鉆石造型空間鋼管桁架施工技術探討

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［摘要］世界功夫中心演播中心和訓練中心外造型為鉆石形狀，為鋼管桁架結構形式；工程管桁架相貫口較多，現場安裝焊接工作量大，制作安裝過程中坐標定位困難；依據工程實際情況，劃分基本吊裝單元為異形多面結構形式，吊裝單元采用現場組拼成型，采用一臺180t自行式履帶式起重機進行吊裝，并通過SPA2000軟件對吊裝單元和結構的安裝過程進行受力分析，論證了方案的可行性，施工過程中采用坐標轉換法、倒鏈調整吊裝構件角度等措施保證了制作安裝的質量和精度。

［關鍵詞］鋼管桁架；坐標轉換；施工技術

1工程概況

世界功夫中心（演播中心和訓練中心）位于新鄉市平原新區鄭新大道以東、白河路以北、泰山路以西，分為訓練中心和演播中心2個單體工程。訓練中心和演播中心結構形式相同，主構件為直縫圓管，次結構為矩形鋼管。其中訓練中心單體結構長度方向跨度最大為70.4m，寬度方向跨度最大為59m，屋蓋高處高度為22.4m；演播中心單體結構長度方向跨度最大為74.7m，寬度方向跨度最大58.5m，屋蓋高處高度22.7m。

2工程重難點

（1）相貫口眾多，組拼難度大。工程結構為空間鋼管桁架結構，所有鋼管接口均為弧形相貫口，制作和組拼難度較大。（2）結構分片困難。單體外觀造型復雜，空間異面單元由三角形和四邊形組成，以單個平面作為分片單元，勢必造成高空焊接工作量過大，且影響工期；以多個平面作為分片單元對構件的組拼和安裝制作要求較高，同時也增大了起重機的噸位。（3）構件空間就位困難。安裝過程中，構件吊裝就位需精確計算控制點的空間三維坐標，對測量定位要求較高。（4）構件外形不規則。若采用車間制作加工，再長距離運輸，雖能保證構件的制作質量，但運輸效率較低，構件的拆分也會更加小型化，必然造成安裝工作量增加；若采用現場組拼的方法，受限于施工現場的設備、空間、標準化流程、人員素質等，對組拼精度和質量是一種考驗。（5）項目單體跨度較大，臨時支撐較少，構件受自重作用明顯，安裝過程中構件的撓度控制及合龍段的控制至關重要。

3主要施工方案

3.1吊裝單元劃分

最終方案采用多面組合吊裝方案。分析過程為：工程工期較緊，2個空間桁架單體從第一片吊裝單元起吊至桁架結構完工不足80d時間；空間桁架結構造型復雜，安裝精度須在可控范圍內；如采用單面吊裝形式，在合并部分較小的平面單元后粗略計算每個單體的吊裝次數將近100次，結合構件的制作周期、現場安裝工人配置數量計算，無法在預定時間內完成安裝；采用先主骨架后次骨架的吊裝方式，遇到的主要矛盾是現場安裝工人數量無法滿足過大的工作面，且空中焊接作業量太大，無法保證安裝精度且存在較大的安全隱患；采用多面組合吊裝方案減少了吊裝次數，并使大量的焊接工作在地面進行，減少了安全隱患，并且可從車間抽調焊工到現場進行地面作業，減少了勞務用工量，有效利用了工作面，并避免了勞務隊窩工。

3.2制作加工

工程所在地距離加工車間65km左右，交通運輸較為便利，但考慮到構件的尺寸、類型，若構件在車間制作組拼成型再運往現場，幾乎無法實現，只能采取桿件在車間下料成型，再打包運往現場進行組拼；該方式除了能配合吊裝單元的劃分結果外，還能增加車間的周轉效率，基本無須占用加工廠構件堆場，減少了二次搬運量?，F場2個單體分別在場區入口處設置一個構件組拼和存放場地，方便入場材料卸車和搬運；場地設置專用的組拼胎架，采用全站儀、鋼尺等配合進行定位放線和校核，按照既定的拼裝單元現場組拼，采用人工焊接的方式進行組焊。

3.3現場吊裝方案

現場兩個鋼結構單體最遠端距離超過200m，且根據吊裝單元劃分結果可知，吊裝單元重量均值超過15t，因此采用固定式塔式起重機即不經濟又沒有操作的可行性。最終吊裝方案確定為：采用180t自行式履帶式起重機沿結構外圍一周設站吊安；并對塔式起重機行進路線采用砂石硬化，現場配置1臺25t汽車式起重機進行小型構件的轉移和吊運。

3.4過程控制模擬方案

在構件吊裝和結構安裝施工的各個階段，由于構件和結構自重的因素，會造成局部應力或撓度過大，因此，有必要對施工過程進行模擬分析，通過計算對施工方案進行論證，保證施工安全可靠；工程采用SPA2000軟件進行模擬計算。

3.4.1起吊過程構件單元初步劃分完成后，通過對吊裝單元在吊裝過程的受力分析和端部撓度分析，探究吊點位置設置是否合理，而優化吊點位置或改變吊裝單元的結構劃分。

3.4.2安裝過程對結構安裝的各個階段進行模擬分析，計算模型的應力值和撓度值是否在允許范圍內，對有不滿足的情況，采取加固措施。以下就演播中心的部分模擬過程示例（圖1）。通過對不加臨時支撐的結構模型的計算結果分析發現：存在吊裝單元根部應力比過大、端部撓度變形超標的現象，遂在結構內部增設2個臨時支撐。臨時支撐截面為1.5m×1.5m格構架，臨時支撐的主肢截面為L140×10，綴桿截面為L45×4，支撐架頂部桿件截面為HW200×200×8×12。2幅支撐之間聯系桿件截面為HW150×150×6×10。

4主要施工技術要點

鋼管桁架因制作技術復雜、建設要求嚴格，較易產生多種質量問題，應依據實際情況，制訂最佳的解決方案。在設計階段，如未能選取最為合適的焊縫形式，則在混凝土管柱灌注混凝土時容易產生左右肢鋼管互通，還可能導致肩梁處豎向焊縫打爆。據此，制訂了以下解決辦法。由于本次施工所采用的螺旋鋼管均為定長，因此應嚴格控制螺旋鋼管的生產環節。對于一些無法滿足施工要求的原料，應進行鋼管對接處理，在此過程中始終保持鋼管的斷面吻合。接環型焊縫對于質量的要求較高，在焊接時應加設內襯板。在肩梁位置，將常用的縱向角焊縫改為坡口焊縫。鋼管桁架應設置相應的胎架，首先確定主弦桿位置，并裝配腹桿。要保證焊接全部完成后，才可去除胎架。因施工要求，故對焊縫質量等級要求為三級，可顯著減少焊接數量，并能預防焊接變形，避免管壁較薄的螺旋鋼管被燒穿。

5結束語

隨著近年來鋼結構的快速發展，復雜造型鋼桁架結構形式因其特有的優勢，必然會越來越多被采用，對該類工程施工技術的探究意義重大；本工程立足工程實際對吊裝單元劃分、構件組拼成型、控制點測量定位等進行了有益探索，保證了施工進度和質量，也為同類工程的實施積累了經驗。在鋼結構主體建筑被廣泛應用的發展趨勢下，建筑企業應深入研究鋼管桁架施工技術，使其能夠在大型建筑施工中發揮出應有的作用。

參考文獻

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作者：段常智 王宜峰 張艷意 單位：河南省第二建設集團有限公司