大跨度钢结构施工技术及质量控制

陈 亮

(东莞市茶山镇城镇建设规划办公室，广东 东莞 523380)

·质量控制·

大跨度钢结构施工技术及质量控制

陈 亮

(东莞市茶山镇城镇建设规划办公室，广东 东莞 523380)

以东莞市茶山镇体育馆钢结构工程为例，系统介绍了大跨度空间钢桁架的施工总体思路，并对大跨度空间钢结构施工控制的技术要点及其质量保证措施进行了详细分析，可为类似工程提供借鉴和参考。

大跨度钢结构，安装，施工技术，质量控制

1 工程背景

东莞市茶山镇体育馆为多功能体育馆，位于茶山新商贸中心区，安泰路与沿江路交汇处，本工程总建筑面积约12 018.4 m2，主体为钢筋混凝土框架结构，钢结构部分建筑面积为6 033 m2，主体建筑高约24.06 m，最大跨度54.3 m。钢结构主体为管桁架结构，桁架分段处采用法轮盘螺栓节点连接，屋面围护檩条为方通。该体育馆屋面钢架造型为3个不同高度的斜面组成相交阶梯式造型，其中B区⑤轴、C区⑧轴的主钢桁架(包括中间的连接钢架)几何尺寸(长×宽×高)为60.7 m×2.0 m×4.410 m，重量约33 t，在本钢结构工程中跨度和重量均最大，主桁架圆管最大截面为φ351×14 mm，材质为Q345B。

2 施工过程控制

大跨度空间钢结构工程的现场施工是指钢构件在工厂加工、制作、运输到现场后，采用不同的施工工艺和施工方法将零散的钢构件组装成满足设计要求的、具有使用功能的空间结构过程。大跨度空间钢结构施工控制的关键技术问题主要有两个方面:第一，保证永久结构与临时支撑结构在施工过程中的安全与稳定；第二，保证结构在施工过程中的状态在可控范围，并最终达到设计要求的完整结构状态[1]。本工程的钢桁架其最长为60.7 m，重约33 t，因钢桁架跨度大，在现场进行拼装，吊装、安装难度比较大，拟采用两台500 t的汽车吊进行钢桁架的吊装，以及两台25 t汽车吊来配合安装。

1)钢桁架吊装与安装。

考虑吊装高度及吊装范围，③轴～⑩轴的钢桁架分三次吊装，并设置胎架作为临时支撑，拟采用两台500 t的汽车吊进行吊装；为考虑钢结构的稳定性，先吊装主钢桁架，然后吊装临近的主钢桁架，接着吊装两主钢桁架之间的次钢桁架，依此顺序吊装其他的钢桁架，以确保整个钢结构吊装的稳定性；主钢桁架跨度大，高度较高，故分三次吊装，靠近混凝土柱两侧的钢桁架采用单机吊，因中间段距离建筑外围太远，考虑吊装高度及吊装范围，需采用双机抬吊，抬吊过程中更需要两台吊机的充分配合。两台起重机的吊钩，都应该基本保持垂直状态。

根据吊机工况、运输长度、施工场地状况将主桁架分成3个施工区域，其中C区为第一施工区域，B区为第二施工区域，A区为第三施工区域；按第一施工区域→第二施工区域→第三施工区域的顺序施工。每个施工区域分段吊装和安装，对于第一施工区域应先吊装并固定好C-K/轴、有柱间支撑的CHJ-02，而后安装⑩轴的CHJ-01，然后吊装⑩轴和轴之间钢桁架，依此顺序，按轴→⑧轴的顺序吊装C区范围内其余钢桁架，⑧轴～轴的钢桁架随着C-K轴的钢桁架的安装而交替安装，最后安装檩条和屋面板；吊点必须设在屋架三汇交节点上。屋架起吊时离地50 cm时暂停，检查无误后再继续起吊。钢桁架就位后的垂直度控制及侧向稳定保证措施为：第一榀屋架就位后，在其两侧各设置两道缆风绳做临时固定，并用缆风绳来校正垂直度，以后的各榀屋架采用木方和钢丝绳临时固定和校正屋架。为消除屋架旁弯对垂直度的影响，可用挂线卡子在屋架下弦一侧外伸一段距离拉线，并在上弦用同样距离挂线锤检查。钢桁架的临时固定及侧向稳定措施如图1所示。钢桁架吊装就位后，应及时系牢支撑及系杆，在未能系牢前，应设置临时缆风绳以保证结构的稳定性，设置的临时缆风绳等支撑体系安装完毕才能拆除。

为保证优质、安全、高效完成吊装任务,把整个工程按单位工程划成吊装单元,严格按钢结构吊装流程图施工，如图2所示。

2)吊装验算。

为保证钢桁架在吊装过程中的安全与稳定，需进行吊装验算。

钢桁架吊装过程中，最长为L=60.7 m，分三段吊装，三段长度分别为22.8 m，15.1 m和22.8 m，其中22.8 m的钢桁架采用单机吊，受力如图3所示。长度为15.1 m的钢桁架(钢桁架中间部分)采用双机抬吊，受力如图4所示。钢桁架自身的均布荷载为q=5.44 kN/m，钢桁架整体截面面积A=444.66 cm2。

22.8 m钢桁架验算如下：

由弯矩图可知，22.8 m水平支撑梁的最大弯矩：Mmax=116.55 kN·m，I=2.107 8×10-4m4，W=2.402×10-3m3，因此，抗弯强度：σ=46.211 N/mm2，小于205.0 N/mm2,满足要求。剪力：τmax= 2.27 N/mm2<50 N/mm2，满足要求。简支段挠度：vmax=0.01 mm≤[v]=la/400=39.5 mm，符合要求。 悬臂段挠度：vmax= 3.27 mm≤[v]=la/400=9.5 mm,符合要求。

由弯矩图可知，15.1 m水平支撑梁的最大弯矩：Mmax=35.25 kN·m，I=2.107 8×10-4m4，W=2.402×10-3m3，因此，抗弯强度：σ=13.98 N/mm2，小于205.0 N/mm2,满足要求。剪力：τmax= 0.92 N/mm2<50 N/mm2，满足要求。简支段挠度：vmax=6.35 mm≤[v]=la/400=19.75 mm，符合要求。 悬臂段挠度：vmax=3.11 mm≤[v]=la/400=9.0 mm，符合要求。

3)临时支墩的安全计算。

本工程中采用的临时支墩均为胎架，胎架采用钢管、角钢和工字钢固定，由 4钢管及工字钢焊接而成，钢管水平间距4.0 m，步距2 m，每个节点设置一个限位板，并以空间三角形桁架加强稳定。为保证钢架安装施工中临时支墩具有足够强度、刚度和稳定性，确保施工安全，以受力方面最不利的最重钢架，进行受力验算分析，临时支墩的结构设计采用容许应力法。钢材均采用Q235b，[σ]=140 MPa，[τ]=80 MPa。施工荷载及偏载系数采用1.4。

最重钢桁架总重为63 t，考虑两端混凝土柱和2个胎架分担荷载，每个胎架承受的荷载约为20 t。横梁为工字钢截面，I=46 470 cm4，W=1 860 cm3，E=206 000 mm2，自重q=936 N/m，荷载q=140 kN，设计强度σ=215 N/mm2，计算简图如图5所示。钢管立柱h=2 m，A=0.007 3 m2，i=0.102 9 cm；长细比λ=14.35，ψ=0.983，胎架h=18 m，A=0.029 2 m2，i=1.254 3 m胎架自重为7.3 t，胎架轴力273 kN，安全系数取1.4。

经计算可得:最大弯矩:Mmax=140.76 kN·m。

最大挠度:vmax=7.34 mm≤[v]=10.00 mm，满足要求。

立柱桩轴力:Nmax=70.76 kN，应力：σ=9.861 MPa<[σ]=205 MPa，满足要求。

胎架的稳定承载力:σ=13.21 MPa<[σ]=205 MPa，满足要求。

临时支墩要安全使用，钢管立柱地基承载力也必须满足要求，本临时支墩底部垫尺寸为4 500 mm×4 500 mm的钢板，然后钢板与首层板用螺栓栓紧。当临时支墩落在楼板上时，直接采用预制的钢板顶住楼板底部，然后与胎架底板的钢板用螺栓栓紧，保证其稳定性。为了防止楼板的承载力不够，在楼板以下的楼层应层层采用扣件式立杆回顶，立杆步距1.5 m，横距0.8 m，纵距0.8 m。上部结构传至基础顶面的轴向力设计值N=382.2 kN，基础底面面积A=20.25 m2，因此，立杆基础底面的平均压力p=18.87 kN/m2，由于首层板采用C30钢筋混凝土梁板，地基承载力的计算满足要求。

4)钢桁架整体拼接。

对于有柱间支撑的钢桁架吊装，应对钢桁架进行分段吊装，分段长度为两柱之间的距离，待两段钢桁架吊装完成后，在两端钢桁架交接处进行拼接，拼接完成后松开吊钩，卸去荷载后方可进行下一段钢桁架的吊装。对于跨度较大的钢桁架吊装，钢桁架吊装前应先安装并固定好临时支墩(即胎架)，胎架顶端应平铺木方，木方与胎架顶端的工字钢绑扎固定，钢桁架的吊装分成三段，第一段桁架吊装并分别放置在混凝土柱和胎架上并用短木方和钢丝绳临时固定桁架，稳定后再吊装钢桁架第二段并放置在胎架上，吊装完成后在钢桁架交接处进行拼接，同理完成第三段桁架的吊装，然后安装该榀钢桁架与上一榀钢桁架之间的钢桁架，依此顺序，待整个架体安装稳定后，用千斤顶把钢桁架顶起，然后同步移除钢桁架下方胎架的木方，从而卸走胎架的荷载，移走胎架。

构件安装采用焊接或螺栓连接的节点，安装定位焊缝不需承受荷载时，焊缝厚度不少于设计焊缝厚度的2/3，且不大于8 mm，焊缝长度不宜小于25 mm，位置应在焊道内。

3 质量控制

1)施工准备过程的质量控制。

在施工准备过程中，需优化施工方案和合理安排施工程序，做好每道工序的质量标准和施工技术交底工作，搞好图纸审查和技术培训工作；严格控制进场原材的质量；合理配备施工机械；采用质量预控法，把质量管理的事后检查转变为事前控制工序及因素，达到“预控为主”的目标。

2)施工过程中的质量保证措施。

由于本工程钢结构施工难度大、质量要求高，必须加强质量管理的领导工作，严格执行规范、标准，按设计要求进行控制施工，把施工质量放在首位，精心管理，精心施工，保证质量目标的实现，编写本工程钢结构施工的关键工序作业指导书，严格按作业指导书进行交底和施工操作，做到施工有序控制和监控检查，使施工过程的每一道工序，每一个部位都处于受控状态，保证工程的整体质量水平。

4 结语

大跨度钢结构专业性较强，较之一般建筑结构具有工程量大、施工要求高等特点，本工程通过精心组织施工方案,成功地解决了钢桁架吊装与安装、临时支墩设计以及大面积钢结构支撑胎架同步卸载等难题,保证了工程施工质量，可为类似工程提供借鉴和参考。

[1] 马鹏辉.大跨度及空间钢结构施工控制技术分析[J].科技传播，2012(2)：96-97.

The construction technology and quality control of large span steel structure

Chen Liang

(DongguanChashanTownUrbanConstructionandPlanningOffice,Dongguan523380,China)

Taking the Dongguan Chashan Town Stadium steel structure project as an example, this paper system introduced the construction overall thought of long span steel truss, and analyzed in detail the technology key points and quality guarantee measures of large span spatial steel structure construction control, could provide reference for similar engineering.

large span steel structure, installation, construction technology, quality control

2015-01-19

陈 亮(1983- )，男，硕士，工程师

1009-6825(2015)09-0213-03

TU758.16

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