大跨度弧形钢桁架安装技术

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1、大跨度弧形钢桁架安装技术王民强 【摘要】上海国际乒乓球联合会博物馆和中国乒乓球博物馆大跨度弧形钢桁架安 装采用工厂制作、小拼，现场空中总装的方法.即先吊装两侧直段、后吊装中间弧形 段，再在悬臂弧形钢桁架下采用临时钢支撑架支撑、支撑架顶端采用千斤顶调节标 高和卸载、下方地下室顶板采用钢管支撑加固的安装技术.经实施在质量、安全、 工期和经济方面均取得了较好的效果，可供同类工程参考.【期刊名称】建筑施工【年(卷)，期】2018(040)002【总页数】3页(P186-188) 【关键词】场馆建筑;弧形钢桁架;空中总装;临时钢支撑架;加固计算和技术措施 【作者】王民强【作者单位】上海建浩工程顾问有限公

2、司上海200030【正文语种】中文【中图分类】TU758.111工程概况上海国际乒乓球联合会博物馆和中国乒乓球博物馆，位于上海市世博园文化博览区15街坊16-06地块。占地面积约5 000 m2,建筑面积为10 389 m2,建筑高度17.30 m (图1)。主体结构为钢框架+弧形钢桁架。其中弧形钢桁架质量约250 t,长约65 m,高7.55 m，桁架底标高+ 9.60 m，由上弦、腹杆和下弦三部分组 成，桁架上、下弦为双排箱形钢梁，断面尺寸：上弦为 800mmx600mmx14mmx32mm，下弦为 700mmx600mmx18mmx35mm, 竖腹杆为中325mmx18mm（图2）。图1

3、建筑效果图图2大跨度弧形钢桁架示意2工程特点和难点1 ）弧形钢桁架长约65 m,高7.5 m,质量约250 t,长度大、断面大、质量大， 要在水平风荷载作用下，将其安装到离地面近10 m高空，其技术难度是较大的。2）钢桁架弧形部分为悬挑结构，安装时需设临时支撑架，但支撑架受沉降、压缩 变形和钢桁架焊接、吊装变形影响，其位置的选择和顶标高的确定，以及支撑架支 座和稳定设计等难度均不小，同时支撑架安装、顶紧和弧形钢桁架段安装完成后的 卸载、拆除也是质量要求高，技术难度较大的。3）钢桁架弧形部分共分3段，须在两侧直线段安装之后进行安装，其最后一段需 嵌入安装，会受气温热胀冷缩、焊接变形和吊装误差影响

4、，合理确定其长度和焊缝 宽度的难度也较大。4）弧形钢桁架安装时的临时支撑架坐落在地下室顶板上，验算地下室顶板承载能 力和设计加固措施也是有一定难度的。5）钢桁架上下弦箱梁厚35mm的钢板焊接质量要求高，操作难度较大。6）在近10 m以上高空，对大跨度弧形钢桁架的轴线、标高和垂直度进行测量控 制，因受风、阳光、焊接和吊装变形影响大，测量精度难以保证。7）因施工场地狭小，导致场内运输、堆件困难，故对施工组织管理要求更高，工 序搭接要求更严。8）工期紧，质量要求高。本工程质量目标：上海市优质结构、钢结构金钢奖、上海市白玉兰奖。弧形钢桁架吊装计划工期为30 d。3制作与安装3.1选好合格承包商工程质量

5、是靠承包商来组织工人做出来的，因此，选好合格的承包商是保证大跨度 弧形钢桁架制作、安装质量的前提。本项目通过两轮实地考察和面试等招标活动，选定了钢结构制造商。对施工单位推 荐的钢结构制造商的资质、规模、业绩、信誉、制造设备与能力、内部管理和质量 控制制度等方面进行综合评估后，选定了其中一家管理能力、制作能力均较好的钢 结构制造商。3.2把好质量关在钢桁架制作过程中即组织监理和施工单位代表驻厂进行质量控制：审核、确认制 作方案和工艺卡；原材料抽检取样复验；平行检测；构件加工工序质量验收；焊缝 探伤检查；防腐防锈处理质量检查；出产前小拼装质量检查验收；装车、运输、卸 车、堆放质量监督等。3.3因地

6、制宜编制吊装方案弧形钢桁架吊装方案一般可有3个：即整体吊装、空中散件安装和分段分单元吊装。第1个方案由于吊装高度不太高、场地狭小、整体吊装需大型吊装机具，费用较高，故未采用。第2个方案因空中散件安装工期长、场地有限，故也未采用。第3个方案为分段分单元在工厂小拼，再运至现场进行空中总装，因其对工期、吊装机具费用和狭小场地等都较有利，所以本弧形钢桁架采用此分段分单元吊装方 案。具体在工厂制作时就将弧形钢桁架分成7段，每段又分为上弦、竖腹杆（图3） 和下弦3个单元，最大单元质量为16.7 t。图3竖腹杆结构3.4合理确定吊装程序合理的吊装程序对于确保吊装质量和工期至关重要。本弧形钢桁架吊装程序1-3

7、 为：加固地下室顶板T安装临时钢支撑架一吊装第1、2段下弦T吊装第1、2段 腹杆一吊装第1、2段上弦-吊装第3、4段下弦-吊装第3、4段腹杆-吊装第3、 4段上弦-吊装第5、6、7段下弦-吊装第5、6、7段腹杆和连接钢梁-吊装第 5、6、7段上弦-全面检查、验收钢桁架吊装质量合格-撤离千斤顶（卸载）和 拆除临时钢支撑架拆除地下室顶板加固钢管支撑。3.5选定吊装机具因直接安装在钢立柱上的4段钢桁架中最大单体质量为9.9 t,吊装半径12 m , 故选用QY70K-1汽车吊机，其臂长32.15 m，起吊质量12 t（9.9 t + 1 t吊钩 质量+ 0.1 t吊索质量）=11 t，满足起重需求。

8、悬挑部分的3段弧形钢桁架中最大单体质量为16.7 t,吊装半径12 m，故选用 QY100K-1汽车吊机，臂长41.63 m，起吊质量19.2 t （ 16.7 t + 1 t吊钩质量 + 0.1 t吊索质量）=17.8 t,满足起重需求。钢桁架分上弦、腹杆和下弦3个单元吊装，采用4根等长吊索4点捆绑吊装，吊 点设在上、下弦长度的1/4处，因为最大单元质量为16.7 t,所以选用了钢丝绳 的规格为6x19 + 1-28mmo3.6仔细进行工程测量，确保测量精度本弧形钢桁架测量控制因受空中风力、日照和焊接变形等影响，难度较大，故我们 采用了三级控制网。对平面控制网竖向传递采用了夕卜控法，并在标高

9、+ 9.6m处设 置测量操作平台，用全站仪或经纬仪从平面控制网点引测控制平面轴线；标高控制 点使用水平仪引测标高控制点；对钢桁架下钢柱的测量与校正主要是钢柱底就位控 制、柱顶标高控制和柱身垂直度控制。其程序是柱底轴线位置校正-柱顶标高校正-错口调整-垂直度校正，对钢柱受日照和焊接变形影响则采取了预偏措施，以保 证柱底中心与下节柱顶中心对齐。柱顶标高考虑钢柱竖向压缩变形和沉降影响，要比原设计增加8mm,并用全站仪 或经纬仪将钢柱垂直度测量校正到符合规范要求。每段钢桁架就位时需先测量校正 其两端标高合格，其次测量校正其两边平整度合格，再用全站仪测量校正其纵向中 心线合格。最后对测量成果实行了自检-

10、复检-专检验收三检”制度，使测量精 度满足设计和相关规范要求。3.7地下室顶板加固由于3个临时钢支撑架均坐落在地下室顶板上，经验算，其下方地下室顶板需加 固，加固范围比临时支撑架底面4边各扩大2m,加固底中心点需与临时支撑架 底面中心点重合。采用中48mmx3mm钢管作支撑杆件，主杆间距 400mmx400mm,顶部采用可调托座+ 100mmx100mm木方横楞，水平杆步 距900mm，下部扫地杆离地200mm，并按规范要求设置了垂直和水平剪刀撑。 立杆顶部需用可调托座顶紧木方横楞和地下室顶板。3.8安装临时钢支撑架由于地下室顶板表面不太平整，为使临时钢支撑架底面能全面接触地下室顶板面， 均匀

11、传力至地下室顶板和加固钢管支撑，我们在临时钢支撑架底面下垫厚20mm 钢板，4边各超出临时钢支撑架底面1 000mm ,并在钢板表面和临时钢支撑架四 侧面下部弹出十字墨线，将临时钢支撑架底面吊装到位、校正，使4个侧面十字 墨线分别与钢垫板上十字墨线重合，确保平面轴线位置正确，然后与钢垫板焊牢。 在校正其垂直度符合规范要求后，再用水平和斜向钢管将其中部和顶部与邻近钢柱 进行固定以防止倾覆。最后通过调节支撑架顶端千斤顶，使支撑架顶端标高符合预 定要求（图4）。图4临时支撑架安装示意4质量控制与安全卸载1）安装最后一段弧形钢桁架时由于受到温度变形、焊接变形和安装误差影响，所 以在设计长度上需要调整。

12、即在清晨日出前测量出末端钢桁架在空中的实际需要尺 寸，再加上两端焊缝宽度，在工厂加工小拼末端弧形钢桁架的下弦、腹杆和上弦3 个单元，运至现场，并要在上午10时前吊装、就位、校正、焊接，完成安装任务。2）采取有效措施，确保厚钢板焊接质量。本弧形钢桁架上下弦双排箱梁系由钢板 拼焊而成，最厚钢板为35mm。为保证该厚钢板焊接质量，我们组织工厂和现场 进行焊接工艺评定，编制焊接工艺卡，培训焊工；控制焊接环境、风速、温度和湿 度；进行焊前预热；分段、分层、间隔对称施焊，监控层间温度，及时清除焊渣， 最后做好焊后措施和焊缝质量检验，从而确保了厚钢板的焊接质量。3）安全卸载和拆除临时支撑架以及地下室顶板加固

13、的钢管支撑。在弧形钢桁架全 部安装完成并验收合格后，先进行卸载，将3个临时钢支撑架顶部6个千斤顶同 步微调下降，同时检测弧形钢桁架变形值，一旦出现变形值超标立即停止作业查找 原因，在采取有效措施后，方可继续卸载。通过卸载平稳转移荷载且符合设计要求 后，撤离千斤顶，再从上至下拆除临时支撑架和地下室顶板加固钢管支撑4-7。5结语本项目大跨度弧形钢桁架安装因地制宜，采用工厂小拼、现场空中总装的安装方法， 即先吊装两侧直段、后吊装中间弧形段，再在悬臂弧形钢桁架下采用临时钢支撑架 支撑，顶端采用千斤顶调节标高和卸载，下方地下室顶板采用钢管支撑加固的方法， 经实践取得了成功，较现场空中散装和整体吊装方案，

14、不仅经济性和安全性好，工 期也比计划工期缩短1/3，质量优良，现已申报上海市优质结构”和金钢奖”， 且已通过了初审。参考文献【相关文献】1卫军明，郭延义，赵欣.复杂异形单体钢结构工程的工艺设计及施工凹.建筑施工,2017,39(9):1350- 1352.2康少杰，秦宾，陈亮，等.箱形+工字形的巨型钢柱焊接工艺研究J.建筑施工,2014,36(9):1067- 1069.3柯远福州收费棚变截面大跨度弧形钢桁架的施工工艺凹福建建筑,2002(1):61-63.4史炜洲.国际乒乓球联合会博物馆和中国乒乓球博物馆大跨度结构设计与分析J.建筑结 构,2016(2):92-96.5费晓梅.高层建筑屋顶钢结构桁架安装控制要点J.黑龙江科技信息,2017(10):240-241.6李晓刚.谈大跨度弧形桁架装配施工工艺J.山西建筑,2016,42(16):107-108.7李扬.大跨度钢桁架上弦曲面金属天花面板逆作法施工技术.工程质量A版2011,29(7):72-74.