大跨径圆形管桁架吊装法

代祖发

【摘要】本文给合我单位组织施工的“广西贵港综合体育馆屋面管桁架吊装”工程实例，着重论述了大跨径圆形管桁架吊装法的安全验算、施工方法和过程监测。

【关键词】管桁架；大跨径；大型吊具；安全验算

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 26.092

大跨径圆形管桁架吊装，利用现场土建基础及管桁架钢筋混凝土柱，场馆内地形及周边施工道路及场地，详勘各部位地质条件，根据管桁架自身质量及跨度，确定大型吊装机械及辅助吊具，精确规划吊车行走路线，确定管桁架各部位堆场及拼装位置，中心支撑支架位置。在确保工期情况下，拼装与吊装密切配合有条不紊，不堵不陷，在有限的空间内将管桁架吊装就位。步步衔接、不浪费资源，节约成本。本文以“广西贵港综合体育馆屋面管桁架吊装”这一工程实例论述大跨径悬空管桁架吊装法的施工方法、施工步骤和技术要求，为今后同类型的施工提供参考和借鉴。

1、概况

本工程鋼结构为钢管桁架屋盖，总跨度124米，由径向36榀平面主桁架（长度58.2-62m，重量9.7-12t）、环向16榀平面次桁架、桁架间支撑及系杆和支座间桁架组成，工程量960t（含焊缝重量）。

径向贯通主桁架平面投影长度62m，高2.5m，上、下弦杆为Φ245×10（或Φ245×12）钢管，竖腹杆Φ152×5钢管，支座处有局部斜腹杆Φ152×10钢管，支座处的角锥柱为内环Φ194×12钢管、外环Φ194×10钢管。径向主桁架通过Φ650×25的焊接球固定在滑动支座上，下方是内外环支撑柱。

2、吊具选择及安全验算

2.1 总体布置

本工程位于贵港市荷城路北侧，总建筑面积19121.80m2，与荷城路用砖砌围护墙隔离，墙内有6米宽环形施工道路，此处路正中有一梯道上环形通道，使环形路不能贯通。环形路基层为灌注桩桩头混凝土，路面为C20混凝土200mm厚，能满足运输为吊装要求。环形路南外侧为项目部办公区，不能作为构件堆场及拼装场地，环形路西南内侧为泥浆池回填场地，因泥浆未清净且未进行压实，不能用作拼装及吊装场地。环形路北外侧为游泳馆办公楼，与环形路之间的距离约30米，此区域为回填土场地，且未整平压实，钢结构工程需充分利用本块场地来拼装和吊装，减少馆内施工压力。所以必须整平压实。环形路西侧无拼装场地，作为进入场馆的出入口，沿环形路内侧为排水明沟，外侧为施工用电缆沟，为保证大型吊车的站位要求，需将施工电缆移至内侧，电缆沟需回填压实。

馆内西侧有85米*30米硬化场地，可满足23线-28线钢结构的拼装吊装工作。正馆内面积60米*35米硬化场地，主要用于内环钢结构件的拼装吊装。

2.2 吊装机械选择及吊装方法

2.2.1主桁架吊装方法：23轴、24轴主桁架及其之间的环桁架及支撑分两段整体拼装后采用350吨汽车吊在馆内进行吊装；其余主桁架，均采用两榀主桁架及其之间的环桁架及支撑整体拼装完成后采用350吨履带吊在馆外环形道路上进行吊装。

2.2.2剩余环桁架、支撑及屋面檩条的吊装方法：大部分剩余环桁架及支撑采用塔吊（QTZ5512）进行吊装，圆心部分采用50吨汽车吊在馆内进行吊装。

2.2.3钢丝绳的选用

1）钢丝绳受力分析

把每个分段简化为一刚体，取最重钢桁架39吨计算，单侧钢丝绳承重为19.5吨，每一股钢丝绳受的自重为9.75t计算，钢丝绳选用？47.5，L=24m及33m各2根。

2）吊装钢丝绳选择

钢丝绳允许拉力[Fg]=ΔFg/K，选用6×37直径为47.5mm，钢丝强度极限为1400N/mm的钢丝绳作为钢箱梁分段的起重绳，查表得：钢丝破断拉力总和为1180KN（满足要求），查询依据为：《建筑施工起重吊装安全技术规范》（JGJ276-2012）。

2.2.4卸扣的选用

每个钢桁架均设置四个吊点，按最大节段重量39吨计算，钢丝绳与钢桁架夹角为61.0°，则单个卸扣最大承载力为：39/4/sin61°=11.14吨，采用4只T8级15吨卸扣。

2.3 吊装安全验算

350吨履带吊主要吊装除23、24轴主桁架以外的两榀主桁架及其间环桁架及支撑整体拼装后的吊装单元，吊装总重约为39吨，最大工作半径为32m。

2.3.1安全验算

查350吨履带吊36m主臂+42m副臂，额定起重量为42吨>39吨。满足要求。

2.3.2吊装场地、吊车行走路线道路硬化及安全验算

1）吊车行走路线定为内沿直径140.8米，外沿直径164.8米，即现有外脚手架外沿以外12米的环形区域作为吊装行走路线，环形路面加固处理，计划采用250-400mm石灰石回填压实，高度600mm，再做找平稳定层厚200mm，采用（中砂比20mm～40mm碎石）按3：7级配铺垫压实，面层浇筑C20混凝土厚200mm。

2）吊装点共设置8个，环状布置，1和2吊点旁边无环形路，由行走路线连成整体，并在吊点位置加宽，如图示，以利转杆，此位置应试挖泥浆池边缘，应确保边缘距吊装路线边缘3米以上。与8-9线现有砂石堆场及搅拌机应移开，井架可不移走。10-13线环形路外为今年刚回填场地且有游泳馆建筑基础高耸的外露钢筋，不能作为吊车行走场地，故吊点3和吊点4应开挖内侧，连成整体，5、6、8吊点均长31.2米，宽10米，7吊点长19.8米，宽10米，内侧行走路线，计划做吊点场地面加固处理，采用250-400mm石灰石回填压实，高度600mm，再做稳定层厚200mm，采用（中砂比20mm～40mm碎石）按3：7级配铺垫压实，面层浇筑C20混凝土厚200mm。

3）1和2吊点及5-8轴行走路线路基处理后与现有地面层标高一致，外架不存在护坡，其他6个吊点地基处理后标高下降，应用混凝土空心砌块或烧结砖砌筑以护坡，保证外脚手架基础的稳定。

2.4 地耐力及抗倾覆验算

2.4.1外环施工道路地耐力验算：

徐工QUY350履带吊空载状态下重293t，履带踏板面宽1.20m，接地长度8.70m。吊物重量最大为6.6t×1.15（动载系数）=7.59t。

根据吊车性能表中显示：350t起重机空载行走时对地面的地耐力为12.70t/m2。

考虑吊车对地面的不均匀受力，取不均匀受力系数1.3，则：

P=5.69×1.3=7.40t/m2

因此350t履带式起重机在基本型主臂标准工况下吊装时需要使用路基板，地耐力达到8.00t/m2以上时，就可以满足履带吊使用要求。吊装前需要对场地进行平整及部分换填（开挖扰动及虚填区域）处理，加固处理后需要对地面承载力进行检测，地耐力大于8.00t/m2方可进行单件重量为6～7t的钢桁架进行吊装施工作业。

2.4.2抗倾覆

为保证履带吊在吊装过程中的稳定，需进行抗倾覆验算，即需使稳定力矩大于倾覆力矩。外环主桁架在现场拼装时，作业半径相对较小，选择50吨、25吨汽车吊（徐工QAY50型、徐工QAY25型）各一台配合拼装，同时50吨、25吨汽车吊也可以用来补缺主桁架之间的次构件。

2.4.3临时支撑设计及安全验算

2.4.3.1圆心处临时支撑设计

1）根据桁架的自重及现场的地质条件，临时支撑采用钢管格构柱+H型钢横梁+立柱调节结构。

临时支撑主结构六肢均采用？426x12的Q235钢管。其横断截面中心等边六边形，边长为4000mm，顶部采用双排40a工字钢与钢管焊接，双排40a工字钢上焊接直径为180mm壁厚大于等于12mm的钢管立柱，立柱高度结合临时支撑钢管高度、桁架设计标高、设计预拱等确定。各承力钢管横断面及侧面的连接均采用[20a连接，加强结构的整体稳定性。

2）支撑顶部设置平台，外六边形采用双I40a工字钢，内部支撑及平台梁采用I40a，周边设置1.2米高刚性栏杆，平台铺δ6mm花纹钢板，双I40a工字钢正上方用Φ180*12钢管立柱支撑桁架，桁架加固撑支撑在双I40a工字钢上。

3）圆心支撑基础浇筑中心直径10000mm，宽度2000mm，1000mm深的C30素混凝土的圆环；钢管柱与混凝土基础采用预埋件及预埋螺栓连接。每个钢管柱底部设置8根M48，长1500mm的地脚螺栓并埋设30mm厚800mm×800mm的钢板。

2.4.3.2圆心处临时支撑安全验算

圆心处临时支撑安全验算考虑两个最不利工况进行验算。

1）内环桁架全部安装完毕后，圆心处所有重量均由临时支撑承担，即为最大承重工况。

圆心处临时支撑承担的荷载为钢结构自重421.550t的二分之一210.775t，每个临时支撑承担的荷载为210.775t÷6=35.129t。考虑动力系数1.4。则单肢设计荷载为N=35.129×10×1.4=491.81kN，总设计荷载为：491.81kN×6=2950.86kN结合风荷载进行验算。

2）内环桁架刚开始安装（即第一、二片内桁架及其环桁架安装完毕）时，没有形成稳定的刚性体，且圆心与其他支座或临时支撑均存在高差，引起水平推力。即为初始最不利工况。

单片桁架重约6.6吨，单个临时支撑承受两片桁架和环桁架。重量约为6.6×2+2.5=15.7吨。考虑动力系数1.4。则总设计荷载为N=15.7×10×1.4÷2=109.9kN。单肢设计荷载为109.9÷6=18.31KN。

2.4.3.3临时支墩基础安全验算

根据上表所示，圆心处临时支撑承担的荷载为钢结构自重421.550t的二分之一210.775t。圆心临时支墩总重约为61.32吨。采用钢管柱格构柱，混凝土基础为外径10000m，内径6000m，深1m的C30素混凝土，混凝土支承面积为

3.14*5^2-3.14*3^2=50.24m2，其承受的压力为（210.775+61.32）*10/50.24=54.16kPa。C30素混凝土抗剪强度约30MPa>50.06kPa，满足承载力要求。混凝土自重为2.4*50.24*1= 120.5776t，故要求地基承载力为：

（210.775+61.32+120.576）*10/50.24= 78.16KPa。

3、桁架拼装

3.1 主桁架拼装

主桁架运至現场后根据安装位置卸在相应拼装场地，主桁架为平面结构，可水平拼装，焊接球支座角锥柱与主桁架要求在地面拼装成整体后吊装。用枕木搭设支墩式拼装胎架，根据现场构件堆放及拼装需要，需用500根枕木（220×160×2500mm）。另制作钢马凳80个（按8榀考虑，10个/榀），长4米，高1米，材料均用钢管Φ152*10，20a工字钢。拼装场地要求坚实、碎石铺面，胎架要求标高一致，根据就近拼装原则，胎架应成整体，上榀桁架拼装完后可吊动移动至下一榀桁架拼装位置。桁架采用25吨汽车吊配合50吨汽车吊进行拼装。考虑吊装半径和构件跨度，每一榀主桁架宜在地面拼装成两个吊装段，高空对接成整榀桁架的方式安装。桁架拼装应重点保证弦管对接焊缝质量、侧弯、矢高、长度等几何尺寸满足设计及规范要求。

钢马凳按同时拼装8榀桁架计算，每榀桁架使用马凳10个，马凳钢柱采用钢管Φ152*10制作，马凳横梁用20a工字钢，连接全为焊接。

3.2 桁架整体拼装

1）整体拼装流程主桁架→环桁架→支撑

2）整体拼装胎架设计

本工程分5个拼装场地，共设5处整体组装胎架模子。每个组装胎架模子设置4个胎架。

4、管桁架的吊装流程

1）安装圆心临时支撑，在24轴内环柱及22轴内环柱之间的圈梁上搭设临时支撑，用着23轴桁架就位时的临时承重结构。在馆内拼装23轴、24轴主桁架及两榀主桁架之间的环形桁架、支撑等构件。

2）采用350吨汽车吊在馆内将23轴、24轴主桁架外环分段整体吊装就位。

3）采用350吨汽车吊在馆内将23轴、24轴主桁架及内环段分批吊装就位。

4）采用350吨履带吊将5轴、6轴主桁架及其之间的环形桁架、支撑拼装后整体吊装就位。

5）采用350吨履带吊将7轴、8轴主桁架及其之间的环形桁架、支撑拼装后整体吊装就位，按照对称安装的原则，采用350吨履带吊将25轴、26轴主桁架及其之间的环形桁架、支撑拼装后整体吊装就位。

6）采用塔吊及汽车吊将24～25轴以及6～7轴之间的环桁架及支撑吊装就位。

7）采用350吨履带吊将27轴、28轴主桁架及其之间的环形桁架、支撑拼装后整体吊装就位；按照对称安装的原则，采用350吨履带吊将9轴、10轴主桁架及其之间的环形桁架、支撑拼装后整体吊装就位；采用塔吊及汽车吊将26～27轴以及8～9轴之间的环桁架及支撑吊装就位。

8）采用350吨履带吊将27轴、28轴主桁架及其之间的环形桁架、支撑拼装后整体吊装就位；按照对称安装的原则，采用350吨履带吊将9轴、10轴主桁架及其之间的环形桁架、支撑拼装后整体吊装就位；采用塔吊及汽车吊将26～27轴以及8～9轴之间的环桁架及支撑吊装就位。

9）采用350吨履带吊将11轴、12轴主桁架及其之间的环形桁架、支撑拼装后整体吊装就位；按照对称安装的原则，采用350吨履带吊将29轴、30轴主桁架及其之间的环形桁架、支撑拼装后整体吊装就位；采用塔吊及汽车吊将10～11轴以及28～29轴之间的环桁架及支撑吊装就位。

10）采用350吨履带吊将31轴、32轴主桁架及其之间的环形桁架、支撑拼装后整体吊装就位；按照对称安装的原则，采用350吨履带吊将13轴、14轴主桁架及其之间的环形桁架、支撑拼装后整体吊装就位。

11）同理，将剩余屋面钢桁架均吊装完毕。

5、施工监测

钢结构安装过程中，必须进行施工监测。

本方案采取如下监测措施：

1）班组日常进行安全检查，项目每周进行安全检查，公司每月进行安全检查，所有安全检查记录必须形成书面材料。

2）日常检查、巡查重点部位：

a.钢结构安装的监测，采用变形测量系统。本工程变形监测系统包括全站仪、棱镜、电脑等部件。桁架梁挠度变形和支座水平位移主要采用全站仪进行测量，利用棱镜的反射和折射定律测出实际位移。在主桁架下弦布置6个测点（5、9、15、23、30、36轴线中心点位置）。

b.安全防护措施是否符合规范要求。

3）钢结构安装过程中对各临时支撑进行检查，随时观测临时支撑的变形。如果发现钢结构安装大于安装允许数值，要及时停止施工，采取措施保证安全后再施工。

4）钢结构安装前，施工单位必须组织、监理单位、建设单位及相关专家对专项方案进行审查论证备案。

5）监测结果报告必须包括监测项目及允许值、报警值、监测数据处理分析、监测结果评述。

6）监测频率：钢结构安装过程中应实施实时观测，一般监测频率不超过30-50分钟一次，（监测人员必须注意做好自身的安全防护工作）。

结语：

大跨径圆形管桁架吊装法，主要是针对大型场馆建设在闹市区，作业空间受限，且因前期地下部分施工造成场地条件恶劣，又必须实施大型吊具的场合，通过通盘考虑，充分研究现场实际情况，采取具体部位制定具体实施方案且有机连成整体的一种钢结构安装方法。本文较为详细地叙述了吊具选择及相关安全验算、管桁架的吊装方法、施工监测等，具有较强的指导性。今后大家如遇到同类工程施工，希望本文能提供一些参考和借鉴。

参考文献：

[1]杨洪双.大型管桁架整体吊装施工技术[J].中国住宅设施，2010（11）：54-56.

[2]魏清.大跨度鋼管桁架三段法吊装工艺[J].安徽建筑，2007（03）：44-46.