大跨度交叉倒三角钢桁架结构安装及卸载技术

孔 辉，李 东，何 旭，赵建华

（中建科工集团有限公司 深圳 518000）

1 工程概况

某机场卫星厅公共交通建筑位于广东省深圳市，项目地下1 层，地上4 层，局部5 层夹层。建筑高度为27.65 m，建筑尺寸为540 m×580 m。

本项目由于“X”型的特殊建筑造型，为提供足够活动空间，满足旅客吞吐量要求，故屋盖采用交叉倒三角钢桁架结构，4个角部指廊横向跨度36 m，纵向无支撑跨度18 m，桁架上弦采用P299×14，下弦采用P400×20［2］。项目建筑功能多样，楼板情况复杂，屋盖造型独特，交叉倒三角钢桁架屋盖施工过程中支撑措施布置困难，拼装、安装与卸载精度难控制。交叉倒三角钢桁架屋盖构造如图1所示。

图1 交叉倒三角钢桁架屋盖构造Fig.1 Cross Inverted Triangular Steel Truss Roof Structure

2 交叉倒三角钢桁架结构安装概述

交叉倒三角钢桁架结构采用地面拼装，利用标准化装配式支撑胎架（以下简称支撑胎架）作为临时支撑，260 t 履带吊高空原位吊装，最后采用分批、隔跨、同步的方式卸载［3］。交叉倒三角钢桁架结构施工关系如图2所示。

图2 屋盖结构施工关系Fig.2 Relationship between Roof Structure and Construction

3 工艺流程

交叉倒三角钢桁架结构安装及卸载涉及斜柱张拉、钢结构、混凝土楼板浇筑等专业穿插协调，其施工工艺流程如图3所示。

图3 大跨度交叉倒三角钢桁架结构施工工艺流程Fig.3 Construction Process Flow of Large-span Cross Inverted Triangular Steel Truss Structure

4 屋盖钢结构深化设计

屋盖钢结构深化设计时，要将屋盖结构BIM 模型至少建立到LOD400 级才可用于施工，深化设计过程中应简化复杂节点做法，本工程典型复杂节点为屋盖支座节点。优化前，支座节点加工制作周期长，桁架拼装时管口对接困难，优化后改为焊接半球，工厂加工简单，现场拼装时管件与焊接半球对接方便［4］。其优化前后的对比如图4所示。

图4 屋盖支座节点深化设计前后对比Fig.4 Comparison before and after Deepening Design of Roof Support Joints

5 桁架拼装

本项目桁架主要有悬挑桁架、倒三角桁架、片式桁架、挑檐处支座节点桁架，其中倒三角桁架与挑檐桁架需要制作专用拼装胎架。其设计样式如图5所示。

图5 桁架拼装胎架设计Fig.5 Design of Truss Assembly Jig Frame （mm）

现场桁架拼装主要通过钢结构深化设计所建立的TEKLA 模型，从模型中导出所需要拼装桁架的CAD 三维模型，指定拼装原点，导出三维拼装坐标如图6 所示，现场依据导出的拼装三维坐标利用全站仪在拼装胎架上测量放线，如图7⒜所示，然后安装桁架主弦杆嵌补腹杆，如图7⒝所示。

图6 某支座节点桁架拼装三维坐标Fig.6 Three Dimensional Coordinates of Truss Assembly of a Support Node

图7 全站仪拼装胎架放线及桁架拼装Fig.7 Measuring and Setting Out on the Assembled Jig Frame with Total Station and the Steel Truss Assembly

6 支撑胎架设计

本项目支撑胎架布置首先要为桁架提供足够支撑点，其次考虑避开洞口，最后要通过设计将桁架与支撑胎架产生的荷载对土建楼板裂缝影响降至最小。基于以上3点，将每一跨交叉倒三角桁架分为3段，中央倒三角桁架，支座节点桁架，嵌补倒三角桁架，施工时先安装中央倒三角桁架与支座节点桁架，最后安装嵌补倒三角桁架调节施工过程中产生的误差［5］。屋盖桁架分段及支撑胎架布置如图8所示。

图8 屋盖桁架分段及胎架布置Fig.8 Roof Truss Section and Tire Frame Arrangement

设计专用胎架顶部支撑工装如图9所示。

图9 支撑胎架顶部工装设计Fig.9 Supporting the Top Tooling Design of the Tire Frame

然后在土建楼板图中进行胎架放样，对与土建结构产生碰撞的胎架进行调整，最后根据支撑胎架结构➝胎架埋件➝土建梁的荷载传递路径布置胎架埋件如图10所示［6］。

图10 胎架楼板放样调整及胎架埋件布置Fig.10 Tire Frame Floor Setting out Adjustment and Tire Frame Embedded Parts Arrangement

7 桁架安装

本项目钢屋盖安装精度要求高，模拟计算卸载后屋盖最大下挠24 mm［7］，如图11所示。

图11 屋盖卸载变形Fig.11 Deformation of Roof Unloading

考虑到后期屋面与幕墙单位施工造成的下挠影响，对中央倒三角桁架安装起拱35 mm，屋盖以中央倒三角桁架安装起拱如图12⒜所示。

交叉倒三角钢桁架结构屋盖安装为了便于管口对接，260 t 履带吊先安装中央倒三角桁架两榀、再安装支座挑檐桁架，最后安装嵌补桁架，形成框架单元后按此顺序依次安装，80 t 汽车吊紧随其后嵌补其余构件，直至主桁架安装完成，安装示意如图12⒝所示。

图12 屋盖起拱示意及屋盖安装顺序Fig.12 Schematic of Roof Arching and Installation Sequence of Roof Structure

利用TEKLA 模型输出需要安装的桁架CAD 三维模型，结合项目坐标控制网导出桁架安装三维坐标如图13所示，现场屋盖安装时测量校正如图14所示。

图13 桁架安装三维坐标示意Fig.13 Three Dimensional Coordinate of Truss Installation

图14 屋盖安装现场测量校正Fig.14 On-site Measurement and Correction of Roof Installation

8 交叉倒三角钢桁架结构卸载

交叉倒三角钢桁架结构卸载需要在结构焊缝焊接并探伤完毕、螺栓终拧完毕、焊缝补涂完毕后方可卸载，整体卸载分三次，第一次卸载奇数跨，第二次卸载偶数跨，最后卸载结构悬挑，将屋盖变形分段消化，若出现偶然情况也便于控制，整体卸载顺序如图15所示［8］。

图15 交叉倒三角钢桁架结构整体卸载顺序Fig.15 Overall Unloading Sequence of Cross-inverted Triangular Steel Truss Structure

结构单跨卸载先卸载挑檐处桁架，确保屋盖支座受力平稳可控之后再卸载中央倒三角桁架，将荷载顺利向支座过渡，单跨卸载顺序如图16所示。

图16 交叉倒三角钢桁架结构单跨卸载顺序Fig.16 Single-span Unloading Sequence of Cross-invert⁃ed Triangular Steel Truss Structure

由于支撑胎架主要支撑点为桁架下弦，因此单榀桁架卸载应先卸载上弦再卸载下弦，如图17所示。

图17 交叉倒三角钢桁架结构单榀卸载顺序Fig.17 Unloading Sequence of Single Cross-inverted Triangular Steel Truss Structure

桁架卸载前，应合理选择桁架结构测量观测点［9］，如图18所示，卸载前后需数次测量观测结构变形。

图18 屋盖桁架测量观测点选取Fig.18 Selection of Measurement and Observation Points of Truss Structure

本工程卸载之后屋盖最大下挠21 mm，与模拟计算24 mm相差不大。

9 结语

本工程目前已竣工验收完成，大跨度交叉倒三角钢桁架结构安装及卸载技术既满足了设计规范的要求，也保证了工程的工期与进度目标，为本工程争创鲁班奖提供了有力支撑。

本工程中，由于有不停航施工要求，施工区域航空限高要求，施工作业最高不允许超过78 m，若施工方式未做充分考虑，不但高空原位安装及焊接工作量大、现场机械设备很难满足吊装要求，而且结构安装的精度也很难保证。

根据以往类似工程的成功经验，若将交叉倒三角钢桁架结构的主桁架依据其受力及变形情况合理分段，控制安装及卸载的顺序可有效提升结构安装的精度，同时于安全、工期和施工成本控制等均有利。

时至今日，交叉倒三角钢桁架结构在大跨度公共建筑中的应用越来越广泛，交叉倒三角钢桁架结构安装及卸载技术具有很强的推广意义，在此做简单归纳总结，希望对今后类似大跨度交叉倒三角钢桁架结构的施工有所启发。