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大跨度鋼桁架高空散拼技術

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:26:20 [收藏]

    摘 要：本文介紹大跨度鋼桁架高空散拼安裝技術的應用，以及工程在質量、安全、工期等各個環節取得明顯的成效。
    關鍵詞：鋼桁架 高空散拼

    一、概述
    錦州萬博國際文化體育會展中心是一座集展覽、文化交流、體育比賽呵大型會議于一體的多功能建筑，結構形式為框架結構，結構設計有12榀大跨度鋼桁架，分布在三層承重結構及屋頂結構。其中三層鋼桁架2榀，屋頂鋼桁架10榀，單榀鋼桁架最重達400t（三層24軸鋼桁架），單榀鋼桁架最大跨度達70m、最小跨度63m。鋼桁架距離下層結構樓板最小高度為9m，受現場塔吊吊重、構件運輸、施工場地等因素限制，所有鋼桁架最終采用高空散技術進行安裝。


    二、高空散拼技術簡介
    1、高空散拼技術施工流程
    ①綜合現場塔吊吊裝能力、運輸情況、鋼桁架受力特點、桁架現場焊接等因素，將鋼桁架進行制作分段；
    ②分段制作完成后鋼桁架在工廠進行預拼裝，確保鋼桁架制作精度；
    ③利用鋼桁架結構設計圖紙，通過建模計算設計出合理的臨時支撐體系；
    ④根據結構自身的設計承載能力，對桁架下方結構進行加固；
    ⑤在桁架下方搭設臨時支撐體系，支撐體系自鋼桁架安裝就位直至桁架卸載結束承擔鋼桁架所有結構自重及施工荷載，支撐體系安裝校正后在桁架下弦標高處形成拼裝平臺；
    ⑥利用現場吊裝機具吊裝桁架構件，在拼裝平臺上開始鋼桁架的高空散拼安裝工作；
    ⑦對就位鋼桁架進行測量校正；
    ⑧使用CO2氣體保護焊進行鋼桁架現場對接焊接；
    ⑨永遠螺旋千斤頂進行鋼桁架整體卸載。

    2、高空散拼技術的特點
    ①通過建模計算合理設計臨時支撐體系，合理選用型材規格以降低成本。
    ②合理安排臨時支撐體系的循環使用，節約成本加快施工進度。
    ③采用合理的加固措施、防護措施確保桁架的施工安全。
    ④桁架合理的進行分段，避免增加其他吊裝機具。
    ⑤吊裝工藝簡單，方便現場施工作業。


    三、高空散拼技術組織計劃



    四、大跨度鋼桁架高空散拼技術控制要點分析
    1、鋼桁架制作分段
    對大跨鋼桁架進行深化設計，將桁架分為若干段加工制作，分段時要綜合考慮現場吊裝機具吊重能力、交通運輸能力、桁架受力特點、桁架現場焊接等因素。制作過程中要嚴格控制制作精度，確保現場拼接質量。
    三層23軸鋼桁架分段圖如下：

    2、鋼桁架預拼裝
    針對桁架設計尺寸、桁架設計起拱值對桁架進行工廠預拼裝，根據預拼裝的值確定每個構件的端部起拱標高，以便現場安裝就位。


    3、臨時支撐體系設計制作
    利用鋼桁架結構設計圖紙，通過建模計算設計出合理的格構式臨時支撐體系，臨時支撐體系采用角鋼焊接制作。


    臨時支撐體系可以分為埋件地錨、支撐體系格構柱、臨時拼裝平臺、平臺間連梁、格構柱間支撐五部分。

    ①埋件地錨
    下層樓板澆筑前在樓板預埋埋件、地錨，埋件下設置彎鉤錨筋。埋件作用有兩點：其一是增大樓板的受力面積，擴散臨時支撐體系傳遞的荷載；其二是通過與臨時支撐體系焊接固定臨時支撐體系，確保臨時支撐體系的側向穩定性。地地錨使用現場廢鋼筋頭彎制而成，預埋在支撐體系兩側，用于纜風繩的拉結。
    ②臨時支撐體系格構柱
    臨時支撐體系格構柱由角鋼焊接而成，其各桿件通過連接板連接成格構形式，格構支撐橫桿間距、型鋼截面、及支撐體系截面大小可根據桁架自重及施工荷載確定。
    臨時支撐體系格構柱主要用于豎向荷載的傳遞。
    ③臨時支撐體系拼裝平臺
    臨時支撐體系拼裝平臺由熱軋H型鋼焊接而成，型鋼截面根據桁架荷載確定。
    臨時支撐體系拼裝平臺用于均勻承受桁架荷載，并通過支撐體系格構柱將荷載向下傳遞，同時臨時拼裝平臺為桁架的安裝提供作業平臺。
    ④臨時支撐體系平臺間連梁
    臨時支撐體系平臺間連梁由熱軋工字鋼焊接而成，通過螺栓與拼裝平臺梁進行連接。因平臺間連梁主要用于平臺梁之間的連接，在施工過程中只承受施工荷載，所以熱軋工字鋼不必選用過大截面。可選用I20以上工字鋼即可。
    臨時支撐體系平臺間連梁用于連接拼裝平臺，方便施工人員行走作業。
    ⑤臨時支撐體系格構柱間支撐
    臨時支撐體系格構柱間支撐由角鋼通過連接板焊接而成，用于連接相鄰兩個支撐體系格構柱，以便將多個格構柱連接成整體，增加支撐體系的側向穩定性。
    4、桁架下方結構加固
    ①鋼管支撐整體加固
    如果桁架自重較大，桁架下層樓板不足以承受桁架自重荷載及桁架施工過程中的施工荷載，可采用鋼管腳手架對桁架下層樓板進行加固，腳手架規格可根據樓板上部格構柱最大支座反力荷載計算得出。如：本項目3層23軸24軸兩榀鋼桁架下方為會展中心標高14m樓板面，樓板厚度120mm，為保證14m樓板在安裝過程中能夠承受上方荷載，在14m及以下各層樓板模板支設前對支撐腳手架進行加密加固。
    加密腳手架規格:鋼管規格規格Φ48×3.5，立桿間距300mm，橫桿步距600mm。
    鋼管腳手架加固與下層樓板模板支撐架同步搭設，在樓板達到設計強度后對加固腳手架進行復查回頂，所有樓板加固鋼管均待桁架整體卸載結束后方可拆除。
    ②樓板抗沖切加固
    如果桁架自重較大，支撐體系與下層樓板接觸面較小，則下層樓板承載能力可能超過其設計值，此時，可使用彎起鋼筋對支撐體系下埋件部位樓板進行加固。
    彎起鋼筋直徑不應小于12mm，且每一方向不應少于三根，鋼筋彎起角度可根據樓板的厚度在300～450之間選取。彎起鋼筋的傾斜段應與沖切破壞斜截面相交，其交點應在離局部荷載或集中反力作用面積周邊以外1/2h～2/3h的范圍內。

    5、臨時支撐體系安裝
    支撐體系安裝順序為自下而上，其詳細安裝工序如下:

    臨時支撐體系就位后立即采取有效的固定措施臨時固定，可根據支撐體系的高度采用纜風繩臨時固定；
    支撐體系校正完成后通過焊接與預埋埋件進行連接；
    支撐體系設計應充分考慮桁架自身標高、起拱設計值、卸載方式等因素，如采用千斤頂卸載則應預留千斤頂自由頂升空間。
    6、鋼桁架高空散拼安裝
    ①安裝準備
    拼裝平臺頂標高距鋼桁架下弦桿底標高50cm（千斤頂自由頂升高度）左右，為鋼桁架卸載用千斤頂的放置留出空間。所以在鋼桁架吊裝前需要在拼接平臺上墊放熱軋H型鋼，用以預調鋼桁架安裝標高。
    鋼桁架采用塔吊進行“原位安裝”，構件吊裝就位后使用臨時連接板及纜風繩進行臨時固定。所謂的“原位安裝”即鋼桁架的安裝就位標高即為鋼桁架的設計標高，應當注意鋼桁架的設計標高應包含桁架的設計起拱值。
    鋼桁架安裝應具備以下安裝條件：

    ②鋼桁架散拼順序
    受塔吊吊重的限制，鋼桁架進行大量的分段加工制作，采用合理的吊裝順序也是一個關鍵環節。根據會展中心鋼桁架自身結構形式及結構特點，鋼桁架的高空散拼遵循“下弦桿→腹桿→上弦桿”、 “從中間向兩邊延伸”的原則。其單榀桁架散拼順序圖如下：

    ③鋼桁架構件散拼就位后的固定措施

    ④散拼過程中的注意事項
    支撐體系安裝就位后在拼裝平臺頂面墊放H200*200熱軋型鋼，型鋼頂面標高距桁架下弦設計標高（含起拱高度）10cm以內，再使用2cm、1cm、5mm、2mm、1mm鋼板組合墊放至下弦設計標高（含起拱高度）。
    使用多層鋼板墊置其目的在于桁架焊接完成后的整體分級卸載，屆時可根據分節卸載參數抽離相應的鋼板。
    鋼桁架在品拼裝過程中要充分考慮鋼桁架的現場焊接收縮量，根據鋼桁架的計算焊接收縮量對鋼桁架構件進行“主動偏移”安裝。
    7、鋼桁架測量校正
    桁架吊裝前根據施工圖紙放樣，做出鋼結構測量控制線，用來測量校正桁架每根桿件標高、偏移以及垂直度等。
    桁架測量控制的要點是桁架的起拱值、垂直度及桁架偏移度，所以控制點的選擇要兼顧桁架的測量控制要點，同時考慮本桁架采用折線式起拱，本工程擬在每榀桁架選取五個測量控制點進行監控，測量控制點分布圖如下：

    鋼桁架焊接完成后進行復測，確保焊接收縮量對鋼桁架安裝精度影響在規范允許范圍內。
    8、鋼桁架現場焊接
    結合本項目鋼桁架的材質特點及現場施工進度要求，鋼桁架采用CO2氣體保護焊進行現場焊接，焊接參數根據相關規范及現場焊接工藝評定制定。
    鋼桁架焊接為高空做業，所以在焊接過程中要特別注意人員及機具的防墜保護，同時做好防火防風措施。
    焊接完成后對所有現場焊縫進行超聲波探傷檢測。

    9、鋼桁架整體卸載
    鋼桁架焊接并探傷檢測完成后進行整體卸載，本項目鋼桁架采用螺旋千斤頂進行分級卸載。相鄰兩榀桁架焊接完成后使用千斤頂在支撐體系頂端進行同步逐級卸載。“同步”是指相鄰兩榀桁架的每個支撐點同時卸載，統一指揮，統一行動，統一要求；“逐級”是指分4次進行卸載：第一次是整體啟動，第2、3次為正式卸載，第4次全部卸載。

    10、安全保證措施
    大跨度鋼桁架高空散拼法整個安裝過程中均為高空作業，所以在桁架施工過程中安全保證措施一定要實施到位，特別是要做好桁架安裝過程中高空防墜的防護措施。
    桁架安裝安全保證大體可以從以下四點著手：
    ①臨時支撐體系固定
    臨時支撐體系主要采用埋件連接固定和纜風繩固定兩種方式。
    a．埋件連接固定
    臨時支撐體系安裝就位后通過焊接與預埋埋件連接，防止支撐體系在桁架安裝過程中發生移位。

    b．纜風繩固定
    如果臨時支撐體系搭設高度過高且支撐體系截面設計較小，通過纜風繩將臨時支撐體系與預埋地錨連接固定，增加臨時支撐體系的側向穩定性。
    ②墊放熱軋型鋼的固定
    由于在桁架安裝前需要在拼裝平臺頂墊放熱軋型鋼進行標高預調，而熱軋型鋼墊放高度需在臨時支撐體系安裝完成后實際測量得出，因此熱軋型鋼不能提前焊接于拼裝平臺梁頂，這就需要在墊放完成后對其進固定。墊放熱軋型鋼的固定方式主要有兩種：螺栓固定、焊接固定。
    a．螺栓固定
    在熱軋H型鋼及拼裝平臺梁翼緣開孔，通過螺栓連接固定。
    b．焊接固定
    將熱軋H型鋼與平臺梁搭接部分進行三面圍焊固定。
    注意：無論采取哪種固定方式，在平臺梁與熱軋型鋼對應位置需要補充加勁板，增加平臺梁的承載能力。
    ③拼裝平臺圍護
    桁架的整合安裝過程均需要在拼裝平臺上完成，因此需要對拼裝平臺進行作業面圍護。圍護結構采用鋼管腳手架搭設，后使用密目網進行圍護。需注意：因為拼裝平臺梁翼緣較窄，如圍護腳手架自拼裝平臺梁頂搭起，則首根立桿宜通過焊接與平臺梁上翼緣連接。同時在拼裝平臺和連梁下方拉設水平安全網，防止高空墜物。現場采用鋼管腳手架搭設作業面防護，鋼管規格為Φ48×3.5，立桿間距1.2m，橫桿步距1.2m，腳手架隨桁架安裝高度搭設且總高出作業面1.2m，拼裝平臺頂及平臺連梁使用腳手板滿鋪。


    五、技術經濟效益分析
    大跨度鋼桁架高空散拼技術在錦州萬博國際文化體育會展中心項目鋼桁架施工過程中的使用取得了良好的效果，現場拼裝過程中未增加其他吊裝機具及專業工種，僅通過現場布置的塔吊進行安裝作業，單榀桁架安裝時間不足10天且安裝一次就位合格率100％。由于該項技術的應用大大降低了安裝成本、加快了大跨度鋼桁架的安裝時間，進而取得了業主、監理的一直認可。
    大跨度鋼桁架高空散拼法從“人”“材”“機”三個方面均可以降低安裝成本，具體分析如下：

    同時本項目大跨度鋼桁架由于采用高空散拼技術進行安裝，大大加快了施工進度，同時保證在水平流水作業方面與土建施工形成統一，縮短了結構施工工期。


    參考文獻
    1．《鋼結構工程施工質量驗收規范》中國計劃出版社.2001.
    2．《鋼結構設計規范》中國計劃出版社.2003.
    3．鮑廣?《鋼結構施工技術及實例》中國建筑工業出版社. 2005.
    4．《建筑鋼結構施工手冊》中國計劃出版社.2002.
    5．《建筑施工手冊》中國建筑工業出版社.2003.
    6．《鋼結構工程施工工藝標準》中國建筑工業出版社.2003.
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