某大跨空间桁架结构施工技术研究

邓海峰

（山西一建集团有限公司，山西太原 030012）

0 引言

随着科学技术的不断发展，建筑钢结构呈井喷式发展。实践证明，空间钢桁架结构更能满足目前对建筑大跨度、大空间的发展趋势。然而，对于大跨度钢桁架结构不合理的施工方案、不完善的安全管控会对结构造成很大的安全隐患。如何根据工程特点选择合理切实可行的施工方案，是钢桁架安装质量的根本保证[1-2]。

1 工程概况

某医院保健中心工程项目总建筑面积24580m2，包括主综合楼及地下车库、设备机房等用房。其中地上5 层，地下1 层建筑，其中地上建筑面积18122m2；地下空间总建筑面积6458m2，建筑高度23.95m。地上部分采用钢框架结构体系，3 层屋顶花园处设置了两榀大跨度钢桁架，跨度为32.4m，下弦标高7.400m，上弦标高 9.500m，桁架自身高度 2.1m，上弦截面为 H300×600×28×28、腹杆为箱型截面B250×250×16，桁架上下弦均采用双向滑动支座落于两侧钢柱牛腿上。

2 工程重难点及解决措施

针对大跨度桁架，通过施工方案对比，为保证结构的安全性、经济性、合理性，桁架安装采用整体吊装的施工方案。

工程难点及重点：

（1）对于超长、超宽或者超重的构件在运输时需要进行分段，满足最大运输限制，确保运输安全。合理的分段是保证运输与安装的关键。解决措施：对桁架进行深化设计分段，满足桁架的最大运输限制，分段运输至现场后，在地面进行拼装，然后在进行整体吊装。桁架运输到现场后，进行地面拼装，桁架的安装精度控制是桁架安装的重点。

（2）桁架运输到现场后，进行地面拼装，桁架的安装精度控制解决措施：在钢桁架安装前应进行预拼装，进行整体尺寸的核实等情况，并进行桁架的仿真验算，避免现场安装时出现误差等，影响安装质量及安装进度。在安装过程中测量任务全程跟进，及时消除误差。

（3）桁架安装大部分工作都在高空进行，施工过程中整体安全防护是施工阶段的控制重点解决措施：针对桁架安装的安全要求，针对本工程成立整体安全防护组织体系，由安全组长负责现场施工安全管理。并制定施工过程安全的控制标准，在施工过程中严格遵守。时时对施工过程中的安全隐患予以排除。施工过程中，在操作平台外围设立防护栏杆，并在楼层外侧设立防坠网以确保施工人员和周围地面的安全。在吊装区域周围，拉设警戒线，负责专人看管，起吊时，吊臂下及吊臂的回转范围内严禁无关人员停留或通过。上下交叉作业时，中间必须设置防护隔离措施。在工厂内分段桁架进行预拼装，采用3D 模拟预拼装技术进行比对，矫正加工过程中出现的误差，保证现场安装的精度。

3 钢桁架安装技术

3.1 桁架分段

保健楼三层屋顶花园处设置了两榀大跨度钢桁架，跨度为32.4m，下弦标高7.220m，上弦标高9.350m，桁架自身高度2.13m，上下弦截面为箱型截面φ800×800×35、腹杆为箱型截面400×300×25。每榀桁架重约40.2t。考虑桁架运输及吊装，特将桁架分成5 段进行安装。

3.2 桁架安装方案

桁架分为四段，桁架单元重分别为 7.9t、8.1t、7.9t、8.1t。桁架最不利吊装半径为25.7m，最重为8.1t，满足塔式起重机额定吊装工况。桁架分段安装搭设临时支撑架，由于10 轴桁架。

安装难点分析：保健楼三层屋顶花园处设置了两榀大跨度钢桁架，上、下弦双层铰支座钢桁架的安装是重点，传统的加工、安装工艺精度不够，造成上下弦不能同步受力，达不到结构受力要求，容易造成结构安全隐患。

解决措施及安装顺序：桁架安装采用下弦端头预留一段，上下弦支座处分别设置承压应力贴片，在桁架基本安装完成后将2个后补段分别安装在支撑架上和支座上，并用临时码板焊接，计算桁架自重下支座应力，待承压应力贴片受力达到平衡设计状态后，4 个焊工分别在两侧进行，焊接侧焊缝再焊接上下平焊仰焊缝，焊接过程采用多层多道焊接，卸载完成后拆除支撑架。安装次梁，保证桁架分段稳定性。安装其他桁架分段。并连接桁架分段单元之间的连接耳板。最终桁架分段拼装完成后进行校正、焊接。

3.3 支撑架搭设方案

支撑架选用尺寸1m×1m×1.5m，立柱为P89×4，水平杆件和斜撑为P63×3.5，支承在零层楼板上。桁架下表面标高为6.680m，0 层板上表面标高为0.000m，支撑架设置高度应为6.68m。支撑架下方对应截面为900mm×900mm 及800mm×800mm 规格混凝土柱。桁架安装过程中，桁架重量及支撑架重量通过零层板传给下方混凝土柱，然后传给地基。使施工过程更趋安全合理。支撑架搭设示意图如图1 所示。

图1 支撑架搭设

这种结构形式不仅使网架结构的跨度更上一层楼，且使结构整体性受力性效果更佳，结构自重更轻，被广泛应用于体育类、展览类、交通类等公共建筑中。一个合理的结构设计是要在满足所有给定的条件（如荷载条件、边界条件、建筑规范等）下，能达到传力合理，经济成本高效的设计，尤其对于这种独立均衡系统的结构形式。

4 施工阶段仿真分析

依据设计文件、图纸以及相关技术要求，考虑结构的安全性，对该楼大跨度桁架安装进行仿真分析。安装过程采用临时支撑架支撑大跨度桁架，待桁架安装完成后，分批次对大跨度桁架进行卸载。施工阶段仿真分析采用有限元分析软件MIDAS/GEN8.7.5。

4.1 结构验算总控信息

结构在承载力极限状态和正常使用极限状态下应符合下列要求：

S≤R

式中：S-荷载或作用效应；R-结构抗力。验算构件承载力极限状态时，应满足：

γ0S≤R

式中：γ0-结构构件重要性系数；S-荷载或作用效应组合设计值；R-结构构件承载力设计值。

4.2 计算模型

整体结构模型如图2 所示。

图2 整体结构模型

4.3 荷载和荷载组合

（1）自重桁架杆件自重由程序自动统计，自重系数取1.1。

（2）荷载组合选用基本荷载组合：1.2DL。

4.4 桁架拼装模拟分析

分析模型如图3 所示。

图3 桁架拼装模拟分析模型

计算结果表明：①阶段1 位移最大值为0.2mm，应力最大值为3.9MPa，应力比最大为0.16；②阶段2 位移最大值为0.2mm，应力最大值为3.9MPa，应力比最大为0.17；③阶段3 位移最大值为0.2mm，应力最大值为3.9MPa，应力比最大为0.17；④阶段4位移最大值为0.2mm，应力最大值为3.9MPa，应力比最大为0.17；⑤阶段5 位移最大值为16.2mm，应力最大值为43MPa，应力比最大为0.173。

5 结语

（1）大跨度桁架施工方案选择合理，安全可靠，并利于施工成本的控制。

（2）根据钢桁架构件大、跨度大的特点，采用分段吊装技术施工，安装精度控制精准，安全高效，比原定工期缩短10d，并确保了工程质量，同时为此类大跨度桁架结构的施工提供了一定的参考。