福建省建瓯一中“双馆”钢结构施工桁架安装方案研究

2021-12-03杨兴毅

中国建筑金属结构 2021年11期

杨兴毅

大跨空间钢桁架结构的安装作业是指将一系列构件或提前拼装好的准结构单元，通过施工技术安装到设计位置并形成最终的结构形态。钢结构主要包括框架体系和桁架体系，框架体系的连接节点一般视为刚性节点，而桁架体系的连接节点一般视为铰接点。桁架结构体系的拼装施工工艺对其质量和安全性起着至关重要的作用，因此对钢结构施工桁架拼装方案进行研究具有非常重要的意义。文献[1]介绍了咸阳奥体中心钢结构工程的结构特点、钢结构安装施工方案、临时支撑布置、平面管桁架地面拼装、吊装块体组装、块体吊装、临时支撑体系的设置、合拢安装、整体卸载等关键技术。文献[2]设计了一种可用于不同曲率的空间双曲桁架拼装的胎架，达到了一胎多用，拼装整体吊装，节约拼装及临时支撑等措施成本的效果。文献[3]对杆件端部不同刚度对其承载力和破坏模式的影响进行了数值分析研究。文献[4]以某煤场的大跨度钢桁架施工为案例，分析了整体吊装施工中的主要施工流程。在结构的安装过程中，如何在保证结构安全与构件或单元准确就位的前提下，实现施工的绿色与经济，是当代绿色环保施工的最终目的。本文依托福建省建瓯一中“双馆”项目，主要对钢结构桁架的拼装方案进行了研究，以期为类似的钢结构桁架拼装设计与施工提供借鉴和参考。

1.工程概况

建瓯第一中学扩建项目配套体育运动场馆（室内体育馆、游泳馆），位于福建省南平市建瓯市。“两馆”设计主题为开枝散叶，根脉情怀，符合学校开枝散叶，桃李满天下的寓意，也表达了对故乡，对母校的根脉情怀。

新建的体育馆建筑面积为5353m2，室内拥有一个150m 环形跑道和60m 直道，可同时容纳4 个班级上体育课及大型集会；游泳馆的建筑面积为2911m2，是一座25m×50m 的标准游泳馆，配有恒温水循环系统，可全年供教育教学和大型游泳比赛使用。

本工程游泳馆、体育馆采用空间桁架结构体系。游泳馆设有25 根圆管柱，13 榀主桁架，桁架屋盖与圆管柱相贯焊接连接。游泳馆钢柱与桁架构件均采用圆管截面，钢柱构件截面为：P450 mm×16 mm；桁架构件截面为：P245mm×12 mm、P219 mm×12 mm、P209 mm×12 mm、P180 mm×10 mm、P114 mm×6 mm 等。屋面檩条构件采用方钢管，截面为：B160 mm×80 mm×6 mm×6 mm；体育馆桁架屋盖与混凝土柱采用支座连接，桁架采用倒三角形式，钢管之间采用相贯的焊接节点。体育馆结构构件均采用圆管，构件截面为：P402 mm×16 mm、P377 mm×16 mm、P351 mm×16mm、P245 mm×12 mm、P219 mm×12mm、P209 mm×12 mm、P180 mm×10mm、P168 mm×8 mm、P159 mm×6mm、P114 mm×6 mm、P89 mm×6mm 等。图1 为“双馆”整体效果图，图2 为“双馆”整体结构轴测图。

图1 整体效果图

图2 整体结构轴测图

2.桁架安装施工方案

2.1 现场安装方案概述

典型的钢桁架施工安装方法主要有以下几种：高空散装法、分条或分块安装法、整体提升法、高空滑移法、整体顶升法、折叠展开安装法、整体吊装法、攀达穹顶施工法（Pantadome 体系）、累积提升法等[5]。本工程游泳馆、体育馆主要为管桁架结构，游泳馆采用单片桁架；体育馆部分主桁架为倒置三角形截面。主桁架截面尺寸倒三角桁架最大位置6.95 m×11.0 m。考虑到运输条件的限制，为了提高运输效率，计划采用工厂散件加工，运输至现场分段拼装，整榀吊装就位的方法进行安装。由于体育馆部分桁架采用预埋锚栓节点，因此桁架地面拼装阶段将支座拼装在桁架上一起吊装。

2.2 桁架拼装胎架的搭设

拼接胎架考虑到分段单元自重较大，为防止产生较大的初始缺陷，影响后期的拼装，胎架宜采用较小截面工字型钢焊接而成，拼装场地必须提前进行硬化处理，场地的硬度和平整度均需满足要求后方可进行焊接操作；胎架设置应避开节点位置，即节点应交错布置，同时应满足焊工的焊接作业空间。胎架必须保证胎架上口水平度误差在±1mm以内，为便于桁架整体的起吊安装，从施工力学的角度出发，胎架的布置应严格按照施工图纸，准确放样后，进行安装搭设，在此期间应有技术员和安全员进行监督，避免返工事故发生，需要监理验收签字的及时验收签字，严格履行施工的各项规范制度。为防止胎架发生不均匀沉降，应在胎架旁设置一沉降观察点，作为平台沉降的检查依据。胎架截面为HN400 mm×200 mm×8 mm×13 mm，马凳高度为0.8m，胎架之间距离为6m。胎架马凳高度为0.8m，胎架搭设高度从地面至顶部高度为8.8m，宽度为11m，胎架之间距离为6m。

2.3 桁架拼装方法及流程

游泳馆主桁架采用平面拼装，体育馆主桁架采用立式拼装的方式进行拼装，详细过程如下所述。

2.3.1 桁架立式拼装

桁架立式拼装流程如图3 所示，主要操作步骤如下：

图3 桁架立式拼装流程图

（1）在刚性工作平台上画出桁架整体线型尺寸，包括上下弦杆中心线、端部企口线；画线时注意桁架拱度。桁架线画好后，根据画线设置拼装胎架，在拼装胎架上进行桁架拼装，桁架支座位置下加设垫块。

（2）安装中间段桁架弦杆，并点焊固定。

（3）安装桁架中间腹杆及两端弦杆，并点焊固定。

（4）安装桁架两端腹杆，并点焊固定。

（5）安装两端桁架中间腹杆及两端弦杆，并点焊固定。

（6）检验桁架的拼装精度与误差，对于拼装尺寸误差较大的应及时进行调整，使其满足要求，检验合格后，进行焊接，对小误差在焊接过程中及时进行调整，不可使误差在焊接过程中增大。焊接完成后应及时进行焊缝质量检测，至此一个阶段的桁架拼装完成。

2.3.2 平面桁架安装

（1）在刚性工作平台上画出桁架整体线型尺寸，包括上下弦杆中心线、端部企口线；画线时注意桁架拱度。桁架线画好后，根据画线设置拼装胎架，在拼装胎架上拼装桁架，桁架支座位置下加设垫块。

（2）安装桁架弦杆，并点焊固定。

（3）安装桁架腹杆，并点焊固定。

（4）检验桁架的拼装精度，检验合格后，进行焊接。

2.4 桁架吊装质量控制

图4 为桁架吊装拼装现场施工图。整榀桁架的起吊和安装具有较高的施工难度，在具体施工时需要严格控制上弦距离胎架立柱的距离，确保桁架曲线变化要求；对于在拼装中出现个别胎架垂直度偏差较大的情况，应做好测量实际数据，调整此节点数值控制；在桁架拼装过程中会出现局部构件管径变化，要注意胎架标高距离的实际调整；在拼装过程中要注意对构件尺寸的复核，对于出现尺寸与图纸不符或偏差较大的要及时上报，给出解决方案，不得擅自现场修改。地面拼装前应对构件尺寸、外观等进行检查，构件变形、缺陷超出规范允许偏差时，需进行处理。并检查高强摩擦型螺栓连接摩擦面，不得有泥沙、油污、锈斑等，摩擦面必须平整、干燥，不得在雨雪环境下作业。地面拼装完成后采用无油枕木将桁架垫起，桁架两侧用木杠支撑，增强稳定性。然后检查吊点，对准基准及中心线，徐徐起吊。