大跨度圆管管桁架结构施工工艺

陈同刚

摘要：在我国快速发展过程中，经济在快速发展，社会在不断进步，管桁架直接交汇的结构形式越来越多地应用于大型公共建筑及工业厂房之中，该结构形式具有外形丰富、结构轻巧、受力均衡、刚度大、杆件单一等优点。但该结构形式应用于大跨度建筑中暴露出一定的问题，如管桁架拼装施工难度大、进度控制难及施工成本高等。针对管桁架建筑施工中存在的问题，结合国内现有大跨度空间结构施工技术与钢管屋桁架的特点，提出了一种新的管桁架结构施工工艺，该工艺可有效地解决大跨度管桁架拼装难度大、对技术要求较高等问题。

关键词：大跨度;管桁架结构;施工工艺

引言

近年来，国内大跨度的桁架结构工程越来越多，桁架结构有大跨度、中间无结构柱等优点，在用作仓储时，使用方便，深受港口、粮油等集团的欢迎。由于桁架结构工艺复杂，在施工过程中，有较多的控制要点，因此本文在深入介绍大跨度桁架结构施工工艺的基础上，提出了相应的质量控制要点，以便促进桁架结构施工的有效开展。

1管桁架优势

①空间管桁架结构杆件采用直接焊接，施工简单，节约钢材。②结构外观简洁、线形流畅、空间造型多样化。③拥有较好的抗压、抗扭性能，整体刚度较大，几何特性较好。④钢管与大气接触的比表面积小，节点又采用焊接，无积留湿气和大量灰尘的死角或凹处，便于清刷、油漆、维护和防锈，且其内部封闭，不易生锈。

2大跨度圆管管桁架结构施工工艺

2.1全生命周期的构件管理

由于外环弧形空间管桁架仅部分构件可地面拼装成整体单元后吊装，其余均需高空原位散件吊装，故须合理等效拆分结构。将内侧18个八爪形支撑每根杆作为一个独立吊装单元，通过BIM模拟现场吊装，结合现场塔式起重机和堆场分布对构件进行编号。将塔式起重机编号融入构件编号，方便构件卸车和吊装，减少二次倒运，提高安装效率。将编号视为构件的“身份证”，在钢结构安装全生命周期内通过BIM实现构件全程可追溯，有利于编制现场全周期各类计划，确保安装高效合理。

2.2管桁架的拼装

1）搭设临时拼装平台由于堆取料机先于干煤棚形成，为保证皮带运输系统的正常运行，管桁架拼装、焊接及吊装都需要在皮带机上部完成。该项目的堆取料机轨道面高出地面1．5m，皮带机高度为1．2m，为保证拼装顺利进行，施工的拼装平台须高出地面2．8m。同时，因为施工现场地面凹凸不平，若直接放置马凳式钢支撑，则马凳式钢支撑的顶面不处于同一标高上，造成管桁架拼装困难。为解决这一问题，需先利用枕木将地面垫实，再放置马凳式钢支撑。管桁架构件在临时拼装平台上进行组装焊接。整个临时拼装平台由11个马凳式支撑组成，分别放置在管桁架的节点处。设计时，需对马凳式支撑进行强度、稳定性的校核，以确保拼装平台的安全。2）上、下弦平面管桁架组装(1)首先进行下弦平面桁架的组装。组装时，主管对接焊缝应与节点位置相错500mm以上。同时，采用全站仪控制下弦外型尺寸，精密水准仪控制杆件的水平度。(2)待下弦平面管桁架组装完成，经检查各项尺寸符合要求后，即可在其上部进行上弦平面管桁架组对。上弦平面管桁架比下弦平面管桁架长568mm，由管架中心线分成两段组装。组装前，在下弦平面管桁架主管上设置20号槽钢作为临时支撑平面，以便于上弦平面管桁架的组装。

2.3后装法安装八爪形支撑

内侧八爪形支撑一般由3根或4根圆管构成空间多边形锥体。由于顶部端点附近无标准参照，属空间难定位点，测量精度难以保证且顶部端点无约束，施工时需搭设临时支撑保证节点连接，安装工序复杂。为精确定位八爪形支撑点的空间位置，简化施工工艺，先安装屋顶蜂窝梁，再通过蜂窝梁定位八爪形支撑进行吊装，以提高安装精度。需注意届时由于屋面梁阻挡，部分构件无法由塔式起重机提升就位，需在屋面梁安装前将八爪形支撑散件全部运至穹顶上部。安装时在屋面梁上部焊接吊耳，采用手拉葫芦进行散件的小范围吊运就位安装。八爪形支撑构件最大重量为1.8t，在屋面蜂窝梁下翼缘焊两个20mm厚吊耳，使用手动葫芦进行吊装。为保证安全，支撑杆件用两个5t手拉葫芦同时起吊。吊装过程中在手拉葫芦旁增设一道20安全钢丝绳，以保证吊装安全。

2.4支座设计

①管桁架采用上弦支座或下弦支座方案，杆件布置几乎相同时，其杆件的应力比与桁架的扰度差异很小。②本方案设计需要考虑桁架下部净空要求。③支座落到砼柱顶，不考虑砼梁设置支座；综合各因素，最终确定管桁架采用下弦支座。本工程采用一端铰接一端单向滑动的平板支座，既可以减小温度作用的影响，降低结构峰值应力，又可以通过一端滑动来释放大量的水平推力，对反力由“抗”到“放”，使支座设计不会臃肿。滑动端支座下设置两块10mm厚聚四氟乙烯板，保证支座可以滑移。在支座内侧设置角钢挡板，既防桁架脱落，又可限制滑动端底板滑移量。

2.5构件的验收及准备

（１）构件的配套。杆件必须配套，同时，杆件的放置要在吊机的作业半径范围内。钢管现场拼装对接口在胎架上校核无误后，利用临时连接耳板固定，最后进行焊接。弦杆的就位精度非常关键，精确测量之后才能用卡具进行定位。严禁点焊定位，尤其是下弦杆。在弦杆上进行腹杆定点，做到“一线两点”，一线是指腹杆轴线所在的面与弦杆表面的相贯线，两点是指每根腹杆端部贯口的趾点与踵点。上弦杆就位时采用７６×５钢管斜撑以上弦杆为支点将上弦杆撑起，然后人工调节临时撑杆至相应位置后吊车方可摘钩。每榀桁架设置７组临时撑杆，每组２根。临时撑杆位置避开上、下弦杆之间腹杆相贯位置。由拼装采用倒拼方式及桁架腹高较大，上、下弦间腹杆拼装难度增加，因此需要采用卷扬机将腹杆拉至指定高度后拼装定点。腹杆拼装完毕后拆除临时支撑。（２）拼装过程中应注意的关键问题。由于桁架的端部要与其他的桁架进行相贯连接，如果尺寸超差，势必给安装造成很大困难。相贯节点中，各个支管的轴线要交于一点。这样可以避免节点附加扭矩的出现，更有利于结构的安全。

2.6屋面结构设计

桁架上弦杆最大间距为11.5m，屋面采用0.9mm厚蓝色铝镁锰板拱板（铁路专用），且间隔不超过6m需要铺设固定防风压条。由于跨度较长，常规的轻型薄壁C型檩条不满足要求，根据计算，采用普通高频焊薄壁H250×150×3.2×4.5，间距1.5m满足设计要求。屋面檩条系统由于刚度较大，可以保证桁架上翼缘稳定。由于当地5—9月降雨量较大，屋面设计应考虑及时排水问题。铁路罩棚因采用曲线屋面，排水没问题，但当雨量较大时，雨水聚集会对罩棚两侧站台仓钢结构屋面形成巨大冲击，因此综合考虑排水方案，采用隐藏式天沟集中排水，桁架端部增设一列檩条，与边檩条间距600mm（见图5），天沟板厚度1.5mm，底部间隔2.5m设置普槽6.3，既可代替下层拉条，又可作为天沟支托。该方案既解决了排水问题，又不影响结构外观。

结语

本文所提出的钢管屋桁架拼装的施工工艺方法，具有加工及拼装精度高、质量可控、工艺先进等特点。通过所提出的新型施工工艺使得整个桁架的拼装过程无需采用大型起重设备及专用胎具即可完成，节约大量措施用料，并且拼装精度得到了提高，极大的缩减了项目工期。综上所述，通过该新工艺成功完成了国内跨度最大的干煤棚管桁架拼装，为同类型或与之类似的大跨度管桁架的整体拼装施工提供了新思路，具有显著的社会和经济效益。

参考文献

［1］齐旭东．某大跨度干煤棚结构选型与抗震性能研究［D］．北京:北京交通大学，2016．

［2］聂晶，单建华，卢佳．大跨度储煤结构选型设计探讨［J］．低碳世界，2016(2):53－54．