浅谈沙县体育公园ぁ叭馆”钢结构桁架屋盖施工技术

芮秀明 张秉文 周春芳

【摘要】本文讲述了福建沙县体育公园体育馆、游泳馆、训练馆三个场馆钢结构桁架屋盖结构的施工共性；双曲三角桁架的制作、拼装及吊装成为施工的重点和难点，单榀桁架跨度大、超长、超重且受到现场施工环境和条件的限制，吊装必须采用大吨位QUY350塔式工况350吨履带吊车加以100吨汽车吊辅助完成，吊装难度极大，技术措施极为复杂。

【关键词】双曲三角桁架；拼装；双机抬吊；安装焊接措施

1. 工程概况

沙县体育公园占地面积333亩，总投资4.1亿元，主要建有主体育馆、游泳馆、训练馆等体育场馆简称“三馆”（见图1）。其中，主体育馆和游泳馆分别容纳5000人和1176人。沙县体育公园建成后，将成为沙县展示城市魅力的一个标志性建筑。建成后，可承接国家级、省级单位举办的各类综合运动会、单项体育比赛、举办大型文艺演出、集会、展览、商贸服务等活动。

图1

图2屋盖桁架结构图

1.1三个馆结构基本类似，下方为混凝土结构形式为设置少量剪力墙的框架结构，屋盖采用钢管空间桁架结构体系，桁架节点采用钢管之间直接相贯的焊接节点。

1.2三馆屋盖呈不规则椭圆形，桁架投影长度均超过120m，单榀桁架跨度方向超出90m，现场施工存在很大难度。

1.3屋盖桁架主要为三角形界面桁架，部分为平面桁架，桁架双向交叉分布，四周通过环梁收边。

1.4现场施工场地十分狭小，给现场拼装和桁架吊装方案带来难度，跨度大、构件重，大型吊装机械作业是三馆的共性

2. 工程施工特点、关键技术及施工难点

2.1本工程钢结构特点主要可归纳为以下几点：

（1）本工程主体钢屋盖呈双曲面，且各点标高不一。

（2）主要构件超重（最重构件约为32吨）、超长（最长构件为93米）。

（3）主桁架跨度大（最大跨度为64米）、安装高度高（最高为24.2米），且悬挑长度长（最大约为15米）。

（4）节点管管相贯按中心线对称布置，现场拼装胎架数量多。

（5）因受场馆限制，大型履带吊装机械无法进入场内，吊装作业半径增大。

（6）桁架现场安装，本工程构件吊装非常复杂，尤其是主桁架的吊装，由于主桁架长度长、吊装分段重量重，吊装阶段桁架平面外刚度非常差，吊装极易产生变形，另外吊装高度最大达到24米多，且受现场条件的限制，吊装难度极大，吊装方案的优劣直接影响到工程质量、工期和安全。

3. 桁架现场拼装方案

现场桁架拼装采用卧拼的形式拼装，拼装分段根据吊装方案来分段 图3三角形桁架单榀示意图

3.1桁架拼装方法。

3.1.1主桁架拼装流程。

（1）第一步：安放拼装胎架拼装桁架弦杆，通过垫块调节好标高，用卡件固定杆件位置

（2）第二步：拼装腹杆，尺寸定位准确后点焊固定在上下弦杆上，复检合格后即可焊接

3.2现场拼装技术措施。

（1）按工厂内整体预拼装的顺序和要求进行拼装，先组装上下弦杆，用胎架定位块定位，必须保证定对中心线、水平度、以及端面垂直度，然后安装桁架的腹杆。

（2）待桁架弦杆调整固定完毕，从中心开始逐根安装腹杆，安装时应注意对称。

（3）组装中所有杆件应按施工图控制尺寸，各杆件的力线应汇交于节点中心，并完全处于自由状态，不允许有外力强制固定。

（4）组装构件控制基准、中心线应明确表示，并与平台基准线相一致。

（5）所有要进行组装的杆件，必须单件制作完毕，并经专职检验员检验合格后组装。

（6）在胎架上组装全过程中，一般不得对构件进行修正，切割或捶击等。

（7）较长桁架地面露天拼装时，应注意检测时间，以减少温度对测量的变化。

（8）分段开口处应设置临时支撑封闭，防止变形。

（9）焊接采用CO2气保护焊，减少焊接应力和变形；拼装前所有杆件、胎架及其配件必须经检验合格后才能使用。拼接在专用胎架上进行，上、下弦主杆应可进行上、下、左、右调节和固定。腹杆可在调整过程中逐步就位。调整时先用激光经纬仪辅以钢卷尺调整并固定平面投影坐标位置，然后用水准仪按坐标高低控制调整各控制节点的高差，然后用划线、定位模板确定节点位置，如此反复调整每个控制节点至准确后，再进行点焊固定或采用临时螺栓连接，待定位节点复核正确后即可正式施焊 。

4. 吊装设备配置及吊装方法

4.1主桁架使用QUY350塔式工况350吨履带吊车，吊装半径32米，主臂长42米，副臂长42米，起吊重量36.5吨。桁架整体重量及起吊重量35吨，因吊装半径未达到作业要求，故使用100吨汽车吊配合吊装，方可满足施工要求。三馆所有主桁架用SCC2000塔式工况200吨履带吊脱离胎架，次桁架使用200吨履带吊吊装。

（1）如图6所示，在场内布置一台100吨汽车吊，场外布置一台350吨履带吊，首先由履带吊单机将桁架吊起送入馆内部，然后汽车吊吊起桁架一端，转动吊臂，同时履带吊慢慢放松吊绳，两台吊机抬吊将桁架就位。双机抬吊过程如下所述。

图6

（2）第一步：350吨履带吊将桁架整榀吊起，向桁架安装位置靠近。同时在桁架上系上用于汽车吊起吊的吊绳。

图7

（3）第二步：汽车吊吊起桁架一端，履带吊一根吊绳上葫芦慢慢松开，桁架向安装位置移动。

图8

（4）第三步：汽车吊旋转吊臂，履带吊一边旋转吊臂一边放松吊绳上的葫芦，桁架向安装位置移动。两台吊机协同作业将桁架吊装就位。

4.2次桁架吊装方法。

次桁架以每两榀主桁架之间的部分为一个吊装单元，每个吊装单元重约3.1吨，采用履带吊跨外吊装。由于重量较轻，200吨履带吊可以直接吊装就位。

5. 屋盖桁架安装技术措施

5.1桁架对接拼装。

桁架吊装到位，在胎架上对接拼接时，先对接上下弦杆，再安装腹杆。上下弦杆对接时先采用连接耳板临时固定，然后焊接，连接耳板固定如图9所示。

图9

5.2钢构件吊装措施。

（1）由于部分吊装单元的长度较大，故在布置吊点时，在满足分段的强度和刚度的范围内，尽量将增大吊索与吊装构件夹角，以减小吊装过程中构件所承受的压力。而且吊钩应尽可能通过吊装单元重心位置，以防止起吊时桁架发生偏转、方便构件就位。根据我公司以往大型工程施工经验，部分平面桁架分段采用四吊点起吊方式。吊索与水平面的角度控制在45～60度。分段吊装示意图如图10。

图10桁架分段四点吊装示意图

（2）吊装时，在吊装单元设置可拆卸活动吊耳。这样设置吊耳的方式不仅能够减少构件加工过程中的工作量和材料用量，而且在吊装结束后无需割除，从而能够减少工序加快施工进度。而且该方法可以避免钢丝绳捆扎方法起吊所带来的可能破坏涂装层的缺点（见图11）。

图11

图12钢管上标识

图13连接节点构件上标识

5.3钢管拼装组对焊接措施。

钢管桁架的组装连接包括钢管与钢管的对接连接，钢管相贯面直接焊接连接。

5.3.1管节点构件连接拼装方案。

桁架弦管与腹杆连接为相贯面连接，所以在连接前需要确定出其连接的准确位置并在其上标识出；具体做法按照如下步骤：

（1）各连接构件与主钢管相贯时其轴线相交，所以在主管上均参照同一个平面为基准面。

（2）支管相贯接头的两端，用样冲在0°、90°、180°、270°的位置作标志（钢管上标识见图12，连接节点构件上标识见图13）。

（3）主管用洋冲在0°、90°、180°和270°的方向作好标志，按照各支管的轴线距离，在主管的外管壁上，位于主管和支管的轴线相交点的垂直面处，作出标志（见图14）。

图14

（4）在主管的外管壁上，作出支管的角度位置。

（5）装配时先按照主管图纸尺寸、位置组装，并点固好主管，支管0°至180°轴线应与主管上的支管位置点在同一直在线。

5.3.2管节点连接焊接工艺。

（1）当相贯圆钢管轴线夹角≤75°时，相贯焊缝可划分为A、B、C三个区；如图15示。

图15

（2）其中趾部区A区域及两侧区B区的钢管相贯焊缝采用全熔透坡口焊缝，焊缝质量等级要求达到规范要求二级，节点的C区的相贯焊缝当二面角为<60°时为部分熔透坡口焊缝，焊缝质量等级为三级，当二面角≥60°时要求同A、B区。当相贯圆钢管轴线夹角>75°时，全周焊缝采用全熔透坡口焊缝，质量等级为二级。

6. 结束语

通过沙县“三馆”桁架屋盖施工的顺利完工，有力证明了该施工技术方案实用性和可靠性，在保证该工程施工质量、安全和进度情况下，在受场地限制的复杂条件下合理完成施工，得到业主和监理的极大好评，取得了良好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]周观根.方敏勇：大跨度空间钢结构施工技术研究.施工技术，2006，No12，Vo135.

[2]《钢结构工程施工规范》GB50755-2012，中国建筑工业出版社，2012.

[3]杨皓东.72m大跨管桁架结构的施工技术 ，安徽建筑，2012.5.

[文章编号]1619-2737（2013）05-16-664

[作者简介] 芮秀明（1984-），男，籍贯：安徽巢湖人，职称：工程师，工作单位：安徽富煌钢构股份有限公司，毕业于巢湖建工学院。