北京屋蓋大跨度鋼結構桁架施工技術

***創(chuàng)新基地大跨度鋼桁架施工技術[摘要]***創(chuàng)新基地工程屋蓋結構為大跨度桁架結構。其主要構件超長，主桁架跨度大、高度高，吊裝難度大。本文著重從大跨度桁架安裝方面來闡述***創(chuàng)新基地工程大跨度施工技術，并通過圖文記載實際施工過程。[關鍵詞]H型鋼桁架、分段吊裝、高空散裝工程概況：（一）工程基本情況北京市***創(chuàng)新基地位于北京市昌平區(qū)。本方案施工內(nèi)容為科研3#樓（301）與神華展廳（304）之間屋面鋼結構工程。301與304屋面整體長度為100.8米，寬度為42m，由H型鋼桁架組成的屋面體系，最高點為27.50m，用鋼總重量約為950噸。主要桿件截面為HW400×400×13×21，HW400×400×40×40，HW175×175×7.5×11,HW250×250×9×14等，材質主要為Q345C和Q345GJC，其中厚度超過40mm的板采用Q345GJC?？v向主桁架一端與科研3#樓（301）桁架端部的箱型鋼骨柱剛性連接，另一端與神華展廳（304）通過上弦與滑移支座連接。橫向主桁架下端支撐在兩根勁性柱上，兩端與縱向主桁架采用剛性連接。桁架自身弦桿和腹桿采用焊接的形式。工程效果圖如下：本次施工部位301304本次施工部位301304圖1301與304屋面效果圖圖2屋面鋼結構吊裝完成圖（二）工程特點、難點分析1、跨度大、凈空高鋼桁架最大跨度58.8m，桁架底標高達到24米?？缍却?，凈空高，對于安裝精度要求高，施工難度大，故此屋面桁架安裝工作是本工程鋼結構施工的重點、難點所在。2、焊接質量要求高本桁架的鋼材材質等級高，熔透焊縫全部為一級焊縫，焊縫質量等級高。桁架節(jié)點全部為焊接連接，桿件多，焊接量大，如何控制好焊接變形及保證焊縫質量，是桁架安裝的又一重點和難點。3、制作、安裝精度要求高桁架現(xiàn)場安裝接口處的臨時固定措施均采用在翼緣板上焊接耳板，現(xiàn)場就位后螺栓連接，為保證對接準確性，要求桁架加工制作的精度和現(xiàn)場安裝精度高。二、施工方法（一）鋼桁架的拼裝1．桁架的地面拼裝由于桁架5的整榀長度為58.8m，考慮到運輸限制，需要加工廠分三段加工好后運至現(xiàn)場，吊裝前地面拼裝成整體。具體要求如下：（1）分段的桁架出廠之前必須在加工廠進行整榀預拼裝，驗收合格以后才能出廠；（2）拼裝場地選擇在鋼結構施工區(qū)域以內(nèi)桁架就位位置正下方的自然地坪上，為防止架子加固支撐點因桁架自重而下沉，必須對拼裝場地進行壓實并用木方找平、固定。（3）分段桁架運至施工現(xiàn)場以后，按設計的位置擺放在拼裝臺架上；（4）在桁架拼裝之前對桁架幾何尺寸、變形進行檢查，因為運輸造成桁架變形缺陷要及時進行火焰校正和修補；（5）為防止吊裝變形而影響拼裝精度，必須按設計吊點、汽車吊位置正確綁扎；（6）每榀桁架至少應該有12個點進行找平，找平后，焊上定位板，拉通尺寸無誤后，進行點焊，按照制定的焊接順序焊好；（7）現(xiàn)場在拼裝過程中如果桁架出現(xiàn)扭曲變形，一般采用火焰校正的方法，加熱溫度禁止超過正火溫度900℃；（8）校正拼裝好的桁架要求表面光滑無其它損傷；（9）由于桁架跨度過長，在桁架加工時必須根據(jù)設計提供的桁架起拱值對每段桁架進行起拱。所有桁架的起拱工作都已在深化設計和加工階段完成，現(xiàn)場施工階段不再考慮。（二）鋼桁架的吊裝1.安裝方法的選擇經(jīng)過對現(xiàn)場塔吊的布置及起重能力的分析，現(xiàn)有塔吊無法滿足屋面桁架的安裝，需要使用汽車吊完成桁架的吊裝。吊裝時，根據(jù)汽車吊的起重性能對桁架進行分段，在分段點處搭設腳手架和型鋼支撐架承重體系。其中桁架1、2、3、4、5地面拼裝整體后采用240t汽車吊進行吊裝，桁架7地面拼裝整體后采用200t汽車吊進行吊裝，桁架6采用50t汽車吊高空散件安裝。2.桁架的吊裝順序桁架吊裝順序的原則是從中間向兩端依次進行安裝，先進行與滑移支座連接的主桁架的吊裝，后進行次桁架的吊裝。主桁架形成穩(wěn)定框架時即可進行相應次桁架的安裝。（三）、桁架吊裝工藝本工程構件重量較大，長度較長，選用大噸位吊車，為了確保吊裝的安全可靠，在桁架吊裝過程中，每榀桁架正式起吊前都要進行試吊，當構件吊起距地面500mm后，停留幾分鐘，檢查吊車、吊索具和構件等均無異常方可正式起吊。為了防止構件在起吊和就位過程中擺動過大，在構件兩端設溜繩，以便操作人員對構件進行控制。1．第一階段的吊裝第一階段的吊裝主要是301-1、2軸鋼骨柱、301-2軸次桁架、301-6軸主桁架的安裝及401-1軸滑移支座的安裝。其中301-6軸主桁架1最重，使用240噸吊車進行吊裝，吊裝示意圖如下：桁架重量：20噸上弦頂高度：27.5米吊車半徑：8米吊臂長度：38米起吊能力：55噸桁架重量：20噸上弦頂高度：27.5米吊車半徑：8米吊臂長度：38米起吊能力：55噸圖3301-6軸主桁架吊裝示意圖圖4301-6軸主桁架吊裝圖5301-6軸主桁架吊裝2．第二階段的吊裝第二階段的吊裝是本工程桁架吊裝的重點吊裝階段。主要是主桁架各分段的吊裝，使用240噸汽車吊進行桁架3、4、5的吊裝；使用50噸汽車吊進行桁架6的高空散裝。主要吊裝參數(shù)及吊裝示意圖如下所示：圖6桁架分段3、4的吊裝示意圖圖6桁架分段3、4的吊裝（1）桁架在A~D/2~6軸不進行分段，即桁架7的長度為桁架3和桁架4之和，采用200噸汽車吊進行整體吊裝。最不利的一根桁架16噸，吊裝示意圖如下：桁架重量：16.0噸上弦頂高度：+27.50米吊車半徑：20米吊臂長度：50.3米起吊能力：20噸桁架重量：16.0噸上弦頂高度：+27.50米吊車半徑：20米吊臂長度：50.3米起吊能力：20噸圖7桁架7吊裝示意圖圖7桁架7吊裝（2）主桁架5及桁架6的吊裝圖8桁架5、6的吊裝示意圖圖8桁架5、6的吊裝在安裝桁架5時，首先安裝與滑移支座端連接的主桁架，然后再安裝401-1軸（與滑移支座連接的主桁架之間的次桁架）的次桁架。待次桁架安裝完成后，再進行軸線中間的兩根主桁架的安裝。主桁架與次桁架通過次桁架伸出的牛腿進行連接。安裝就位后使用腳手架進行加固，保證桁架的穩(wěn)定性。圖9滑動支座處桁架就位安裝桁架6時，先將下弦桿與斜腹桿焊接成整體后進行整體吊裝，然后安裝上弦桿。3、第三階段的吊裝第三階段的吊裝主要是次桁架的吊裝，次桁架采用高空散拼的形式進行安裝，每個桿件重量都在0.5噸以內(nèi)，采用25噸汽車吊即可滿足吊裝需要。安裝完主桁架后，滿掛大眼安全網(wǎng)，在次桁架處放置操作平臺。三、桁架的測量本桁架的安裝測量，其重點為主桁架的測量，只有保證了主桁架的安裝精度，次桁架的安裝精度才有保障。本桁架為懸空結構，距離地面較高，可利用桁架兩端的301樓屋面及304樓屋面作為測量操作面。1、依據(jù)現(xiàn)場的基準點，把軸線及標高引至301樓屋面樓板及304樓屋面樓板，然后使用水準儀及經(jīng)緯儀把主桁架的軸線控制網(wǎng)放出。主桁架的軸線控制主要使用經(jīng)緯儀進行測量，標高主要使用水準儀進行測量；次桁架的軸線位置主要通過主桁架上的牛腿連接進行控制，故必須保證主桁架加工時次桁架牛腿的間距，以及主桁架的安裝精度。次桁架主要通過卷尺進行測量間距，標高主要通過水準儀進行測量控制。2、安裝主桁架之前，在滑移支座上放出桁架的軸線，盡量保證初次就位的精度，在初次就位的基礎上，當軸線位置及標高需要進行微調(diào)時，主要使用千斤頂進行輔助調(diào)整。3、在保證安裝標高和周線位置正確的同時，在安裝過程中還要對桁架的跨中垂直度、側向彎曲矢高進行觀測。并對桁架安裝前后跨中矢高分別進行的測量。四、腳手架施工（一）、搭設概況1、本工程腳手架分承重腳手架和非承重腳手架。搭設位置選擇在桁架分段點和與301、304結構連接位置處。2、由于本工程局部屋面分布在301樓層上方，在分段點處需在樓面上搭設承重腳手架作為高空拼接點的支撐面，而為保證樓板能夠有足夠承載能力，在每層樓板下方需設置反頂支撐架。3、腳手架承重面和操作面搭設標高為23.5米，外側防護腳手架及桁架上弦加固腳手架搭設高度隨桁架上弦標高，最大標高達27.5米。在每個腳手架加密區(qū)承重點立桿頂部滿鋪10cm*10cm木方，木方上放置10*500*500鋼板，每個支撐點設置4個8噸的螺旋式千斤頂以便調(diào)整承重面的標高，并且為桁架安裝完成后的卸載工作提供便利。圖11腳手架搭設平面位置圖（二）腳手架的搭設1．承重腳手架的搭設301-4/D～F軸桁架分段點支撐腳手架的設計為：局部加密承重點面積為1.2×1.2米，立桿縱向及橫向間距均為400mm，中間兩排采用雙立桿，橫桿步距為1.0米，承重腳手架和操作腳手架相連。在腳手架外側立面沿整個長度和高度方向連續(xù)設置剪刀撐，剪刀撐斜桿與地面的傾角45°~60°，寬度6跨，斜桿與立桿交接點必須設扣件連接。云線部位的腳手架隨著桁架的安裝進度進行搭設，待主桁架安裝完成后，用腳手架進行加固。腳手架立桿底不能直接與混凝土樓板面接觸，需墊木腳手板。由于此部位處于301樓結構屋面上方，考慮到此承重腳手架自身重量以及所承載的桁架構件重量，在承重點處屋面板下各樓層相應位置設置反頂腳手架，反頂腳手架搭設形式與上部承重腳手架搭設形式相同。搭設反頂腳手架時，在腳手架頂端設置U型托，在U型托上方鋪設木方，調(diào)整U型托保證木方與樓板充分接觸并頂緊。架子側向通過腳手架連接到結構柱上，三步一連接，保證側向穩(wěn)定。（三）鋼管支撐架搭設1．設計概況說明桁架2一端與勁性柱連接，另一端在施工時為懸臂結構，因此必須在桁架2懸臂處設置支撐。此時支撐承受的力有桁架2、3和4（或7）、5及次桁架自重和施工荷載。為保證支撐架的穩(wěn)定，在支撐架安裝完成后立即拉設纜風繩，纜風繩一端拉設在支撐架2/3長度的范圍上，另一端固定在結構柱上，在無法設置在結構柱上的一端，在地面設置地錨，將纜風繩拉在地錨上。纜風繩與地面交角為60°。圖12鋼管支撐架立面圖2.支撐架的地基處理本工程支撐架要求地基承載力達到90KN，而本工程現(xiàn)場地面為回填土且未經(jīng)夯實，故在腳手架設之前需對地基進行處理。采用的方法為將承重架下方基礎下挖深，用碎石分層回填壓實后，表面平整，并鋪設2層100×100的木方子，木方上鋪20mm鋼板，布設必須平穩(wěn)，不得懸空。由于木方承壓值為1.8N/mm2，滿足90KN/㎡的承壓要求。支撐架在使用過程中，在中間位置和沿高度三分之二部拉設攬風繩。四、鋼桁架的焊接（一）焊接順序基本原則在確認構件安裝完畢，進行校正無誤后，首先要對構件的焊接處進行點焊定位，防止在施焊過程中桿件對接處錯位，定位點焊完成后即可按照以下焊接順序的原則進行焊接工作。1、焊接前，構件已經(jīng)形成穩(wěn)固的框架單元。所有桿件焊接以對稱焊接為指導原則。2、桁架的焊接應該遵循先對下弦桿進行焊接，再對上弦桿進行焊接，最后進行腹桿的焊接。3、對于H型鋼桿件應先進行下翼緣板的焊接，焊接至1/3厚度時改焊上翼緣板，同樣焊接至1/3厚度時進行腹板的焊接，依次交替進行直至完成全部焊接。4、對于箱型桿件的焊接，應先進行下翼緣板的焊接，再進行上翼緣板的焊接，最后對腹板進行對稱焊接。（二）桁架的總體焊接順序桁架的整體焊接順序總體原則是先形成穩(wěn)定框架，先焊接；先進行主桁架的焊接，后進行次桁架的焊接。隨著吊裝進行，主桁架由中間向兩側依次吊裝，每四榀主桁架通常貫通形成穩(wěn)定的框架后，經(jīng)過測量控制，軸線及標高均符合規(guī)范要求的情況下，做好固定，即可進行焊接作業(yè)。根據(jù)桁架安裝進度的先后，主次桁架的焊接方向示意圖如下所示：圖13主次桁架的焊接方向示意圖（三）桁架弦桿的焊接順序對于桁架現(xiàn)場的對接節(jié)點，先進行上弦桿的焊接，再進行下弦桿的焊接，最后進行腹桿的焊接。由于上下弦桿為H型鋼截面，故在進行弦桿焊接的時候應先進行下翼緣的焊接，再進行上翼緣的焊接，最后進行腹板的焊接。五、桁架的卸載（一）卸載方法及順序1．卸載方法根據(jù)桁架分段情況，桁架安裝時在301-3~4/C~F軸范圍及HHJ5主桁架兩端點處設置了千斤頂支撐。為了使桁架從支撐體系受力狀態(tài)下，轉換成桁架自身受力狀態(tài)。在完成桁架的安裝和焊接工作后，要對桁架進行卸載。卸載采用螺旋千斤頂同時等距的卸載方法。根據(jù)計算，301-4軸分段處桁架的下?lián)现禐?mm，而301-6軸支撐架處的下?lián)现禐?2mm，故安裝時分別對301-4軸分段和301-6軸支撐處做5mm和15mm的預起拱。2.卸載順序結構整體焊接完成后，根據(jù)結構形式，先將桁架三與桁架四連接處進行卸載，每次下載行程為5mm，由于此處預起拱為5mm，所以一個行程既可卸載到位。然后再進行桁架二處的卸載工作，桁架二預起拱15mm，因此需要三個卸載行程。（二）卸載施工1．卸載工藝流程桁架撓度數(shù)據(jù)理論計算→設定桁架安裝各點預起拱高度→千斤頂升到相應的標高→在千斤頂上標識下降行程→卸載前準備工作→開始下降千斤頂→每下降1次行程測量標高控制點→每次下降后必須對主要焊縫節(jié)點進行觀察→直到所有千斤頂與桁架脫離→卸載完成2.卸載注意事項（1）卸載時采用同時等距的方法來卸載。當所有鋼結構焊接完成并檢驗合格，并且全部驗收合格后，才可以進行卸載施工。（2）卸載過程中要求對各個觀測點進行時時監(jiān)測，在此之前必須對所有節(jié)點、卸載點千斤頂及支撐平臺逐個進行檢查。用水準儀進行標高的觀測。（3）卸載時采用同時等距多步的方法，用控制千斤頂?shù)男遁d行程。卸載時，由總指揮統(tǒng)一下達指令，指揮操作人員每次勻速下降一格，卸載應盡量做到同步性。且在一個行程完畢后，各個工位操作人員應該通知指揮人員，以上內(nèi)容必須經(jīng)檢查各項無異常情況開始正式卸載。（4）在卸載過程中，要求對所有卸載點的實際行程進行記錄，每步卸載完成后，必