大跨度管桁架机库钢结构施工技术研究

杜浩

摘要：近年来，我国建筑行业的发展，使钢结构成为一种广泛应用的建筑形式，而钢结构管桁架更是在许多大型建筑中得以应用。本文以某机场中的机库为例，对大跨度管桁架机库的钢结构施工技术进行深入研究，以期能够提高钢结构施工技术的应用水平，使更多的大跨度空间能够采用钢结构施工技术。

Abstract： In recent years， the development of China's construction industry has made steel structures a widely used construction form， and steel pipe trusses have been used in many large buildings. This article takes a hangar in an airport as an example to conduct in-depth research on the steel structure construction technology of a long-span pipe truss hangar， with a view to improving the application level of steel structure construction technology and enabling more large-span spaces to use steel construction technology.

关键词：大跨度管桁架;机库;钢结构;施工技术

Key words： long-span pipe truss;hangar;steel structure;construction technology

中图分类号：TU391                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）06-0166-03

0  引言

在许多大型建筑中，其屋盖结构都采用了钢结构管桁架，因这种结构的伸缩能力出色，而且不需要投入较大的制造成本，这使其应用范围非常广泛，可使建筑安全性得到极大提升。钢结构管桁架属于一种非常独特的建筑结构体系，通过该建筑结构的应用，以此实现对大跨度空间的设计，能够使建筑变得更加美观，并降低施工成本，正是其在这些方面上的应用优势，使其在建筑行业中有着非常广阔的发展前景。

1  项目概况

某机场维修区中，其机库主体结构的钢结构桁架为四肢格构式落地桁架，该桁架通过边桁架、平面桁架、柱间支撑和屋面支撑来搭建一个大跨度空间。在机库中，可将桁架结构按照大厅与门头两个部分来进行划分，其中大厅部分的桁架空间跨度达到76.3m，而门头部分的桁架空间跨度则达到97m，整个机库的进深为100m，标高为23.6m，该桁架采用钢结构施工技术，并以Q345B钢管为结构材料。在机库的大跨度空间中，钢结构管桁架的截面规格是？覫89×4至？覫299×16，在门头部分的桁架中，其钢结构的焊接位置存在一些焊接球，其截面是WS400×16与WSR500×20，桁架弦杆跨中区域则应用铸钢节点。该机库的整个钢结构管桁架质量在1200t左右。

2  钢结构施工技术中的重难点

在对机库大跨架钢管桁架的钢结构施工中，需要明确其技术特点，并了解其施工重难点，在技术特点上主要有三点：其一，在机库大厅部分中，利用铸钢节点来实现对桁架跨中主弦杆的连接;其二，在机库的四肢格构式落地桁架中，其柱脚形式为杯口式;其三，整个桁架中采用的抗风柱、格构柱、门头橇架以及大厅桁架数量分别是7根、30根、2榀与11榀。在对机库四肢格构式落地桁架进行钢结构施工时，其重难点则主要体现在以下几个方面：首先，钢结构的施工任务繁多，并且施工面积较大，同时因其桁架标高为23.6m，因此在安装时需要进行高空作业。其次，钢结构施工所采用的各种构件种类众多，要想控制其施工质量会存在较大难度。再次，在钢结构施工中需要进行大量的拼装作业，具体包括6142根桁架杆、23个铸钢节点以及132个焊接球。此外，在爆接过程中除了要对球管进行焊接以外，还要对钢管与钢管进行贯通焊接，对铸钢节点进行焊接等，因此需要严格控制焊接工艺质量。最后，在进行地面拼装和吊装时，需要严格控制桁架的位移与变形问题，同时考虑到需要利用铸钢节点来对大厅桁架部分的跨中区域进行连接，因此在安装难度上是比较大的。

3  钢结构分段、拼装及其胎架

3.1 桁架的分段与拼装

在对机库大跨架钢管桁架进行拼装时，需要分别对边桁架、主桁架、环桁架、抗风柱以及次桁架进行拼装，而对于主桁架与边桁架来说，其结构都是四边形的，而对于环桁架、次桁架以及抗风柱来说，其都是平面桁架。具体拼装步骤如下：其一，需要对主桁架进行划分，使其被分解為桁架梁与桁架柱两个部分，然后通过三段来划分桁架柱，并将其在地面上拼装。而大厅桁架梁则需分解为2个半榀桁架，同样按照三段来进行划分，然后在地面拼装胎架上拼装各段桁架梁，待拼装完毕时在原来位置上对三段桁架进行组拼;其二，按照前后片来对门头部分的桁架梁进行划分，然后按照四段在地面上对前、后片桁架实施拼装，在此基础上对半榀前、后片桁架进行组合，使其成为2个半榀小拼单元;其三，通过地面分段方式对次桁架、边桁架以及环桁架进行组拼;其四，在拼装抗风柱时，需要划分为三段来进行地面拼装。

3.2 胎架拼装

考虑到钢桁架中许多构件的尺寸较长，这会给现场组拼带来难度，因此需要在地面上采用胎架来实现预拼装，然后将各个构件进行分段吊装，并置于高空拼装平台中组拼。在对胎架进行设置时，需要对运输道路是否便捷以及是否会受到履带起重机的影响进行充分考虑。在对胎架进行搭设完毕后，还要应用水准仪来对其位置尺寸进行复合，最大偏差不得超过20mm，待复核后满足要求时再对桁架进行拼装。在拼装过程中，需要在胎架支撑点上水平放置桁架弦杆，同时用水准仪来对其水平度进行复核，待桁架弦杆满足复合要求后，方可对桁架进行拼装。

4  支撑架

格构式桁架柱两侧分别是大厅桁架梁，在进行分段拼装与吊装时，应采取临时支撑的方式来对桁架分段处进行固定，以确保结构稳定，同时也能便于后续的安装对接。考虑到桁架梁分段的接口投影并未处于轴线位置，因此需要将基础设置到接口位置的标准节底部，以确保达到承重要求。在计算支撑结构时，需要验算主桁架的最大受力值，确保支撑架的高度能够保持在21m。而在支撑架支点处所产生的反力最大值是17.6t，支撑架位的最大位移值达到2.7mm，支撑架的最大应力值是32MPa，最大应力比则为0.1，能够满足要求。之所以要设置支撑架基础，其目的是为了更好的对轴心荷载进行承受，由于其只是临时使用，因此需要采用无筋扩展方式来进行设计，并对构造钢筋进行适当的配置。在对基础进行计算时，耐力调节不需以实际尺寸为准，将其fa的值统一设定为100kPa，所采用的混凝土强度为C30，ft与fc的值分别为1.43MPa与14.3MPa。因各个基础的支撑架有着相同的有效面积，因此只需对各个支撑架的受力最大基础进行计算即可。通过验算承载力，门头橇架梁和大厅橇架梁的支撑架基础都能够达到使用要求。因橇架梁只有很少的支撑点位，并且其标准节较高，所需承受的荷载也比较大，因此需要确保标准节的承载力足够，通过风绳来提高标准节的稳定性。

5  钢结构安装

5.1 分段安装的优势及重点

分段安装的优势有五点，其一，能够使实际受力状态和设计状态相接近;其二，具有技术先进性;其三，不需要和土建进行密切的配合，能够减少交叉施工现象;其四，拼装作业可在地面进行，能够使高空焊接作业的工作量大幅减少，进而更易保证焊接质量;其五，能够大幅减少高空作业，保障施工安全。在分段安装中还有一些重点需要注意：首先，需要对钢结构的运输、加工及组装单元进行精心划分。其次，需在现场对钢结构进行必要的纠正，同时严格控制焊接措施。再次，必须要保证高空中的对接精度。

5.2 安装桁架柱

按照三段来对桁架柱进行划分，使其拼装作业能够置于地面的拼装胎架中进行，然后利用履带起重机来进行依次吊装。操作平台需搭设在桁架柱的接口位置，待到土建钢管混凝土施工完毕后，对上节桁架柱进行继续安装，然后依次安装所有的桁架柱。

5.3 安装大厅桁架

在机库大厅部分共包括11榀桁架梁，其跨度达到76.3m，桁架柱作为桁架的两端支撑。在安装大厅部分的桁架梁时，需要在地面拼装胎架上对桁架梁进行拼装，拼装长度在20m左右，然后对半榀桁架梁进行地面组拼，组拼长度在39m左右，利用履带起重机来吊装半榀秆架梁，使其能够置于临时支撑架与钢柱的上方，然后再对另一半桁架梁进行吊装，以此实现对第一榀桁架的安装。重复采用上述部聚，分别对第二榀与第三榀桁架进行安装，在对第二榀桁架进行安装的同时，还要对相应的次桁架与斜橇架进行安装，以此确保桁架结构稳定。在第三榀主桁架及其次桁架进行安装完毕后，对第一榀主桁架的支撑节进行拆除，并在第四榀桁架上安装原来拆除的支撑架，最后再对大厅桁架进行安装，直至到达门头为止。

5.4 安装门头桁架

机库的门头部分桁架梁分别包括ZHJ-4与ZHJ-5，2榀。该部分的桁架梁跨度达到76.3m，而总长度则达到99m，桁架柱需对桩架梁的两侧进行支撑。在对该部分的桁架进行安装时，需在地面对桁架进行50m左右的拼装，使上述两榀能够通过拼装形成小拼组合单元，并通过履带起重机及吊车，采取双机抬吊方式，使ZHJ-4与ZHJ-5的一半能夠吊装就位，格构柱顶与临时支撑架分别为半榀组合单元的两侧，在对另一半半榀组合单元进行吊装时，也同样采用上述方法。

6  施工模拟及其监测

施工模拟验算需应用到Midas Gen软件，利用该软件分别分析对吊装单元的应力、应力比、位移、反力，以确保吊装作业、卸载精度能够在理论层面上满足安全要求。在对大厅部分的桁架进行吊装与卸载验算时，应通过阶段性卸载来进行，桁架在自重状态下，其最大反力值可达到6.6t，在吊装时桁架的位移最大值则是3.8mm，其应力最大值则是28MPa，在安装半榀桁架后，其支撑节中的反力达到8.6t，最大位移值与最大应力值分别是5.5mm和42MPa。在对整榀桁架进行安装完毕后，支撑节却未拆除时，则其所受到的反力可达到17.2t，最大位移值是11mm，最大应务值是59MPa。在对三榀桁架进行安装完毕后，支撑节所受到的最大反力可达到22t，最大位移值与最大应力值分别是16mm与69MPa。在对三榀桁架进行安装完毕后，对第一榀桁架上的支撑点进行卸载时，其所受到的最大反力可达到40.4t，而最大位移值则达到29mm。在对门头部分的桁架进行吊装与卸载验算时，在吊装时桁架的位移最大值则是15mm，其应力最大值则是57.4MPa，最大反力可达到27.8t。通过模拟和验算桁架梁的吊装过程，在吊装桁架梁组拼单元时，其所受到的反力、应力及其应力比、位移等全部都能达到设计要求。因桁架的格构柱共30根，并且都是按照三节来进行划分的，因此各个格构柱的全高垂偏及杯口位置的偏差分别是20mm与5mm以内。在13榀的桁架梁吊装过程中，其桁架梁找度也能达到标准要求。在共计1.2万道焊缝中，有823道焊缝达到1级标准，通过一次焊接探伤，检测结果表明焊接合格率为99.5%。该结果能够满足大跨度桁架结构形式机库建筑的使用要求。

7  结语

科学技术的发展，使人们对建筑工程的经济性、美观性、实用性及安全性变得越来越关注，随着更多先进施工技术的推广与应用，大跨度管桁架钢结构施工技术的应用范围也将进一步扩大，进而使建筑行业得到更好的发展。通过该施工技术，可降低施工成本，提高施工质量，并可兼顾结构的实用性、经济性和美观性，不过其应用过程中却比较复杂，在施工过程中尚有许多关键之处要进行严格的控制与监管，只有这样才能使建筑工程发挥出最大的综合效益。

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