，来承载及稳定，H钢两侧为保证其侧向稳定，在每一支撑柱位置，均设浪风绳，采取了这些措施后，H钢经计算采用H294×200×8×12的热轧H钢并处理成连续梁。

由于桁架构件都为倒△形，在滑移过程中如立置，其稳定性太差，对其采取稳定措施太复杂，因此选择卧放置在滑轨上，比较稳妥，移动时通过一台3吨的卷扬机水平牵拉，由高向低滑移，到位后采用巴杆板起，即完成就位安装。

采用了这一方法，顺利地进行该区域桁架构件的安装。

6结束语

大跨度钢结构桁架在各类场馆、展厅较为常见，由于其外形尺寸大、重量重，所以对构件的运输、现场吊装要求高。制作吊装方案时，要考虑运输条件和经济性、现场的施工条件等因素，对结构进行合理分割、分块。

参考文献

[1] 日本建築学会.鉄骨工事技術指針工場製作編.2007，2.

作者简介

袁锡斌（1978-），男，浙江宁波人;毕业于院校：大连海洋大学;学历：本科，职称：中级工程师;现就职单位：上海驹建钢结构技术有限公司，研究方向：建筑施工。