鋼結構技術論文
中國建筑金屬結構協會
建筑鋼結構分會主辦
摘 要：葫蘆島體育館是大跨度倒三角弓形桁架結構，采用了地面整體拼裝，整體吊裝施工工藝。大跨度三角桁架很容易產生焊接變形及旁彎，在拼裝過程中從地樣點、拼裝胎架尺寸精度、主弦桿拼裝尺寸、腹桿拼裝尺寸、兩焊接球支座水平距離及高差值等進行主控。并利用鋼結構專業軟件精細化建模，查找復雜結構的重心，確定吊點方便現場吊裝。
關鍵詞：管桁架結構；整體拼裝；整體吊裝；構件重心
1 結構概況
葫蘆島體育館地上3層，看臺為鋼筋混凝土結構，屋蓋為鋼結構，建筑物高度30.8m，有5000個觀眾席位。屋蓋結構外側為彎弓形倒三角管桁架，主桁架由內、外環支座支撐。體育館中間的弦支穹頂由單層焊接球網架及環形預應力拉索組成，預應力拉索最終錨固在體育館內側環形桁架上（圖1）。
本工程主體鋼結構共設置34榀弓形桁架，桁架采用管桁架結構，跨度約30m，榀與榀之間設置聯系剪刀撐。
圖1 葫蘆島體育館模型
弓形倒三角桁架共計34榀，弦桿、腹桿相貫焊接，鋼管規格包括Ф273×8、Ф299×16、Ф159×6、Ф89×4、Ф140×4；單榀桁架拱最大曲線長度為50.4m，桁架拱的下部成弓形曲線。見圖2、圖3。
圖2 弓形桁架整體立面
圖3 弓形桁架截面
2 施工工藝
2.1 施工方案概述
根據現場的吊裝方案和運輸條件的限制，每榀桁架拱分段制作，每段15m左右，每段的弦桿和腹桿在工廠散件制作，工廠進行整榀桁架拱的預拼裝；桁架拱腹桿鋼管的相貫線采用數控五維相貫線切割機進行加工，弦桿弧形部分采用中頻煨彎成型工藝進行加工。現場整體拼裝，整體吊裝。單榀桁架重量在10～19t間，最大作業半徑28m，選用SCC2000型200t履帶吊61.5m主臂工況進行整榀吊裝。見圖4、圖5。
圖4 吊裝工況分析
圖5 支撐胎架布置
2.2 拼裝胎架的設置
按照桁架的三維線模做投影線，并在三維模型中取出三維坐標，用全站儀投打地樣點，在地面上劃出各桿件的投影控制線，作為拼裝的基準線和檢查線，搭設拼裝胎架；整榀桁架拱預拼裝完成，檢查整個桁架的外形尺寸、各段的相對位置，無誤后進行接頭的現場連接處理和焊接成型。
2.3 過程質量控制
在施工過程中，項目部主要抓過程控制，包括加強技術交底、細化方案、地樣點精度、胎架牛腿三維坐標、胎架抄平、支撐點沉降、腹桿拼裝順、隱蔽焊縫、焊接順序、焊接質量、桁架旁彎、脫胎變形等關鍵控制項目的過程控制（圖6、圖7）。
在拼裝胎架布置完成后要進行通長的整體測量操平，同時在下一榀桁架拼裝前要進行復測，測量偏差允許值應符合表1的要求。
表1 桁架拼裝允許偏差
圖6 焊接前后拼裝檢查
圖7 整體尺寸檢查
3 Tekla Xsteel軟件的應用
圖8 Tekla Xsteel模型
Tekla Xsteel 是為結構工程師、細部設計員、制造人員和施工人員提供的實用工具。鑒于Xsteel在鋼結構鋼結構中越來越廣泛的應用，對于復雜結構形式重心的確認可以非常方便的采用這一工具，提高了鋼結構的生產和安裝的工作效率和方便管理(圖8-圖10)。
圖9 桁架重心三維坐標及重量
圖10 Tekla中桁架重心模型顯示
4 吊裝工況驗算
為了保證吊裝時的安全性，用Sap2000軟件對弓形桁架結構強度節點進行了驗算（圖11-12，表2）。
圖11吊裝形式示意
圖12吊裝時桁架整體應力圖
表2 節點反力
結果表明：吊裝點滿足強度、剛度要求；吊裝過程安全合理。
5 總 結
葫蘆島體育館弓形桁架為本工程關鍵構件之一，施工質量的好壞直接關系到次桁架、內環桁架、水平撐及屋面檁條等結構的安裝精度，管桁架三根弦桿的拱度控制和主弦桿定位后腹桿的裝配順序的控制、兩焊接球支座底板拼裝精度控制等非常關鍵。生產過程中，應嚴格按質量管理和質量保證體系操作并有效運行，嚴格執行標準及鋼結構制作規范要求進行工序控制，以確保鋼結構結構制構件作質量達到設計要求。
參考文獻
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（上海寶冶集團有限公司鋼結構分公司，上海 201908）
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