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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
    錦州萬博國際文化體育會(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。制作過程中要嚴(yán)格控制制作精度，確?，F(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，在施工過程中只承受施工荷載，所以熱軋工字鋼不必選用過大截面?？蛇x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?，其詳?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以內(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，用來測(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?！巴健笔侵赶噜弮砷旒艿拿總€(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)安裝過程中均為高空作業(yè)，所以在桁架施工過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焊接與預(yù)埋埋件連接，防止支撐體系在桁架安裝過程中發(fā)生移位。

    b．纜風(fēng)繩固定
    如果臨時(shí)支撐體系搭設(shè)高度過高且支撐體系截面設(shè)計(jì)較小，通過纜風(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)梁翼緣開孔，通過螺栓連接固定。
    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)在錦州萬博國際文化體育會(huì)展中心項(xiàng)目鋼桁架施工過程中的使用取得了良好的效果，現(xiàn)場(chǎng)拼裝過程中未增加其他吊裝機(jī)具及專業(yè)工種，僅通過現(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》中國計(jì)劃出版社.2001.
    2．《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中國計(jì)劃出版社.2003.
    3．鮑廣?《鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)及實(shí)例》中國建筑工業(yè)出版社. 2005.
    4．《建筑鋼結(jié)構(gòu)施工手冊(cè)》中國計(jì)劃出版社.2002.
    5．《建筑施工手冊(cè)》中國建筑工業(yè)出版社.2003.
    6．《鋼結(jié)構(gòu)工程施工工藝標(biāo)準(zhǔn)》中國建筑工業(yè)出版社.2003.
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