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大跨度鋼桁架高空散拼技術(shù)

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)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(shù)的應(yīng)用，以及工程在質(zhì)量、安全、工期等各個(gè)環(huán)節(jié)取得明顯的成效。
    關(guān)鍵詞：鋼桁架 高空散拼

    一、概述
    錦州萬(wàn)博國(guó)際文化體育會(huì)展中心是一座集展覽、文化交流、體育比賽呵大型會(huì)議于一體的多功能建筑，結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有12榀大跨度鋼桁架，分布在三層承重結(jié)構(gòu)及屋頂結(jié)構(gòu)。其中三層鋼桁架2榀，屋頂鋼桁架10榀，單榀鋼桁架最重達(dá)400t（三層24軸鋼桁架），單榀鋼桁架最大跨度達(dá)70m、最小跨度63m。鋼桁架距離下層結(jié)構(gòu)樓板最小高度為9m，受現(xiàn)場(chǎng)塔吊吊重、構(gòu)件運(yùn)輸、施工場(chǎng)地等因素限制，所有鋼桁架最終采用高空散技術(shù)進(jìn)行安裝。


    二、高空散拼技術(shù)簡(jiǎn)介
    1、高空散拼技術(shù)施工流程
    ①綜合現(xiàn)場(chǎng)塔吊吊裝能力、運(yùn)輸情況、鋼桁架受力特點(diǎn)、桁架現(xiàn)場(chǎng)焊接等因素，將鋼桁架進(jìn)行制作分段；
    ②分段制作完成后鋼桁架在工廠(chǎng)進(jìn)行預(yù)拼裝，確保鋼桁架制作精度；
    ③利用鋼桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙，通過(guò)建模計(jì)算設(shè)計(jì)出合理的臨時(shí)支撐體系；
    ④根據(jù)結(jié)構(gòu)自身的設(shè)計(jì)承載能力，對(duì)桁架下方結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固；
    ⑤在桁架下方搭設(shè)臨時(shí)支撐體系，支撐體系自鋼桁架安裝就位直至桁架卸載結(jié)束承擔(dān)鋼桁架所有結(jié)構(gòu)自重及施工荷載，支撐體系安裝校正后在桁架下弦標(biāo)高處形成拼裝平臺(tái)；
    ⑥利用現(xiàn)場(chǎng)吊裝機(jī)具吊裝桁架構(gòu)件，在拼裝平臺(tái)上開(kāi)始鋼桁架的高空散拼安裝工作；
    ⑦對(duì)就位鋼桁架進(jìn)行測(cè)量校正；
    ⑧使用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行鋼桁架現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接焊接；
    ⑨永遠(yuǎn)螺旋千斤頂進(jìn)行鋼桁架整體卸載。

    2、高空散拼技術(shù)的特點(diǎn)
    ①通過(guò)建模計(jì)算合理設(shè)計(jì)臨時(shí)支撐體系，合理選用型材規(guī)格以降低成本。
    ②合理安排臨時(shí)支撐體系的循環(huán)使用，節(jié)約成本加快施工進(jìn)度。
    ③采用合理的加固措施、防護(hù)措施確保桁架的施工安全。
    ④桁架合理的進(jìn)行分段，避免增加其他吊裝機(jī)具。
    ⑤吊裝工藝簡(jiǎn)單，方便現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)。


    三、高空散拼技術(shù)組織計(jì)劃



    四、大跨度鋼桁架高空散拼技術(shù)控制要點(diǎn)分析
    1、鋼桁架制作分段
    對(duì)大跨鋼桁架進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，將桁架分為若干段加工制作，分段時(shí)要綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)吊裝機(jī)具吊重能力、交通運(yùn)輸能力、桁架受力特點(diǎn)、桁架現(xiàn)場(chǎng)焊接等因素。制作過(guò)程中要嚴(yán)格控制制作精度，確保現(xiàn)場(chǎng)拼接質(zhì)量。
    三層23軸鋼桁架分段圖如下：

    2、鋼桁架預(yù)拼裝
    針對(duì)桁架設(shè)計(jì)尺寸、桁架設(shè)計(jì)起拱值對(duì)桁架進(jìn)行工廠(chǎng)預(yù)拼裝，根據(jù)預(yù)拼裝的值確定每個(gè)構(gòu)件的端部起拱標(biāo)高，以便現(xiàn)場(chǎng)安裝就位。


    3、臨時(shí)支撐體系設(shè)計(jì)制作
    利用鋼桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙，通過(guò)建模計(jì)算設(shè)計(jì)出合理的格構(gòu)式臨時(shí)支撐體系，臨時(shí)支撐體系采用角鋼焊接制作。


    臨時(shí)支撐體系可以分為埋件地錨、支撐體系格構(gòu)柱、臨時(shí)拼裝平臺(tái)、平臺(tái)間連梁、格構(gòu)柱間支撐五部分。

    ①埋件地錨
    下層樓板澆筑前在樓板預(yù)埋埋件、地錨，埋件下設(shè)置彎鉤錨筋。埋件作用有兩點(diǎn)：其一是增大樓板的受力面積，擴(kuò)散臨時(shí)支撐體系傳遞的荷載；其二是通過(guò)與臨時(shí)支撐體系焊接固定臨時(shí)支撐體系，確保臨時(shí)支撐體系的側(cè)向穩(wěn)定性。地地錨使用現(xiàn)場(chǎng)廢鋼筋頭彎制而成，預(yù)埋在支撐體系兩側(cè)，用于纜風(fēng)繩的拉結(jié)。
    ②臨時(shí)支撐體系格構(gòu)柱
    臨時(shí)支撐體系格構(gòu)柱由角鋼焊接而成，其各桿件通過(guò)連接板連接成格構(gòu)形式，格構(gòu)支撐橫桿間距、型鋼截面、及支撐體系截面大小可根據(jù)桁架自重及施工荷載確定。
    臨時(shí)支撐體系格構(gòu)柱主要用于豎向荷載的傳遞。
    ③臨時(shí)支撐體系拼裝平臺(tái)
    臨時(shí)支撐體系拼裝平臺(tái)由熱軋H型鋼焊接而成，型鋼截面根據(jù)桁架荷載確定。
    臨時(shí)支撐體系拼裝平臺(tái)用于均勻承受桁架荷載，并通過(guò)支撐體系格構(gòu)柱將荷載向下傳遞，同時(shí)臨時(shí)拼裝平臺(tái)為桁架的安裝提供作業(yè)平臺(tái)。
    ④臨時(shí)支撐體系平臺(tái)間連梁
    臨時(shí)支撐體系平臺(tái)間連梁由熱軋工字鋼焊接而成，通過(guò)螺栓與拼裝平臺(tái)梁進(jìn)行連接。因平臺(tái)間連梁主要用于平臺(tái)梁之間的連接，在施工過(guò)程中只承受施工荷載，所以熱軋工字鋼不必選用過(guò)大截面。可選用I20以上工字鋼即可。
    臨時(shí)支撐體系平臺(tái)間連梁用于連接拼裝平臺(tái)，方便施工人員行走作業(yè)。
    ⑤臨時(shí)支撐體系格構(gòu)柱間支撐
    臨時(shí)支撐體系格構(gòu)柱間支撐由角鋼通過(guò)連接板焊接而成，用于連接相鄰兩個(gè)支撐體系格構(gòu)柱，以便將多個(gè)格構(gòu)柱連接成整體，增加支撐體系的側(cè)向穩(wěn)定性。
    4、桁架下方結(jié)構(gòu)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(guò)程中的施工荷載，可采用鋼管腳手架對(duì)桁架下層樓板進(jìn)行加固，腳手架規(guī)格可根據(jù)樓板上部格構(gòu)柱最大支座反力荷載計(jì)算得出。如：本項(xiàng)目3層23軸24軸兩榀鋼桁架下方為會(huì)展中心標(biāo)高14m樓板面，樓板厚度120mm，為保證14m樓板在安裝過(guò)程中能夠承受上方荷載，在14m及以下各層樓板模板支設(shè)前對(duì)支撐腳手架進(jìn)行加密加固。
    加密腳手架規(guī)格:鋼管規(guī)格規(guī)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(shè)，在樓板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后對(duì)加固腳手架進(jìn)行復(fù)查回頂，所有樓板加固鋼管均待桁架整體卸載結(jié)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(guò)其設(shè)計(jì)值，此時(shí)，可使用彎起鋼筋對(duì)支撐體系下埋件部位樓板進(jìn)行加固。
    彎起鋼筋直徑不應(yīng)小于12mm，且每一方向不應(yīng)少于三根，鋼筋彎起角度可根據(jù)樓板的厚度在300～450之間選取。彎起鋼筋的傾斜段應(yīng)與沖切破壞斜截面相交，其交點(diǎn)應(yīng)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(nèi)。

    5、臨時(shí)支撐體系安裝
    支撐體系安裝順序?yàn)樽韵露希湓敿?xì)安裝工序如下:

    臨時(shí)支撐體系就位后立即采取有效的固定措施臨時(shí)固定，可根據(jù)支撐體系的高度采用纜風(fēng)繩臨時(shí)固定；
    支撐體系校正完成后通過(guò)焊接與預(yù)埋埋件進(jìn)行連接；
    支撐體系設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮桁架自身標(biāo)高、起拱設(shè)計(jì)值、卸載方式等因素，如采用千斤頂卸載則應(yīng)預(yù)留千斤頂自由頂升空間。
    6、鋼桁架高空散拼安裝
    ①安裝準(zhǔn)備
    拼裝平臺(tái)頂標(biāo)高距鋼桁架下弦桿底標(biāo)高50cm（千斤頂自由頂升高度）左右，為鋼桁架卸載用千斤頂?shù)姆胖昧舫隹臻g。所以在鋼桁架吊裝前需要在拼接平臺(tái)上墊放熱軋H型鋼，用以預(yù)調(diào)鋼桁架安裝標(biāo)高。
    鋼桁架采用塔吊進(jìn)行“原位安裝”，構(gòu)件吊裝就位后使用臨時(shí)連接板及纜風(fēng)繩進(jìn)行臨時(shí)固定。所謂的“原位安裝”即鋼桁架的安裝就位標(biāo)高即為鋼桁架的設(shè)計(jì)標(biāo)高，應(yīng)當(dāng)注意鋼桁架的設(shè)計(jì)標(biāo)高應(yīng)包含桁架的設(shè)計(jì)起拱值。
    鋼桁架安裝應(yīng)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(jìn)行大量的分段加工制作，采用合理的吊裝順序也是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)會(huì)展中心鋼桁架自身結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(gòu)件散拼就位后的固定措施

    ④散拼過(guò)程中的注意事項(xiàng)
    支撐體系安裝就位后在拼裝平臺(tái)頂面墊放H200*200熱軋型鋼，型鋼頂面標(biāo)高距桁架下弦設(shè)計(jì)標(biāo)高（含起拱高度）10cm以?xún)?nèi)，再使用2cm、1cm、5mm、2mm、1mm鋼板組合墊放至下弦設(shè)計(jì)標(biāo)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(jí)卸載，屆時(shí)可根據(jù)分節(jié)卸載參數(shù)抽離相應(yīng)的鋼板。
    鋼桁架在品拼裝過(guò)程中要充分考慮鋼桁架的現(xiàn)場(chǎng)焊接收縮量，根據(jù)鋼桁架的計(jì)算焊接收縮量對(duì)鋼桁架構(gòu)件進(jìn)行“主動(dòng)偏移”安裝。
    7、鋼桁架測(cè)量校正
    桁架吊裝前根據(jù)施工圖紙放樣，做出鋼結(jié)構(gòu)測(cè)量控制線(xiàn)，用來(lái)測(cè)量校正桁架每根桿件標(biāo)高、偏移以及垂直度等。
    桁架測(cè)量控制的要點(diǎn)是桁架的起拱值、垂直度及桁架偏移度，所以控制點(diǎn)的選擇要兼顧桁架的測(cè)量控制要點(diǎn)，同時(shí)考慮本桁架采用折線(xiàn)式起拱，本工程擬在每榀桁架選取五個(gè)測(cè)量控制點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，測(cè)量控制點(diǎn)分布圖如下：

    鋼桁架焊接完成后進(jìn)行復(fù)測(cè)，確保焊接收縮量對(duì)鋼桁架安裝精度影響在規(guī)范允許范圍內(nèi)。
    8、鋼桁架現(xiàn)場(chǎng)焊接
    結(jié)合本項(xiàng)目鋼桁架的材質(zhì)特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度要求，鋼桁架采用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接，焊接參數(shù)根據(jù)相關(guān)規(guī)范及現(xiàn)場(chǎng)焊接工藝評(píng)定制定。
    鋼桁架焊接為高空做業(yè)，所以在焊接過(guò)程中要特別注意人員及機(jī)具的防墜保護(hù)，同時(shí)做好防火防風(fēng)措施。
    焊接完成后對(duì)所有現(xiàn)場(chǎng)焊縫進(jìn)行超聲波探傷檢測(cè)。

    9、鋼桁架整體卸載
    鋼桁架焊接并探傷檢測(cè)完成后進(jìn)行整體卸載，本項(xiàng)目鋼桁架采用螺旋千斤頂進(jìn)行分級(jí)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(jìn)行同步逐級(jí)卸載。“同步”是指相鄰兩榀桁架的每個(gè)支撐點(diǎn)同時(shí)卸載，統(tǒng)一指揮，統(tǒng)一行動(dòng)，統(tǒng)一要求；“逐級(jí)”是指分4次進(jìn)行卸載：第一次是整體啟動(dòng)，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(gè)安裝過(guò)程中均為高空作業(yè)，所以在桁架施工過(guò)程中安全保證措施一定要實(shí)施到位，特別是要做好桁架安裝過(guò)程中高空防墜的防護(hù)措施。
    桁架安裝安全保證大體可以從以下四點(diǎn)著手：
    ①臨時(shí)支撐體系固定
    臨時(shí)支撐體系主要采用埋件連接固定和纜風(fēng)繩固定兩種方式。
    a．埋件連接固定
    臨時(shí)支撐體系安裝就位后通過(guò)焊接與預(yù)埋埋件連接，防止支撐體系在桁架安裝過(guò)程中發(fā)生移位。

    b．纜風(fēng)繩固定
    如果臨時(shí)支撐體系搭設(shè)高度過(guò)高且支撐體系截面設(shè)計(jì)較小，通過(guò)纜風(fēng)繩將臨時(shí)支撐體系與預(yù)埋地錨連接固定，增加臨時(shí)支撐體系的側(cè)向穩(wěn)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(tái)頂墊放熱軋型鋼進(jìn)行標(biāo)高預(yù)調(diào)，而熱軋型鋼墊放高度需在臨時(shí)支撐體系安裝完成后實(shí)際測(cè)量得出，因此熱軋型鋼不能提前焊接于拼裝平臺(tái)梁頂，這就需要在墊放完成后對(duì)其進(jìn)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(tái)梁翼緣開(kāi)孔，通過(guò)螺栓連接固定。
    b．焊接固定
    將熱軋H型鋼與平臺(tái)梁搭接部分進(jìn)行三面圍焊固定。
    注意：無(wú)論采取哪種固定方式，在平臺(tái)梁與熱軋型鋼對(duì)應(yīng)位置需要補(bǔ)充加勁板，增加平臺(tái)梁的承載能力。
    ③拼裝平臺(tái)圍護(hù)
    桁架的整合安裝過(guò)程均需要在拼裝平臺(tái)上完成，因此需要對(duì)拼裝平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)面圍護(hù)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鋼管腳手架搭設(shè)，后使用密目網(wǎng)進(jìn)行圍護(hù)。需注意：因?yàn)槠囱b平臺(tái)梁翼緣較窄，如圍護(hù)腳手架自拼裝平臺(tái)梁頂搭起，則首根立桿宜通過(guò)焊接與平臺(tái)梁上翼緣連接。同時(shí)在拼裝平臺(tái)和連梁下方拉設(shè)水平安全網(wǎng)，防止高空墜物。現(xiàn)場(chǎng)采用鋼管腳手架搭設(shè)作業(yè)面防護(hù)，鋼管規(guī)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(shè)且總高出作業(yè)面1.2m，拼裝平臺(tái)頂及平臺(tái)連梁使用腳手板滿(mǎn)鋪。


    五、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析
    大跨度鋼桁架高空散拼技術(shù)在錦州萬(wàn)博國(guó)際文化體育會(huì)展中心項(xiàng)目鋼桁架施工過(guò)程中的使用取得了良好的效果，現(xiàn)場(chǎng)拼裝過(guò)程中未增加其他吊裝機(jī)具及專(zhuān)業(yè)工種，僅通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)布置的塔吊進(jìn)行安裝作業(yè)，單榀桁架安裝時(shí)間不足10天且安裝一次就位合格率100％。由于該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用大大降低了安裝成本、加快了大跨度鋼桁架的安裝時(shí)間，進(jìn)而取得了業(yè)主、監(jiān)理的一直認(rèn)可。
    大跨度鋼桁架高空散拼法從“人”“材”“機(jī)”三個(gè)方面均可以降低安裝成本，具體分析如下：

    同時(shí)本項(xiàng)目大跨度鋼桁架由于采用高空散拼技術(shù)進(jìn)行安裝，大大加快了施工進(jìn)度，同時(shí)保證在水平流水作業(yè)方面與土建施工形成統(tǒng)一，縮短了結(jié)構(gòu)施工工期。


    參考文獻(xiàn)
    1．《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中國(guó)計(jì)劃出版社.2001.
    2．《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中國(guó)計(jì)劃出版社.2003.
    3．鮑廣?《鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)及實(shí)例》中國(guó)建筑工業(yè)出版社. 2005.
    4．《建筑鋼結(jié)構(gòu)施工手冊(cè)》中國(guó)計(jì)劃出版社.2002.
    5．《建筑施工手冊(cè)》中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2003.
    6．《鋼結(jié)構(gòu)工程施工工藝標(biāo)準(zhǔn)》中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2003.
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