钢桁架施工技术初探

1工程概况

某工程项目由东西两幢塔楼和中间裙楼组成，塔楼最高为95.1m，总建筑面积约11.56万m2。两栋塔楼之间的裙楼为钢结构桁架结构，骑楼大桁架在东塔楼和西塔楼之间(瑏瑡～瑏瑦轴/?～?轴)，瑏瑡～瑏瑦轴桁架跨度36m，?～?轴桁架跨度37.6m，高度在3层(10.980m)和5层(21.450m)之间。大桁架SGJ1上下弦杆件SB01为箱形截面900×750×300;中弦杆件SB02为焊接H型钢截面H800×500×20×30;两侧连接钢柱为箱形截面750×750×30×30;桁架斜腹杆SXC1焊接H型钢截面H800×500×20×30×30;桁架直腹杆为箱形截面600×750×30×30。桁架SGJ3和GHJ1构件均为焊接H型钢。大桁架SGJ1(SGJ2)通过球形支座与混凝土柱连接，再通过桁架SGJ3在瑏瑡轴和瑏瑦轴进行侧向连接，形成四铰空间桁架体系。其整体效果如图1所示，桁架空间结构如图2所示。

2安装重点难点分析

1)现场施工区域狭小，又位于地下室通道入口上方，通道四周为0.8m高的混凝土墙。整个施工场地也是工程的主要出入口。其中在入口处?轴外侧有高压线路通过，在?轴以南仅有8m的道路可供通行，再向南存在0.5m的高差。基于以上场地情况，在保证钢结构施工的前提下，又要保证土建、安装、幕墙工程等其他专业施工单位的货物能够正常进出，保证项目的整体进度不因钢结构施工而受到影响，为施工工作增加许多难度。现场场地情况如图3所示。2)单榀桁架质量大，其中桁架SGJ1单榀重达140t，跨度36m，矢高10m;桁架SGJ3单榀重达55t，跨度37m，矢高10m，整个骑楼钢结构量达800余t。桁架立面结构如图4所示。经施工技术人员对施工场地的多次实地踏勘后，位于?轴及?轴桁架SGJ1因质量及跨度均较大，是本次施工任务的重点和难点。

3桁架SGJ1实施方案的选择

根据施工经验，提出了3种实施方案，即高空散拼法、大型汽车式起重机双机抬吊法和滑车组系统地面拼装单榀整体吊装法。通过对各方案的进度、成本及可行性比较分析，确定最佳方案为滑车组系统单榀提升法。基本吊装思路为:在瑏瑢轴和瑏瑥轴两侧各3000mm范围至?轴位置，作为起重机行进路线，4根钢柱采用100t起重机进行吊装;钢柱安装结束后与原混凝土柱进行连接固定，利用原有钢柱作为拔杆基柱，顶部焊接三角形拔杆，用于固定滑车组。

4拔杆构件及吊耳的受力分析

4.1拔杆受力分析本工程东西塔楼之间的骑楼在?轴和?轴两侧，结构形式有所不同。其中在?轴处两侧塔楼屋面升至5层21.450m标高处，即为建筑物的顶面，沿?轴高度方向无混凝土柱继续升高，此处采取在拔杆后侧加设斜拉杆的方式进行拔杆牛腿的受力转移。拉杆设置在瑏瑡轴和瑏瑦轴后方距离6750mm处的混凝土柱顶采用化学螺栓连接。?轴拔杆及牛腿节点如图5所示;?轴处桁架沿高度方向均有混凝土柱，可采用图5中的做法。拔杆的受力按照750kN考虑，采用MIDAS软件进行分析，?轴拔杆工况受力分析如图6所示，结论如下:①强度计算最大应力出现在吊点截面处，为154N/mm2＜295N/mm2，满足要求;②位移计算最大位移出现在牛腿吊点的端部，位移值为7.49mm＜L/400=8.63mm，所选择构件满足受力及位移要求。?轴拔杆受力分析与?轴相似，强度和位移均满足要求。所选择构件满足受力及位移要求。4.2拔杆及桁架上弦吊耳的计算滑车组连接处吊耳的设计按照图7所示进行。吊耳采用厚度为60mm的Q345B钢材制作，需要在箱形构件的内部加设隔板以保证受力传递合理，同时与箱形构件的上翼板通过全熔透焊缝进行连接。对吊耳进行受力计算分析后发现吊耳完全满足受力要求。

5滑车组系统的选择

1)滑车组选择本工程桁架重140t，两端同时作业，采用2个滑轮组提升，每个滑轮组承受的质量70t。滑轮组采用吊环型八轮150t滑轮组，可起吊300t＞140t，满足吊装要求，同时根据滑轮组出绳头拉力确定卷扬机的规格和跑绳的规格。2)滑轮组出绳头拉力确定根据现场情况，本工程滑轮组采用滚动轴承，在地面处设有2个导向滑车，牵引绳从定滑轮引出，钢丝绳牵引端最大牵引力为105.740kN。3)滑轮组跑绳规格确定钢丝绳计算根据GB/T8918—2006《重要用途钢丝绳》中的规定，用于滑车组的跑绳采用6×37+1的高强钢绳索，公称抗拉强度1700N/m2，直径36.5mm。4)卷扬机规格确定根据计算分析，本工程最大牵引力为105.740kN，可选用15t级的卷扬机。5)导向滑车规格确定本工程导向角度控制在105°左右，导向角度系数选择1.4，根据计算，可选用15t级的导向滑车，满足本工程要求。

6桁架提升时的工况分析

桁架提升工作如图8所示。单榀桁架在提升过程中根据桁架杆件的变化情况共有3种工况。6.1工况1桁架两端焊接临时杆件提升时的工况，其受力分析如图9a所示。最大应力179N/mm2＜295N/mm2，满足要求;最大位移13.22mm＜90mm(36m跨度按1/400考虑，位移值为90mm)满足要求。6.2工况2桁架提升后拆除临时杆件时的工况分析:桁架提升就位后，上、中、下弦杆分别与钢柱牛腿进行焊接定位，全部焊接结束后，先拆除下方的临时杆件，安装此处的斜腹杆，然后拆除上部的临时杆件，安装上部的斜腹杆，工况分析如图9b所示。最大应力为139N/mm2＜295N/mm2，满足要求;最大位移值为24.7mm＜90mm(36m跨度按1/400考虑，位移值为90mm)满足要求。6.3工况3拆除下部支撑后，底部斜腹杆安装结束拆除上部临时支撑时的工况分析如图9c所示。最大应力为139N/mm2＜295N/mm2，满足要求;最大位移值为3.92mm＜90mm(36m跨度按1/400考虑，位移值为90mm)满足要求。基于以上3种工况的分析，在桁架临时杆件装拆、端部斜腹杆安装变化的同时，桁架受力情况也不相同，但桁架构件满足受力要求，桁架的侧向稳定也得到保证。

7关键工序的施工

7.1桁架SGJ1地面拼装地面拼装采用正拼的方法进行，即根据桁架的结构形式、矢高、施工空间、弦杆分段位置、起重机位置等因素，拼装前精确定位吊装位置，吊装前桁架不再进行二次移位，直接进行滑轮组跑绳的穿引工作。拼装按照“先下弦，后中弦，由下及上”的原则进行，如图10所示。拼装时质量控制要点主要有胎架的刚度和水平度、桁架预起拱的尺寸、桁架弦杆对接焊缝等级的控制、高强螺栓施工终拧质量的控制、桁架整体侧向弯曲以及桁架整体尺寸的控制等。7.2确定卷扬机的位置由于施工空间有限，通过利用现有场地合理布置卷扬机，可以减少移机次数并同时能够观察和指挥提升工作。根据现场实际情况，2台卷扬机分别布置在瑏瑡/?轴和瑏瑦/?轴位置，通过导向滑轮保证跑绳沿卷扬机水平引出，消除钢丝绳产生的垂直分力。同时卷扬机与混凝土柱采用［16进行刚性固定，混凝土柱的强度足以满足提升桁架时卷扬机产生的水平拉力。在提升?轴桁架时，只需将?轴的导向滑轮1布置到?轴即可，卷扬机及导向滑轮2的位置都不需要移动，提升?轴桁架时的卷扬机布置如图11所示。7.3SGJ1大桁架起吊同步控制措施用于桁架拼装阶段的临时支撑拆除后至提升前阶段，采用2台100t汽车式起重机来保证桁架的侧向稳定性。采用卷扬机进行吊装提升作业时，必须严格按照《起重滑车安全要求》GB13308—1998中相关要求进行，同时为确保桁架弦杆与钢柱牛腿对接合龙的准确性，必须保证桁架提升时的同步性。施工时严格按照以下措施进行控制。1)设备选用交流电机驱动、线速度恒定的摩擦式卷扬机。2)通过精确测定钢丝绳出入绳长度以反映吊点提升高度，间接来控制两吊点的同步性。3)卷扬机位置设置视野开阔，指挥人员能同时观察到卷扬机的运行状态。4)现在安排总指挥1人，负责起吊过程中的信号指挥工作，统一口令，统一动作。5)桁架起吊就位过程分3个阶段，起吊前应进行试吊，检查机械的可靠性和人员的协调统一程度:①第1阶段桁架整体起吊高度至200mm后停止吊装15min，再次确认和检查机械的操作性和运行状态，并由施工人员进行钢立柱侧向位移的测量。如果超过10mm，则对桁架两端的长度进行整修，避免吊装过程中发生桁架与牛腿的干涉。同时测量桁架两端水平高度，以此检验桁架在起升过程中是否同步。②第2阶段确认第1阶段数据正常后进行第2次启动抬升，至设计高度下200mm时，停止吊装，测量桁架水平数据。③第3阶段在第2阶段数据无误后通过手动控制卷扬机微调至设计标高，完成桁架提升就位工作。

8结语

本文阐述了在特殊环境下使用滑车组系统的施工技术，对如何选用卷扬机、滑轮组、导向滑轮、钢丝绳、拔杆等进行了受力分析和验算。并采用MIDAS软件对桁架施工过程中的各个工况进行了分析，从技术上保证了施工方案的顺利实施，保证了项目的各项目标，实现了对项目整体增值的效果。

作者：朱江 于文涛 单位：中亿丰建设集团股份有限公司