椭圆形转角敷设桥架施工

卫 芷

1 工程概况

本工程总建筑面积为898 965 m2;建筑高度55.64 m;地上5层;总坐席数57 589席;建筑类别为甲级大型体育建筑;主体育场整个轮廓呈不规则椭圆形。结构五层各环廊，钢结构顶棚内、外环马道均设有桥架，数量巨大，且很多区域均无吊顶，施工质量、进度及整体美观效果要求非常高。

2 找出问题

2.1 问题的提出

由于体育场为不规则椭圆形轮廓，而且本工程质量要求高，不能只单独考虑使用功能，还必须考虑美观的要求。所以，我们的桥架不能按图纸直线敷设，而必须按照不规则椭圆形轮廓进行多折线敷设，折线部均为经向轴线与纬向轴线的交点，即为桥架需转角处。

主体育场结构五层各环廊，钢结构顶棚内、外环马道均设有桥架，工期紧，数量巨大，还必须考虑观感质量。

2.2 问题分析

1)各种类型桥架规格及数量的分析。

我们根据设计图纸对体育场内各桥架的功用、规格、数量做了详细的统计。统计可知:由于体育场为大型公用建筑，各种功能要求多，致使各功用桥架种类多，相应的规格非常多，桥架数量极大。

2)桥架转角数量的分析。

根据结构施工图纸和现场实地观察发现，体育场结构转角处均在经向轴线和纬向轴线的交点处，我们将各回路桥架也在此处进行转角处理的数量进行了分层统计。由统计结果可以看出，桥架需转角处理的数量巨大。若转角处处理不当，将严重影响施工进度和质量。

3)桥架转角处理难度分析。

直线段桥架敷设时，可以预先将2段～3段桥架(每段桥架标准长度为2 m)在地面进行组装，将需要敷设的总长度桥架分别组装好后，分别整体吊装到桥架支架上进行连接，敷设速度快，难度低。而在椭圆形结构内进行桥架敷设时，在转角处需做特殊处理，无法进行前期预拼装，敷设速度慢，施工难度大。

4)整体美观效果分析。

本工程质量目标为“确保汾水杯，争创鲁班奖”，若施工质量及整体美观不符合要求将大大影响工程的评优。桥架在体育场1层～5层混凝土结构和钢结构内、外环马道上均有桥架的敷设，而且，很多桥架敷设区域内，均无吊顶，若桥架未按弧形结构敷设，施工质量差，会大大降低整体的美观效果。

3 最佳施工方案选择

3.1 施工方案的提出

表1 价值工程法

结合上述分析:体育场结构外形虽然为不规则椭圆形，但是，它由多条折直线组成，只要将各转角处的桥架处理好，即可满足需要。由于桥架转角处数量巨大，施工难度高，对于施工质量至关重要。

依据现场实际情况，讨论出研制桥架转角部件的各种思路，初拟出以下四种方案:

方案一:运用裁剪法进行转角的角度处理;

方案二:运用补角法进行转角的角度处理;

方案三:将转角部位设计为整体转角桥架;

方案四:可调节角度的转角桥架直接片研制。

3.2 方案比选论证

综上所述四种方案，从整体美观效果、易操作性、可靠及准确性、节能环保、安装速度五个方面进行了对比，并综合打分。根据价值工程理论:价值V=功能F/成本C，计算出得分最高的就是最优方案，总结见表1。

评分规则:满分10分，最低分0分，评分结果见表2。

分析结论:经过综合评估，选定最佳方案为方案四，可调节角度的转角桥架直接片研制。

3.3 方案优化

为了有效达成目标，小组针对方案四进行了进一步的优化，得出最佳实现方案如图1所示。

表2 方案功能综合评分F

图1 最佳实现方案图

4 方案实施

1)内侧直接片虽然角度改变，但是螺栓孔距并未改变，因此内侧直接片长度与普通直接片长度相同，此处内衬板采用标准产品即可满足需要。

外侧直接片由于两节直线段桥架在转角处拼接后，形成的夹角，其螺栓孔距需重新计算测定。

根据四边形内角和为360°，相邻直线段桥架角度为90°，则可计算出:

外侧直接片螺栓孔距宽度:

其中，lw为外侧直接片两侧螺栓孔距1/2宽度(计算结果取整);ly为标准直接片的宽度，200 mm;lq为桥架宽度;Lw为外侧直接片总长度;A为内侧夹角;B为外侧夹角，用CAD软件，在图中进行测量标注，并在现场抽检复核。

为了能够批量生产，也为了施工方便，所有外侧直接片的长度Lw经测算均设定为234 mm。

2)外侧直接片单个的螺栓孔距，虽然为20 mm的长孔，但依然在调节角度时，受到螺栓孔距调节范围小的制约，经过分析，决定将外侧连接片的单独螺栓孔，依照对折线两端，分别用冲孔机床，将每单侧三个螺栓孔冲成长孔，且其长度比原三孔总长度大20 mm。此处的内衬板也相应作同样的处理，为使螺栓连接强度不受影响，在桥架与外侧直接片连接处加装螺栓长条垫片。

实施效果:依据测算得出的外侧直接片长度，生产出的样品满足使用要求。外侧直接片螺栓孔加工成长孔后，使安装更便捷。螺栓长条垫片把原直接片的长孔遮挡，且使桥架与直接片的连接强度不受影响。

3)由于外侧直接片是朝桥架外侧折角，将其L形底边中线处用机器冲压床取角，取角角度为60°。内侧直接片由于是朝桥架内侧折角，所以将直接片L形底边中线处切缝即可。

4)用直角压弯机床对直接片的竖向中线做预折处理，预折角度为160°～175°。

实施效果:外侧直接片取角处理使得直接片的弯折角度范围达到目标值120°～180°;内侧直接片切缝处理，使得其弯折角度范围更大。预折处理使直接片按照中线弯折好的轨迹进行调节，而不会有变形。

5)根据测算，得出空挡区域最宽处的长度，再根据实际需要对底部托板进行加宽处理。底部托板虽然不受力，但是为防止拖塌变形，我们选择1.5 mm厚的钢板，为统一加工，批量生产，所有规格的桥架，托板宽度均定为120 mm。桥架宽度超过500 mm时，托板有拖塌现象。经过研究，现场论证，决定宽度超过500 mm的桥架，底部托板装配完毕后，在桥架内侧底部，转角两端，分别均匀布置三个点，用手枪钻，钻出φ8圆孔，用桥架专用螺栓，将底部托板和两端桥架连接牢固。

6)根据托板厚度及宽度，对直接片底部进行凹槽设计，并由厂家加工的专用冲压模具进行凹槽冲压处理。

实施效果:做预装试验，托板封堵严密，无缝隙。由于凹槽设计合理，底部托板装配便捷，安装牢固，无缝隙。桥架宽度超过500 mm转角处的底部托板经过螺栓固定之后，连接牢固无拖塌现象。

7)由于直接片的高度比桥架低20 mm，便于桥架盖板的安装(注:桥架盖板为U形，立梆部分为10 mm)，这就使得夹角空挡处桥架盖板与外侧直接片上部留有10 mm宽的缝隙，影响观感。

8)经过测算和分析，让厂家利用加工桥架剩余的边角料加工成10 mm宽的长条，根据夹角宽度，并再加长20 mm，将其切断，用点焊机固定在直接片的中线顶端部位。

实施效果:桥架夹角立面封堵严密。

5 结语

通过本工程的施工，研制出适用于弧形结构桥架敷设的连接装置，开创了新的施工工艺，有效缩短了在弧形结构中桥架的敷设时间、降低了劳动强度、节约了资源，最主要的是使研制的连接部件做到了工厂化预制，实现了批量生产，为今后类似工程积累了丰富的经验。

[1]张瑞明.钢管桁架结构的设计与施工[J］.山西建筑，2010，36(11):160-161.