大跨度屋盖钢桁架安装控制技术_李伟.pdf

21INSTALLATION2023.6Electromechanical Installation 机 电 安 装李伟 黄胜 邓章铁 胡建伟 任昊 马威（中建三局安装工程有限公司 武汉 430064）摘 要：湿地论坛国际会议中心项目主体结构为现浇混凝土框架结构，中央大厅屋盖为空间钢桁架结构。屋盖钢桁架跨度大，高空安装精度高，施工难度大。为提高钢桁架安装精度，本文使用Midas计算软件对桁架变形进行模拟分析，通过控制钢桁架在施工过程中的变形，提高了钢桁架安装精度，确定了较为先进合理的屋盖钢桁架施工工艺。关键词：钢桁架 大跨度 钢结构安装控制中图分类号：TU745.2 文献标识码：B 文章编号：1002-3607（2023）06-0021-04大跨度屋盖钢桁架安装控制技术1 工程概况湿地论坛国际会议中心项目包含地下一层、地上两层，主体结构为现浇混凝土框架结构，中央大厅屋盖为空间钢桁架结构，总建筑面积25,529m2。大厅屋盖钢桁架由6片主桁架及钢檩条、系杆组成，通过预埋螺栓与四周混凝土结构柱连接。屋盖钢桁架安装高度21.5m，跨度38.5m。单榀桁架重量10.5t，采用方形钢管相贯焊接而成，屋盖钢桁架模型见图1。（1）分段吊装。需搭设临时支撑胎架，将桁架分成3段进行吊装，并高空焊接组装。支撑胎架位于地下室顶板上方，需进行顶板加固，胎架使用量较大，且高空焊接难度大。（2）整体吊装。单榀桁架在地面拼装成整体，然后用汽车吊整体起吊。整体吊装法可以避免搭设临时支撑胎架，且减少高空焊接作业，但需采用大吨位汽车吊，安装精度控制难度较高。经研究，选用整体吊装法作为本工程屋盖钢桁架施工方案。在此基础上，使用Midas结构分析软件对钢桁架施工全过程进行模拟分析，对钢桁架各施工阶段的应力及变形进行分析和控制，根据计算结果合理设置吊点和安装顺序，从而保证桁架的安装精度。3 施工方案3.1 桁架节段划分用Tekla软件对屋盖钢桁架建立模型，根据桁架长度、重量及现场场地施工条件，将单榀桁架划分成3个小节段，工厂分段制造后运至施工现场，现场拼装后使用汽车吊整体吊装。3.2 桁架地面拼装3.2.1 主要步骤桁架地面拼装主要步骤为：地面放线，拼装胎架布置，分段就位，组装及验收。桁架地面拼装见图2。（1）地面放线。采用全站仪进行测量放线，保证构件总体长度、宽度满足设计要求。通过有限元分析计图1 屋盖钢桁架2 施工重点难点分析及施工方法选型2.1 施工重点难点钢桁架跨度大，需在工厂分段制造，运输至现场进行拼装，制作加工精度要求高。钢桁架端部与混凝土柱采用预埋螺栓固定，大跨度钢桁架在吊装过程中容易变形，安装精度要求高。2.2 施工方法选型屋盖钢桁架施工有分段吊装和整体吊装2种方案可选择。ANZHUANG2023年第6期22机 电 安 装 Electromechanical Installation算桁架安装变形，并设置施工预起拱尺寸、设置对接长度余量1。（2）拼装胎架布置。拼装胎架的布置应间距合理，胎架下部承载力经计算满足沉降变形要求。胎架布置完成后，使用全站仪、水平仪对支撑点坐标、标高进行复核。（3）分段就位。根据地面放线进行分段吊装，桁架分段吊装时应轻放，避免与下部胎架碰撞造成胎架移动。分段就位后，使用全站仪复核坐标、标高。焊、立焊采用CO2自保焊进行焊接；仰焊采用手工电弧焊进行焊接。（6）焊后自检、打磨、校正，合格后检查验收，使用钢尺和全站仪测量每个空间接口点位，并做好记录，与理论长度及数据进行比较，其误差在下一个拼装单元加以矫正，减小及控制误差范围。3.3 桁架吊点控制本工程桁架跨度大，吊装施工过程中变形大。为确保桁架一次就位，需对桁架吊装变形进行严格控制2-3。通过Midas软件对施工模拟计算，分析对比不同吊点布置与桁架变形之间的关系，从而确定最优吊点布置，确保桁架吊装变形满足安装精度要求4。桁架吊装可采用2点吊装和3点吊装，软件模拟分析见图3-图6。图2 桁架地面拼装示意图图3 竖向位移云图（2点吊装）图4 应力云图（2点吊装）采用2点吊装时，最大竖向位移值4.22mm，最大应力26.14MPa；采用3点吊装时，最大竖向位移值1.23mm，最大应力8.65MPa。通过计算结果可以看出：采用3点吊装法，桁架变形和应力明显减少，最大竖向位移减少3mm，对于安装定位和精度控制有较好效果。施工过程中，将中央吊点用5t葫芦和钢丝绳连接，起吊前可通过调节葫芦倒链，进一步降低吊装变形。（4）组装焊接。构件组装前，对构件整体尺寸进行复核，并使用夹板临时固定。构件组装工序控制包括：坡口检查、定位焊接、焊接施工、焊缝检测、油漆补涂。3.2.2 控制要点（1）桁架尺寸和重量大，转运不方便，拼装位置应布置在安装起吊范围内。（2）按零件编号对号入座，上下弦杆及腹杆的外框定位线必须准确，校核端面的垂 直度。（3）严格控制上下弦杆焊缝间隙和板边差，超差必须进行修正，然后进行定位点焊。（4）点焊后检查验收，焊接前进行整体拼装测量，填写拼装记录，合格后方可施焊。（5）确定正确的焊接方法和焊接顺序，以控制产生较大的焊接收缩变形；平焊、横23INSTALLATION2023.6Electromechanical Installation 机 电 安 装3.4 桁架安装桁架吊装采用450t汽车吊，桁架跨度大，安装过程中会产生变形。为保证安装精度，应设置预拱度5。根据软件计算，桁架安装变形分析见图7。桁架安装最大竖向位移值（预拱值）6.3mm，最大应力30.77MPa。（2）拼装胎架使用前，进行放样、测平，桁架阶段组装定位时应处于自由 状态6。（3）焊缝坡口型式应符合设计图纸、焊接工艺以及规范要求。拼接定位完成后对桁架拼接尺寸、焊缝间隙和对口错边尺寸、预拱度等进行检查并做好标识，满足要求后再进行点焊固定。（4）为防止焊接过程中的构件变形，采取加设临时撑杆等加固措施，以确保尺寸精度；桁架组对后使用临时耳板进行固定，并利用葫芦倒链控制装配间隙和错边量，测量合格后点焊固定，再进行焊缝 焊接。（5）选用合适的焊接顺序，先对杆件进行点焊固定，完成上下弦杆的焊接，再采吊装提升前，通过调节中央钢丝绳长度控制桁架平衡，使用全站仪对桁架变形值进行检测，桁架最大变形值1.2mm，满足安装精度；吊装过程中，使用缆风绳调节桁架空中姿势，提升过程平缓，减少桁架冲击荷载变形；桁架就位后，使用全站仪进行坐标、标高复核，满足要求后再进行固定（见图8）。3.5 预拼装施工工艺为保证钢桁架安装精度，工厂内加工制作过程中应进行预拼装（见图9）。工厂预拼装注意事项如下：（1）预拼装应采用拼装胎架，保证桁架拼装满足精确度要求。图7 桁架变形分析图8 桁架地面装配图9 临时拼装耳板图5 竖向位移云图（3点吊装）图6 应力云图（3点吊装）ANZHUANG2023年第6期24机 电 安 装 Electromechanical Installation用跳格法7进行撑杆的焊接。（6）构件变形冷校的环境温度不应低于5，矫正时缓慢用力，并控制总变形量小于2%。热校加热温度8 控制在600800，严禁过烧，同一部位应避免重复 加热。（7）预拼装完成后采用全站仪和水平仪对桁架进行测量复核，焊缝检测合格后补涂油漆，合格后运输至施工现场。3.6 桁架焊接质量控制桁架跨度大，焊接过程中的变形是桁架施工精度的控制重点。为保证桁架制作、安装精度，需选用合理的焊接工艺和焊接顺序。桁架焊接施工控制要点包括：（1）焊前处理。焊接前应彻底清理干净铁锈、氧化铁皮、油污等杂质，焊接后及时清理熔渣和飞溅物并打磨平顺焊缝。（2）定位焊接。定位焊距离焊缝端部距离不小于30mm，长度一般控制在50100mm。（3）焊前预热和焊后热处理。桁架上下弦杆接头处作为受力重要部件，应进行预热处理，确保焊接质量。焊缝预热温度或后热温度符合相关标准或经工艺试验后确定，焊道两侧预热区，每侧宽度应大于焊件厚度的 1.5倍，且不小于100mm；后热处理在焊后立即进行，保温时间根据板厚确定，按每25mm板厚1h确定。（4）焊接引弧。焊缝区以外的母材严禁打火引弧，坡口内引弧的局部区域熔焊一次，不得留下弧坑。（5）多层焊接。多层焊接应连续施焊，出现质量缺陷时，清除干净后再进行焊接。（6）焊缝裂纹。焊缝出现裂纹时，及时报告焊接工程师并查明裂纹出现的原因，制定修补措施后再进行修补。（7）焊缝检查。焊缝冷却到环境温度后进行外观检查，不得有漏焊、未熔合、裂纹、焊瘤夹渣、未填满弧坑等缺陷。施焊24h后，经外观检验并合格，再进行无损检验。厚度大于30mm的高强度钢板焊缝应在施焊48h后进行无损检验。3.7 桁架安装安全保证措施本次钢桁架安装高度21.5m，高空作业较多，安全施工管理难度大。为保证钢桁架高空作业安全9，高空作业安全措施如下：（1）施工前，应逐级进行安全技术交底，检查并落实安全技术措施和防护用品。（2）根据桁架安装特点，采用合适的安全防护措施，比如挂篮和安全生命线，确保高空作业安全。（3）提前清理和固定高空可能坠落的物件，高空作业人员配置专用工具包，禁止高空抛掷。高空作业人员正确佩戴安全带，必须持证上岗，定期进行专业知识培训考核和体检。（4）雨天进行高空作业时，雨水应及时清除，并采取可靠的防滑措施。4 结语通过比较钢桁架安装工序，选择合适的施工工艺，并利用Tekla和Midas等工程软件进行建模和计算分析，解决了大跨度钢桁架施工过程中的变形问题，确保了钢桁架安装精度，并保障了施工工期和安全，取得了良好的经济效益和社会效益。参考文献：1周绪红，莫涛，蔡益燕，等.新型交错桁架结构体系的应用J.钢结构，2000，15（2）：16-19.2方增荣.高层建筑钢结构吊装施工技术的研究J.科技与企业，2014（5）：182.3刘学武，郭彦林.钢结构吊装可动体系平衡状态确定的椭圆简化算法J.施工技术，2008，37（5）：18-21，32.4李伟男.复杂钢结构吊装及施工仿真技术研究D.中冶集团建筑研究总院，北京：2012.5姚江峰，宫长义.共享大厅高空重型钢结构吊装技术J.施工技术，2006，35（9）：38-40.6陈文集.关于大跨度钢结构吊装施工技术的分析J.福建建材，2016（1）：79-82.7秘素玉.大跨度钢结构施工过程的结构分析方法研究J.魅力中国，2020（15）：307.8刘学武，郭彦林，吕清天.钢结构吊装体系平衡状态确定的优化迭代算法J.施工技术，38（3）：63-66.9陈国鹏.浅谈高层建筑钢结构吊装施工技术J.科学之友，2010（24）：62-63.