大跨度管桁架施工技术

刘陈勇

（中国五冶集团有限公司 四川成都 610000）

1 工程概况

本工程为资阳市全民健身活动中心建设项目风雨球场，平面为正方形，结构长95m×65.2m，建筑面积7600m2，共分为三部分，左右两侧为球馆，中间为钢筋混凝土配套用房。左右两侧球馆关于配套房镜像对称，因此本文以单个球馆作介绍，结构体系为钢结构，采用箱形钢柱+钢桁架屋盖，屋盖整体采用交叉桁架的结构体系。单个球馆平面尺寸39.6m×65.2m，主桁架跨度39m，其中主桁架立面为微弧型，矢高为2m，截面采用倒三角形式，上弦杆采用φ194×5钢管，下弦杆采用φ245×7钢管，腹杆φ80、φ114等钢管，桁架弦杆、腹杆之间节点均采用相贯连接。次桁架采用三向或平面形式，主次桁架间连接节点也采用相贯连接。单个球馆钢桁架屋盖包含7榀主桁架和2根弧形钢梁以及42榀次桁架，单榀主桁架重量6.48t。

图1 风雨球场结构平面布置图

图2 风雨球场结构立面布置图

图3 单侧球馆桁架轴测图

2 安装过程中的重难点分析

（1）本工程主桁架、次桁架各杆件、主次桁架连接节点均为管材相贯焊缝节点，杆件下料长度、相贯口的切割的精度要求高，焊接易变形，同时主桁架弦杆均为弧形，在加工过程中很容易出现圆管弯曲不到位或出现折痕的现象。

（2）主桁架为倒三角桁架，且立面带有一定弧形，受其三维性的影响，直接空间定位难度大，在制作上需要搭设拼装胎架，施工精度要求高。

（3）由于主桁架长度过长，为解决构运输问题同时又能减少现场拼装焊接量，需要将单榀主桁架分解成3段，然后在现场重新拼装，构件运输过程中造成变形，以及二次拼装胎架、拼装精确度、焊接变形等都会对安装造成影响。

（4）本工程单榀主桁架长度较长，同时为方便拼装，构件均堆放于场馆内，场馆外一侧配套用房已经形成，造成吊车的站位较为困难，对吊装方法的选择及吊装工艺的要求非常高。

（5）由于桁架本身的特性，吊装过程中水平刚度小，易变形，吊装作业安全风险大，同时构件就位后的垂直度对次桁架的安装影响大。

针对以上重难点技术问题，我们主要从构件的下料、拼装、焊接变形的控制、吊装方法的选择、现场预拼装、及吊装阶段质量控制等几个方面进行探讨和分析。

3 施工方案的选择

综合考虑加工、运输、吊装等上因素，在保证构件运输的情况下，最大程度的减小现场拼装、焊接工作量，现场吊装方便的情况下，决定将单榀桁架分成三段，加工厂在胎架上分段进行拼装，分段制作完成后要进行预拼装，减小现场整体拼装的误差。分段构件完成后进行编号，再运输至现场进行整体拼装，焊接完成后进行整体吊装。此方案无论在制作、运输、吊装、变形等方面都能够有效的控制，因此本工程采用的此种方案。

4 构件的加工制作

加工厂根据设计图纸进行深化设计，同时根据施工现场吊装、工厂制作及运输的要求来进行构件的分段处理，深化完成后请设计及相关单位人员审核确认。杆件的材料放样、下料切割等均按照图纸和规范进行，主要保证杆件尺寸的精度，这里不再作阐述。杆件加工的关键在于：

4.1 弦杆的弯弧

首先通过建立三维模型进行深化，按照深化图纸进行弯弧，可通过相应的弯管设备或放样火焰煨弧，本工程通过在地面放样制作相应的模具进行火焰煨弧，为保证杆件弧度的圆滑性，弯弧过程中应选择尽可能多的煨弧点位，避免出现死弯现象。另外在弯弧完成后需要进行检验，一般通过杆件两端点拉线测弦高的方法进行，检验方便、快捷。

4.2 相贯线的切割

在本工程中，多管相贯的节点很多且形式较复杂，在制作过程中，杆件管口相贯线的切割、杆件的长度、焊接收缩等因素直接影响到桁架的加工质量，因此，相贯口的切割精度需要保证。

对于相贯线切割，我公司具有专业的相贯线切割设备和技术人员。首先，编程人员需要根据图纸用CAD软件建立三维模型，在建模过程中必须保证模型的准确性，然后再通过相应的软件进行编程，导入到数控相贯线切割软件中，电脑将根据程序对杆件进行自动切割，因此，在建模和编程过程中必须做到准确无误，才能确保杆件的切口、坡口角度要求，以满足相贯线接头要求。

4.3 桁架的拼装

为保证曲面桁架的制作、安装精度，每一段需要制作拼装胎架，由于本工程桁架的上、下弦矢高变化大，空间变化复杂，弦杆和腹杆的相贯接口多，为保证桁架的制作精度，采用侧放位置的空间三维胎架来进行桁架的拼装。拼装胎具图及拼装示意图4如下。

架拼装时，利用水准仪对各点标高尺寸进行测量，利用铅锤将各方面的尺寸投影到平台上，使用全站仪在一个平面上进行测量，以此控制桁架的三维空间尺寸。腹杆安装时，由于所有腹杆之间存在空间角度，为方便拼装工作采取在上、下弦杆之间弹出中心线，确保腹杆位置的准确。桁架拼装完成后，利用全站仪、铅锤、卷尺等对各点尺寸进行检验，合格方方可进行焊接。

图4 腹杆拼装示意图

桁架的拼装过程中需要注意以下几点：

（1）在拼装过程中，由于焊接收缩的影响，需要对杆件下料的长度留有余量，同时在胎架上拼装时，需要预留一定的预拱度防止下挠。并且由于杆件数量较多，在下料时应严格做好标记。在拼装焊接完成后也应做好相应的编号和方向标记。

（2）由于上、下弦杆均为弧形，因此在拼装时应结合胎架增设临时支撑。

（3）拼装时要求精确控制各种尺寸，包括节点之间的距离、坡口间隙等，采用钢管接头部位焊接定位耳板来定位。

4.4 桁架的焊接

构件的焊接严格按照图纸和规范进行，尤其是多管相贯的节点，更应该注意焊接方法和顺序。焊接过程中应注意以下几点：

（1）焊接时尽可能在地面拼装胎架上进行焊接，减小高空焊接量，同时确保焊接质量，同时应采取措施减小焊接应力。

（2）钢管之间的对接焊缝，采取内加衬管坡口对接，以保证焊缝熔透。

（3）严格控制焊接顺序，安排合理的焊接顺序可以减小焊后变形、应力集中等。对于桁架弦杆的焊接，根据拼装顺序从中间向两边焊接，对于桁架的腹杆，采取交错焊接的方法。

5 桁架的吊装

5.1 吊装方法和设备的选择

通过对钢结构构件的重量、外形尺寸及安装标高等因素的综合考虑，最终确定现场将3段桁架进行拼装成整榀桁架，采用整体吊装的方式进行吊装。由于本工程桁架杆件规格并不大，单榀主桁架重量仅6.48t，因此拟采用2台25t的汽车吊进行吊装。

5.2 现场整体拼装

将每榀桁架分段的构件按编号分别排列于场馆内，做好场地硬化措施，搭设桁架整体拼装胎架，胎架的搭设按加工厂胎架简化进行搭设，在检查合格的拼装胎架上，利用吊车将3段分段构件按相应的编号、位置放置于拼装胎架上。根据深化图纸，调整整榀桁架的各项尺寸、预拱度，平整度，最后进行整体测量校正，合格后进行焊接。焊接完成后再进行测量，检查是否因为焊接或其他引起桁架变形，检查合格后方可进行吊装。

5.3 吊装整体流程

考虑施工场地的影响及吊装的便利性，左右球馆的主次桁架依次从一端向另一端进行安装。整个风雨球场1～6轴和10～15轴两区域完成对称，对1～6轴钢桁架安装进行阐述，10～15轴完全一样。

图5 开始安装第一榀主桁架

图6 依次安装次桁架

图7 依次安装主、次桁架

5.4 吊装过程中的控制点

5.4.1 吊点的选择

主桁架选择2台25t汽车吊在桁架两侧抬吊，为了不改变桁架的受力状态，确保吊装过程中的受力形式和使用过程中一致，吊点设置在桁架原支座位置。

5.4.2 双机抬吊过程中的同步控制

该桁架在吊装过程中采用了双机抬吊，同时使得吊装过程中更加稳定，安全也更有保障。由于桁架构件较长，双机抬吊必须解决两台吊机同步性的问题，为了更好的完成吊装，在技术和安全两个方面对双机抬吊均采取了保证措施。吊装前项目部技术负责人编制了详细的吊装方案，并经过专家进行论证。同时在吊装过程中，对吊车司机、信号工、起重工及其他辅助人员进行详细的技术交底和安全交底，明确桁架的重量以及吊装运行的路线。吊装前对各项吊装设备机具进行检查，如钢丝绳等，计算钢绳是否能满足吊装需要。抬吊作业中吊车的司机具严格服从信号员的指挥。

5.4.3 桁架垂直度控制和监测

桁架的垂直度对结构的影响极大，尤其是主桁架的安装如果无法达到垂直度要求，将会影响后期所有次桁架及其他构件的安装。每榀桁架吊装就位后马上用经纬仪等仪器对桁架的垂直度进行检验，如发现不满足要求立即进行校正。同时安装完成后，对构件平面位置、标高进行监测，是否存在下挠、偏移位置等现象。

6 结束语

大跨度管桁架的吊装方法有多种，针对本工程的特点及周边环境、桁架的形式上选择合适的吊装方法。按以上工艺施工，从构件制作源头抓起，通过控制构件制作、预拼装、验收、运输、现场拼装及安装等工序，能够保证大跨度桁架结构的安装精度和质量。结合现场实际条件，通过科学合理的管理，恰当的施工方案，严密可靠的技术，以及细致的布置和安排，使得该工程桁架施工在顺利完成的同时，为公司取得了可观的经济和社会效益，也为以后类似工程积累宝贵的施工经验。