大跨度曲面桁架安装技术应用

（中建二局第二建筑工程有限公司，广东 深圳 518000）

为了满足建筑结构空间造型的多样性及美学要求，曲线型管桁钢结构近年来在大型公共建筑中的应用日益广泛。但因其截面变化复杂多样、相贯焊接节点复杂，焊接质量要求高，拼装质量控制难度大，特别是复杂造型的空间定位问题给安装施工带来了一定的困难。

1 工程概况

郑州商都遗址博物院和郑州市文物考古研究院建设项目，其南立面桁架为倒三角形立体桁架，全长约140m，整体形状呈弧形，桁架上弦标高+10.44m，下弦标高+8.74m。上弦杆主要由口350mm×10.0mm的方管、∅180×8mm和∅159mm×6mm的圆管组成，下弦杆主要由∅159mm×6mm 的圆管组成，腹杆主要由∅76mm×3.5mm 的圆管组成，钢管材质均为Q345B。本工程桁架上弦为3 条、下弦为1 条，为“倒三角形立体桁架”。本工程桁架内侧与网架结构连接在一起，外侧由33 根∅299mm×14mm的圆柱支撑，与地面最大高差14m，最小高差4.34m，周边环境复杂。图1 为桁架安装完成图。

2 桁架地面拼装

图1 桁架安装完成

通过分析本工程管桁架的结构形式，采用地面预拼+切割翻转小单元吊装的施工方法。地面拼装采用定制胎架，由于桁架为“倒三角形立体桁架”，地面拼装时若下弦朝下稳定性差，故采用倒置拼装的方法，即将上弦杆置于底部，先进行上弦杆安装，然后进行下弦杆安装，最后安装腹杆，定制胎架依据桁架尺寸进行加工。桁架在地面整体拼装完成后，根据应力分析结果分割成合适的小单元，同时在桁架正下方搭设脚手架配合桁架的吊装，这样先整体拼装，然后分割吊装的方法，有效保证了各分段之间精准对位拼装。

2.1 倒置拼装法

针对项目桁架的特点，现场拼装采用倒置拼装法，即在拼装时将上弦平面置于下侧，桁架在拼装过程中整体呈正放三角形，有利于桁架拼装过程中的稳定性，便于胎架的临时支撑固定，同时与正置拼装相比减少胎架型钢用量（图2）。

图2 桁架拼装法示意图

2.2 胎架安装要点

胎架安装时，由于每一榀桁架的弯曲度、杆件组成以及空间坐标都不相同，所以同类型的桁架结构胎架拼装也不尽相同。胎架的总体长度、坐标定位、弧度的控制需要综合考虑协调桁架的走向和标高。

2.3 拼装流程

桁架拼装流程：①根据三维坐标在拼装场地上进行测量定位，包括端点、拼装节点的平面位置以及上下弦腹杆的中心线投影；②在节点和端点处根据标高用型钢设置竖向支撑和横向支撑以及斜撑，根据杆件的轮廓投影设置好杆件放置的限位块；③复核拼装胎架的总长度、宽度和高度；④上下弦管上胎，进行微调后就位；⑤腹杆与弦管焊接拼装完成。现场胎架布置如图3 所示。

图3 现场胎架布置图

2.4 拼装要点

桁架拼装（图4）要点：①将桁架杆件根据深化设计图纸设置清晰、明确的标号；②对关键拼装节点位置标识清楚；③主弦管上胎架后，对关键拼装节点定位进行复核，确认无误后方可进入下道工序；④腹杆连接以点焊固定，用线坠检查构件的就位偏差，保证误差满足设计和规范要求；⑤检查相贯线节点焊口的间隙值，保证焊接施工的同时，间隙大小满足设计及规范要求。

图4 桁架拼装

2.5 分段切割并翻转

1）桁架总长度达140m，无法整体吊装，综合考虑杆件受力及变形情况、起重机站位及周边环境因素，整体拼装完成后，将桁架分为11 个吊装小单元，如图5 所示。

图5 桁架分段示意图

2）分段切割完成后，将倒置拼装的桁架进行翻转，桁架翻转采用起重机，吊点设置在上下弦杆3 点交汇处，以上弦杆为旋转轴进行翻转作业（图6），翻转过程中应“轻起轻放”，并随时监测桁架的变形量。

图6 桁架翻转示意图

3 桁架安装

3.1 满堂支撑架搭设

为确保桁架的空间位置准确减少变形，采用搭设满堂架的方法安装桁架（图7）。满堂支撑架采用扣件式钢管脚手架，搭设宽度为5.5m，立杆间距1m，步距1.5m，立柱一侧脚手架立杆间距0.5m。

图7 搭设满堂脚手架

3.2 立柱及上弦方管安装

满堂脚手架搭设完成后进行立柱的安装。桁架立柱与地面成76°角，定位比较困难，现场采用一点正吊的方法，用1 台起重机，吊点设置在柱身上半部分，首先将钢柱起吊至离埋件50cm左右（依据现场情况，桁架最终离地高度3～7.1m不等），在空中调整钢柱位置，使钢柱下口抵在支座位置处，继续起吊，起吊过程中，起重机边起钩，边回转起重臂，直到把柱子调整至指定角度。

桁架立柱安装要点：①立柱吊点位置应设置防滑措施，防止起吊过程中脱落造成安全事故，防滑措施可加设表面粗糙的垫板，也可焊接临时耳板，待吊装完成后拆除；②立柱吊装至指定位置后，采用全站仪对立柱顶点位置进行调整，初步定位后，用钢管抱住立柱，固定于脚手架上，然后将立柱下端与支座进行点焊，点焊完成后，对立柱角度及标高点进行复测，复测合格后，支座处满焊即可；③立柱安装完成后进行上弦方管安装。

3.3 小单元吊装

桁架由于长度大、重量大（总重78t，其中桁架50t，立柱28t，分段单元重约2.5t）、吊装高度较高，未形成整体结构的单榀桁架在吊装过程中易产生变形，本工程采用模拟计算软件对单元桁架进行变形计算，根据计算结果（考虑地面翻转变形量、小单元吊装变形量、分段焊接变形量产生的累计误差等因素）将桁架分割成合适的小单元，然后进行吊装（图8）。吊装过程中随时监测变形。

图8 小单元吊装

桁架高空吊装就位后，重点控制桁架定位精度和桁架连接点处的组装质量。为了保证桁架定位精度，吊装至高空后，将桁架与上弦方管进行对位拼接点焊，然后对桁架上弦标高进行复测，复测合格后再进行满焊。为了保证桁架连接点处组装质量，桁架各分段之间焊接时，在弦杆接口位置做55°±5°坡口处理，内衬300mm 钢管垫进行焊接，确保焊接质量；相贯点与上弦方管之间焊接时，采用在方管内加设20mm 厚平行肋板的方式，确保拼装质量，如图9 所示。

图9 桁架焊接加固示意图

4 结语

郑州商都遗址博物院和郑州市文物考古研究院建设项目曲面桁架的安装，采用倒置整体拼装的施工方法，整体稳定性好，拼装质量易保证；“先整体、后分离”的小单元吊装施工方法，空间定位准确，有效避免了各分段之间高空对位偏差；与传统施工工艺相比，操作简单，效率高，可大幅度加快施工进度，施工完成后的桁架实体质量良好，弧度平滑圆润，取得了良好的经济效益和社会效益。