大跨度钢桁架分段吊装施工技术

郑海波 梁琪

站房与四电

大跨度钢桁架分段吊装施工技术

郑海波 梁琪

摘 要：兰州西站外立面屋盖采用正交空间管桁架钢结构，该工程钢结构跨度大，对杆件加工精度和高空各组件拼装精确定位要求高，低温条件下对桁架焊接质量要求高。采用大跨度“几”字形屋面钢桁架散拼高空安装施工工法，解决了大跨度钢桁架高空拼装作业的问题，现场屋盖钢结构施工的进度和质量均达到预期目标。

关键词：兰州西站；大跨度钢桁架；分段吊装；高空拼接

1 工程概况

兰州西站是宝兰客运专线的终点，兰新高速铁路的起点。其外立面屋盖采用正交空间管桁架钢结构，顺轨方向的主要跨距为27m、66m、27m，垂直轨道方向的跨距基本以20～32m跨为主。主结构结合建筑表皮沿“几”字形布置主桁架，“几”字中间部分凸起近10m，凸起部分跨度最大为66m，桁架与钢管柱连接采用跨度2m、高度3m的倒置三管桁架。

2 施工要点

该工程钢结构跨度大，对杆件加工精度和高空各组件拼装精确定位要求高，低温条件下对桁架焊接质量要求高。

2.1 杆件加工与空间定位

在低温条件下焊接时，采用电加热、火焰加热器等方法进行构件预热，焊接完成采用后热消氢处理以保证焊接区温度平稳冷却，减小不均匀应力的产生，保证施工质量。

施工中利用BIM技术，建立站房钢桁架三维空间模型，模拟钢桁架空间体系排布，从而确定每根杆件空间定位、加工尺寸及各杆件连接处切口形式，依据三维模型中杆件数据进行加工、分段拼装，保证精确加工及定位尺寸。

2.2 桁架拼装屋盖钢结构主桁架主要由主桁架、联系桁架、封边桁架、次桁架、腰桁架、吊挂桁架及联系钢梁等组成，钢结构拼装主要内容为站房屋盖桁架地面拼装，桁架采用分段吊装，桁架的拼装均考虑桁架上弦杆分为12m一段的分块，剩余屋盖桁架杆件由散件运输至施工现场，在施工现场进行拼装完成。

2.3 桁架吊装

第一步：使用全站仪将待拼装的桁架轴线放样至地面上，按照轴线位置布设拼装胎架（见图1）。

图1 桁架吊装第一步示意图

第二步：25t汽车吊拼装吊装主桁架上、下弦杆（见图2）。

第三步：25t汽车吊拼装吊装主桁架上、下弦杆间腹杆（见图3）。

第四步：主桁架拼装完成后进行终测、复核（见图4）。

图2 桁架吊装第二步示意图

图3 桁架吊装第三步示意图

图4 桁架吊装第四步示意图

2.4 桁架焊接与焊缝处理

2.4.1 桁架分段间的定位焊

（1）桁架分段吊装就位、找正、调整后，首先由辅助工人在各分段接口处坡口背部沿坡边向外采用粗砂布或角向磨光机去除锈蚀和污物，在焊缝区域较大范围去除污物、锈皮、附着物，然后由持证焊工进行定位点焊。

（2）采用手工电弧焊时，选用φ3．2mm电焊条，Q345B钢选用焊材为：E5015，直流反接，焊接电流≈120A。

（3）用于工程主次管连接处的衬板在接头施焊全过程中可以存储较多热量，所以对接头的缓冷具有重要作用。因此，对衬板不仅要求材质与母材完全相同，还需满足宽度不小于40mm、厚度不小于8～10mm。

（4）对于厚钢板，定位焊前要按规范加热，可减少定位焊处出现气孔、未熔合、焊道凹凸、裂纹等缺陷。此处的定位焊应采取大面积除湿，其加热温度不低于正式施焊温度，且定位焊完成后迅速采用石棉布进行保温等措施。

（5）用于定位的焊机为直流弧焊机，采用手工电弧焊方式。电弧极性：阳级；电流值：≈120A；焊条直径：3．2mm；焊材型号与母材相匹配。

（6）根据《焊接技术规程》3．7．1．3．2节焊接工艺进行预热，焊接过程中保持焊接参数和层间温度，焊后进行后热与保温（适用于寒冷天气）。

2.4.2 焊缝清理及处理

（1）多层和多道焊时，在焊接过程中严格清除焊道或焊层间的焊渣、夹渣、氧化物等，可采用砂轮、凿子及钢丝刷等工具进行清理。

（2）从接头两侧进行焊接完全焊透的对接焊缝时，在反面开始焊接之前，采用适当方法（如碳刨、凿子等）清理根部至正面完整焊缝金属为止，清理部分的深度不得大于该部分的宽度。

（3）每一焊道熔敷金属的深度或熔敷的最大宽度不超过焊道表面的宽度。

（4）同一焊缝连续施焊，一次完成。不能一次完成的焊缝，注意焊后的缓冷和重新焊接前的预热。

（5）加筋板、连接板的端部焊接采用不间断围角焊，引弧和熄弧点位置距端部大于100mm，弧坑填满。

（6）焊接过程中，尽可能采用平焊位置或船形位置进行焊接。

2.5 监测

为了在钢结构安装施工过程中对钢屋盖关键构件在施工过程中的沉降、位移和变形情况进行连续不间断监测，以便及时对支撑系统和重要杆件的位移、变形量及其设计参数的符合程度进行评估，必须对结构构件、节点、支撑的损伤进行监测，对结构的变形状态和整体震动进行实测，应设置沉降、位移和变形监测系统进行自检和动态控制，对钢屋盖施工过程进行系统监测。

（1）水准基点的设置。钢屋盖的沉降变形观测是根据钢屋盖附近的水准基点进行的，水准基点必须坚固稳定。为了对水准点进行相互校核，防止本身产生变化，沉降观测水准基点的数目应尽量不少于3个，以组成水准网。对水准基点每半年检测1次，以保证沉降观测成果的正确性。

（2）沉降观测点的布置。沉降观测点的布置应符合设计要求，设计未规定时，按下列原则设置：建筑物的四角、大转角处、沉降缝两侧、高低错台处；建筑物每隔1个轴线设1个观测点；变形明显而又有代表性的部位；稳固可靠、便于保存、不影响施工及建筑物的使用和美观。

2.6 卸载

站房屋盖的结构安装用临时托架拆除卸载时，为保证已完成安装的钢桁架整体的稳定性，以及减少因钢桁架卸载发生钢桁架自身沉降变形而造成对后续安装钢桁架精度的影响，现场采用方案为：完成4榀钢桁架形成相对稳固的体系时，方可拆除第1榀钢桁架其下的临时支撑托架，依次逐步吊装钢桁架，并延迟拆除临时支撑架。

3 结束语

采用大跨度“几”字形屋面钢桁架散拼高空安装施工工法，解决了大跨度钢桁架高空拼装作业的问题，现场屋盖钢结构施工的进度和质量均达到预期目标，并达到减少起重机械台班、节省工期、节约成本的目的。

郑海波：兰州铁路枢纽建设指挥部，高级工程师，甘肃兰州，730000

梁 琪：中铁航空港建设集团北京有限公司，工程师，北京，100070

责任编辑 卢敏

中图分类号：TU745

文献标识码：B

文章编号：1672-061X（2015）05-0052-03