双向钢桁架高空拼装施工技术

2022-11-16曹克昕于新华

建筑机械化 2022年11期

曹克昕，于新华，李真，历楠

（1.中建二局河北建设有限公司，河北廊坊 065000；2.北京建工集团有限责任公司，北京 100055；3.中建二局安装工程有限公司，北京 102600）

1 工程概况

回龙观体育文化公园羽毛球馆屋面桁架南北向为主桁架，跨度为45.0m；东西向为次桁架，跨度为54.6m。桁架高3.1m，桁架上弦标高为22.5m，下弦标高为19.4m，桁架上下弦为390mm×300mm×10mm×16mm/HM400mm×300mm 的H 型杆件，腹杆为294mm×200mm×85mm×12mm 的焊接H 型钢。主桁架（南北向），从2-9 轴至2-13 轴共5 榀；次桁架（东西向），从2-D 轴至2-G 轴共4 榀。羽毛球馆屋顶桁架施工采用临时支撑原位高空拼装，结构形式为双向钢桁架。桁架总量约205.92t。根据桁架施工特点及现场环境条件，该区域桁架安装施工采用临时支撑原位高空拼装，支撑点设在二层楼板对应位置，采用∅609mm×16mm 圆管支撑，支撑高度约12.5m。

2 技术重难点

本工程羽毛球馆屋面桁架为正交双向钢桁架，主桁架跨度为45m ＞36m（属于超危项目），次桁架54.6m，重205.92t，因此对桁架临时支撑体系位置的选择是本工程的技术难点之一。临时支撑体系高度长达12.5m，为保证支撑体系的稳定性，故对支撑体系上、下支撑点的设计及构件加工过程中桁架分段重量的控制是本工程的第二个技术难点。

3 施工技术

3.1 临时支撑体系位置的布置

羽毛球馆屋顶桁架安装采用临时支撑支撑原位高空拼装，支撑柱置于二层楼板，在二层楼板浇筑之前在支撑柱柱脚四角位置预埋预埋件及预埋钢筋，具体布置如下图2 所示（图中□为支撑柱及埋件位置）。

图2 支撑柱及埋件布置

3.2 临时支撑柱安装

羽毛球馆屋顶桁架安装采用支撑柱原位高空拼装，支撑柱置于二层楼板，楼面可承载均布载荷为4.0kN/m2，楼面承载力满足支撑要求。

1）羽毛球馆二层楼板板厚120mm，C30 混凝土，浇筑之前在支撑柱柱脚四角位置预埋预埋件及预埋钢筋，埋件规格尺寸为350mm×350mm×100mm，材质Q235。

2）临时支撑柱采用法兰连接，法兰通过10.9 级M24 高强螺栓连接副连接紧固。参照《钢结构工程施工质量验收标准》（GB50205-2020），高强螺栓紧固轴力应处于225～270kN，标准偏差≤22.5kN。

3）临时支撑采用∅609mm×16mm 圆管，高度约12.5m。通过L 型角钢或通过20mm×100mm 的板条现场组焊成L 型角钢将支撑柱柱脚与预埋件连接。连接形式如图3所示。

4）测量支撑柱柱顶至羽毛球馆桁架下标高高差（包括设计高差+起拱值），采用现场切割圆管补足支撑柱柱顶至桁架下标高。顶部拉设4 根缆风绳锚固在埋件板上，缆风绳直径不小于12mm，使用倒链时，倒链不小于1t，锚板厚度不小于10mm。当相邻两榀桁架安装完成后，即可拆除该两榀桁架支撑的缆风绳。

3.3 桁架分段及起拱

1）桁架分段羽毛球馆屋面桁架层主桁架5榀，次桁架4 榀，根据塔机性能将桁架分为51 个小单元，单个单元构件重量控制在6.3t 以内，每段桁架上下弦对接口应错开500mm。

2）桁架起拱桁架施工时需要起拱，安装时通过调整临时支撑架顶部D150mm×10mm 圆管长度来实现桁架起拱。依据图纸会审记录：即羽毛球馆屋顶桁架主桁架方向按照第一榀30mm 起拱，第二榀40mm 起拱，第三榀45mm 起拱，第四榀40mm 起拱，第五榀30mm 起拱。

3）焊缝质量等级焊接要求：全熔透焊缝，一级，100%超声波检测。

4）吊装设备选择羽毛球馆桁架拼装主要使用3#T8036、5#T8036 塔机，塔机起吊重量如表1 所示。羽毛球馆屋顶主桁架（南北向）构件全部位于3#、5#塔机55m 臂范围内，单段最大桁架重量约6.2t，塔机55m 范围内最大起吊重量6.25t，在塔机相应吊装能力范围（吊索具及安全措施重量500kg）。屋顶次桁架（东西向）单节桁架重量不超3.6t，塔机端部起吊重量4.2t，在塔机相应吊装能力范围，（吊索具及安全措施重量500kg），故3#、5#吊完全满足吊装要求。

表1 3#、5#塔机（75m）起吊重量 (单位：t)

5）吊索具选型根据桁架分段，本方案涉及的桁架单杆件均不超过7t，选用2 点吊装方式，选用直径为28mm、公称抗拉强度为1 550N/m2的6×37 钢丝绳作主绳。

3.4 桁架分段吊装

羽毛球馆桁架分为主桁架（南北方向）与次桁架（东西方向），主桁架每榀桁架分成4 段，主桁架与次桁架相交位置，主桁架设置牛腿与次桁架连接。

首先安装屋面主桁架，然后安装屋面次桁架，单榀桁架安装顺序为杆件施工顺序为由两边向中间。如图4 所示，每榀主桁架安装顺序依照①-②-③-④，次桁架紧随主桁架安装，第一时间形成空间稳定结构。整体桁架安装顺序依照由西向东方向依次安装。桁架安装施工流程：支撑柱预埋件埋设→支撑柱安装→2-9、2-10 轴线主桁架安装→2-9、2-10 轴线间次桁架安装，2-11轴线主桁架安装→2-10、2-11 轴线间次桁架安装，2-12 轴线主桁架安装→2-11、2-12 轴线间次桁架安装，2-13 轴线主桁架安装→2-12、2-13轴线间次桁架安装→屋顶结构安装完毕，拆除支撑结构。

图4 桁架安装顺序

3.5 临时支撑卸载

桁架卸载的过程实际上是结构由支承体系转变为自承力体系的过程。因此，卸载工作关系到结构的整体质量和施工安全，十分重要。通过数值模拟对卸载方案进行比较与优化，结合施工场地的实际条件和结构特点，确定卸载方案，在卸载工程中，要遵循“以计算分析为依据、以结构安全为宗旨、以变形协调为核心、以实时监控为手段”的原则。

羽毛球馆桁架整体重205.92t，单点承载力最大约8t，面积约4 000m2，点位45 个，卸载顺序由跨中至边缘结构柱依次卸载。卸载采用切割支撑柱顶部圆管方式，圆管切割前应采用10t 千斤顶在相应位置顶紧，圆管切割后再通过千斤顶卸荷。卸载完成后先通过全站仪观测桁架卸载后结构是否正常，无异常情况方可继续卸载后续部位。卸载后总卸载位移量不得超过相应位置起拱值。

支撑柱拆除先决条件：支撑柱拆除前，主次桁架间连梁不得安装，为支撑柱拆除留够空间。桁架卸载后临时支撑留置不小于24h，观测桁架挠度稳定后再行拆除临时支撑。

卸载时通过全站仪监测桁架挠度的变化情况，羽毛球馆卸载时选取主桁架进行检测，相应位置卸载位移总量不得超过起拱值。桁架卸载时用2 台经纬仪安置在临时支撑两个垂直方向随时观测，当垂直度偏差变化较大时，立即停止卸载，采取缆风绳等措施，对临时支撑进行固定牢固后，方可继续卸载。

3.6 卸载监测

1）桁架挠度监测卸载时通过全站仪监测桁架挠度的变化情况，监测点设置在主桁架下弦，图5 中A、B、C 位置。羽毛球馆卸载时选取主桁架进行检测，相应位置卸载位移总量不得超过起拱值。

图5 桁架监测点位置

2）临时支撑垂直度监测桁架卸载时用两台经纬仪安置在临时支撑两个垂直方向随时观测，当垂直度偏差变化较大时，立即停止卸载，采取缆风绳等措施，对临时支撑进行固定牢固后，方可继续卸载。

3）监测条件为满足监测成果的精度要求，必须在外界条件许可的情况下进行测量工作：①雨、雪天及暴晒天气时不应进行监测工作；②风力大于4 级应停止监测工作；③恶劣气候下不宜进行监测工作。

4）监测时间应尽量选择温度变化小的时机进行测量，力求将温度、日照对施工控制的影响降低到最低程度。

5）监测记录应保存施工期间所有监测点的监测数据记录，并进行必要的数据处理，同时在检测过程中必须由监理旁站，要求在监测日之后三日内形成监测数据报告。

3.7 质量要求

验收依据为以下标准：GB/T11345-2013《焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定》、GB50755-2012《钢结构工程施工规范》、GB50205-2020《钢结构工程施工质量验收规范》、GB50661-2011《钢结构焊接规范》、GB50300-2013《建筑工程施工质量验收统一标准》。

3.7.1 检查与验收项目、部位

1）构件进场验收构件进场时根据设计图纸、施工深化图纸对构件的尺寸、截面高度、截面宽度、防腐油漆外观质量进行验收。另除构件实体验收外，还需对进场构件的技术资料、质量资料、加工资料等进行验收，主要资料有：材料复试报告、焊缝检测报告、加工资料、合格证、检验批验收资料等。

2）临时设施及支撑系统验收合格证、使用说明书、规格尺寸、固定措施、螺栓连接、揽风绳的拉设等。

3）单榀桁架验收杆件轴线交点偏移、对接接口错位、结构尺寸、桁架起拱拱度、焊接质量验收。

4）整体桁架验收整体结构尺寸、跨中垂直度验收。

5）卸载后整体桁架验收整体结构尺寸、跨中垂直度验收、侧向弯曲矢高、桁架挠度验收。

3.7.2 验收相关要求

1）箱型构件进场验收箱型截面高度h允许偏差±2mm、箱型截面宽度b允许偏差±2mm、箱型截面垂直度允许偏差b/200，且≯3mm、尺寸允许偏差±3mm。

2）H 型钢构件进场验收尺寸允许偏差±3mm。

3）单榀桁架验收杆件轴线交点偏移≤4.0mm、接口错位允许偏差±2.0mm、结构尺寸允许偏差+5.0mm～-10.0mm、拱度允许偏差±L/5000。

4）焊接质量验收 100%探伤。

5）卸载前整体桁架验收跨中垂直度允许偏差±10.0mm、结构尺寸荀彧偏差+5.0mm～-10.0mm。