《大跨度钢管桁架吊装工艺的选择》
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摘 要 近年来随着钢结构技术的不断发展,施工工艺的不断进步完善,国内以至于世界上涌出了一大批以钢结构——钢骨架为主体的大型钢结构建筑.钢结构的结构形式日益新颖,构造越来越复杂,结构跨度也越来越大.随之而来的一大难题就是大跨度钢管桁架的结构吊装,面对这个难题,选择合适的施工工艺、使用正确的吊装方法,对这种大跨度钢管桁架的顺利吊装显得尤为重要.特别是随着科学技术与生产力的不断发展进步,越来越多的新技术、新工艺、新方案不断出现,选择不同的吊装工艺,将直接影响整个工期的进度、成本与效益.针对这个问题,本篇文章将着重描述关于大跨度钢管桁架吊装工艺的选择.
关键词 大跨度;桁架梁;分段组合;吊装技术;施工工艺
1工程概况
1.1 项目概况
本项目为亚运射击射箭现代五项馆,包括射箭、飞碟、现代五项竞赛项目,场馆位于富阳区银湖街道九龙大道与龙溪北路交叉口西北侧,规划用地412.77亩.
本项目建设内容包括新建射击综合馆、新闻及安保中心、辅助用房、马厩及隔离马厩及地下室;飞碟、射箭及现代五项的比赛场地及项目范围内的道路、绿化、停车场、广场及硬地公用工程等配套设施.钢结构主要为综合馆、新闻及安保中心、辅助用房和马厩等的主体结构.结构形式为钢及钢骨框架、型钢桁架、管桁架等,工程总用钢量约4500吨.
项目总用地面积275182m2,新建总建筑面积约82360.35m2,其中地上建筑面积：射击综合馆42558.07m2,新闻及安保中心5041.5m2,飞碟辅助用房5091.1m2,射箭及现代五项辅助用房5613.3m2,马厩2050.4m2,隔离马厩91.1m2,地下建筑新建建筑面积21914.88m2（包括人防地下建筑面积4883平方米）,同时新建射箭、飞碟、马术激光跑比赛场地及停车场;停机动车停车数966辆、非机动车位数152辆.
（1）综合馆
综合馆地上建筑面积42558.07m2,包含射擊决赛馆、游泳馆、50m和25m比赛馆和辅助用房等.其中本工程的管桁架主要集中在射击预赛馆.
射击预赛馆挡弹板管桁架位于8-20/J-U轴,其中50m预赛馆管桁架位于8-20/J-Q轴,桁架支座标高+13.550m,桁架顶标高+16.284m,桁架高度2.2m,主桁架为南北方向共7榀,每榀跨度51m,下设5处支座.主桁架间通过横向桁架联结.
25m预赛馆管桁架位于11-19/S-U轴,桁架支座标高+3.750m,桁架顶标高+6.550m,桁架高度2.3m,主桁架为南北方向共6榀,每榀跨度15.55m～18.1m,下设2～3处支座.主桁架间通过横向桁架联结.
50m和25m射击预赛馆管桁架弦腹杆主要为PIP89×6～PIP168×16等规格,50m预赛馆主桁架跨度51m,单榀桁架重量12t;25m预赛馆主桁架跨度18.1m,单榀桁架重量4t.典型特征见下图：
2施工特点及重难点
经过对本工程大跨度管桁架所在位置及方案介绍分析可知,此处吊装存在以下难点：
2.1 大跨度管桁架结构杆件多,钢管贯口切割精度要求高
主要困难：本工程50m、25m射击预赛馆管桁架存在大量钢管加工,与钢管相贯节点的几何信息正确与否是相贯线切割质量保证的重要条件,桁架杆件皆为圆钢管,且大量连接节点为相贯节点,采用何种合理的切割设备、切割工艺来确保钢管的相贯线切割精度将是整个工程质量的重点.
2.2 拼装难度大、精度要求高
主要困难：管桁架杆件多,形式复杂,且桁架超宽超大,需散件运输至现场,拼装后安装.现场拼接胎架的设立位置确定和拼装精度的控制是重点.
2.3 杆件数量多,管理组织要求高
主要困难：本工程杆件多,规格多,施工分区多,同时施工的工作面多,若构件管理不善造成现场构件管理混乱,将给工期和成本造成巨大的损失.所以,如何将杆件有序包装,配合现场的成品管理,是本工程的重点[1].
2.4 跨度大,净空高,吨位大
50m预赛馆主桁架跨度51m,单榀桁架重量12t;25m预赛馆主桁架跨度18.1m,单榀桁架重量4t.
3吊装方案选择以及施工
3.1 吊装方案选择
经过对本工程大跨度管桁架所在环境位置及方案要求分析可知,可供选择的吊装方案及思路如下：
（1）整榀桁架整体吊装法
整体吊装法是指大跨度空间钢结构在地面拼装成整体后,采用单根或多根拔杆,一台或多台起重机械进行吊装就位的施工方法,吊装时可高空平移或旋转就位.
焊接量几乎在地面进行,能够保证施工的质量,但对起重设备的能力和起重移动的控制尤为重要.
以整榀桁架为吊装单元可大大提高工作效率,减少空中焊接拼装缺陷,降低施工难度.因此工程开始就将整榀吊装的施工思路纳入方案选择之中.
（2）分段或分块吊装法
分块或分段吊装法是将结构进行合理的划分,然后由起重设备吊装至设计位置,完成高空对接拼装,形成整体的安装方法.
结构划分的大小视起重设备的能力大小和结构状况而定.桁架结构的分段位置不宜在跨中,网架结构可采用分块或分条的安装方法.施工难点和重点是吊装单元的合理划分,吊装单元必须自成体系,并保证足够的刚度,以确保吊装过程中吊装单元的稳定性以及变形等满足要求.
将整榀桁架合理的分割成段,以每一段桁架为单独的吊装单元待用,有利于桁架的快速施工,小单元可以在平地制作好,可与工程结构平行施工,一旦安装条件具备,即可立即吊装;分段吊装还能减少现场施工环境及场地限制问题对吊装的影响,并且因此对吊装机械的要求也会相对变小.
由于50m射击预赛馆管桁架挡弹板管桁架整段自重超过塔吊起重能力,且距汽车吊站位位置较远,无法使用汽车吊跨外进行吊装,经过多方会审以及对现场情况勘察,最终确定采用塔吊在三层楼板进行分段吊装.
桁架支座、焊接球、弦腹杆均以散件形式入场,经塔吊直接卸到3层楼板上,在3层楼板搭设拼装胎架,分段拼装完成后吊装.
3.2 管桁架结构吊装吊机选择
50m射击预赛馆管桁架采用1号（T7020）、2号（TC5710）、
4号（H7015）塔吊,在各自的塔吊覆盖范围内,将桁架分段拼吊.
塔吊覆盖范围图如图4.
根据塔吊起重性能,将7榀主桁架分为5-9段,8线主桁架分为5段,20线主桁架分为9段,下部设置支撑胎架,分段接头错开高空焊接.
支撑胎架从+10.1m～+14m,胎架高度4m.管桁架分段重量均在0.5t～4t范围内,胎架主肢、腹杆采用L63×6角钢,截面500×500,经计算满足支撑受力要求.
3.3 管桁架结构吊装吊点选择
在确定大跨度空间桁架结构的吊装方案时,吊点的选择和吊点的分布是首先要考虑的问题.一个平直的大跨度结构构件,要吊装到设计标高与两柱头连接,其吊点的选择和吊点的分布要保证起吊后的梁：在自重作用下两端的轴向相对变形等于或接近零,这样吊装到设计位置的梁就能准确就位,不会超长也不会缩短.依据这个原则,吊点的选择要满足以下三条：
（1）吊件两端的轴向相对变形等于或接近零.
（2）吊件翻身、起吊过程中自身重力作用下的变形和弯矩分布比较均匀,且数值最小.
（3）设计方提供的构件吊装验算数据及吊装要求.
在本工程中考虑到吊装高度和吊装机械的参数,以及吊装桁架的整体性因素,经过专家论证等各方的讨论协商,桁架吊装决定采用四点绑扎、分段整体吊装、次就位的方法.为使桁架吊起后不发生摇摆,与其他构件相碰,起吊前在离支座的节点附近用麻绳系牢,随吊随放松,以此保证其正确位置[2].
3.4 劳动力安排
根据该节点进度要求,钢桁架结构施阶段高峰期间,每天现场所投入劳动包括起重工、拼装工,铆工、焊工、测量工等总计约 30人 .
4桁架吊装施工过程
4.1 桁架吊装施工工艺流程
桁架吊装施工工艺流程如下：场地清理一 待吊装桁架就位一 吊机就位—搭设高空操作平台一 试吊装一 正式吊装 一高空就位 一 搭高空焊接操作台一 焊接一 落钩.
4.2 桁架吊装前准备
（1）桁架吊装前,主体结构必须施工完毕,并且检查验收合格.
（2）吊装前,吊机所行的路线和辅助吊车的位置必须提前确定好,以确保吊装的顺利进行,起重机吊装工作范围内的障碍物必须预先清除.
（3）吊装施工时使用的钢丝绳、索具、撬棒、卡环、包角、道木等应该准备齐全,并达到施工使用要求.
（4）吊装前,安装施工人员根据桁架及次梁的实际尺寸,对吊装施工中垂直空间内影响和阻碍吊装的物体拆除清理干净.
（5）吊装前,根据现场实际情况和施工机械的现状,编制合理的吊装施工方案.组织参加作业的施工人员对方案进行学习,掌握吊装方法和技术要求.
（6）桁架梁安装点尺寸符合要求.
（7）影响吊装的桁架上障碍物处理、场地障碍物已经处理完毕,表面擦洗完毕需带上的附件已固定.
（8）现场所有警戒措施及通信设施合格.
（9）道路使用申请已经审批.
4.3 试吊
由于本工程钢管桁架构件质量较大,长度较长,故选用分条分片吊装,并且用三台塔吊共同吊装.为了确保吊装的安全可靠,每榀桁架正式吊装前应进行试吊,试吊时在桁架吊离地面150～200mm时,应停留几分钟,检查全部机具与支脚稳定性,发现问题应先将工件放回地面,故障排除后重新试吊,确认一切正常,方可正式吊装.为了防止构件在起吊和就位过程中摆动过大,在构件两端设牵引绳,以便操作人员对构件定位进行控制.
4.4 正式吊装
第一步：在分段桁架下方设置胎架.
第二步：用塔吊将拼装安放好的管桁架从三层楼板缓慢吊起4米厚停止.
第三步：塔吊缓慢旋转臂杆到合适的角度,到达要吊装的位置正上方时,停止旋转.
第四步：钢结构施工人员进入施工现场,由塔吊配合安装固定桁架,直至钢桁架焊接结束,工作人员确定可以可以松钩为止,吊装人员才可摘钩.
第五步：依照此步骤,依次吊装其他桁架.
4.5 测量控制
（1）定位及标高的控制
钢桁架安装前,用全站仪放样出桁架端柱中心定位坐标,并在埋件上做好标记.安装时,对准已在埋件放样好的定位坐标控制钢桁架的定位.
根据钢桁架的底标高,利用水准仪测量埋件的标高.
对于空间弯曲结构,必须严格按照设计坐标,全站仪全程跟踪.
（2）垂直度控制
利用揽风绳和经纬仪从两个侧面同时观测精确钢桁架垂直.钢桁架校正完毕后进行临时焊接固定,焊缝长度不得小于正式焊缝长度的1/5.垂直底的偏差控制在高度的1/1000.
4.6 焊接质量通病及控制
（1）焊接变形对施工质量影响非常大,所以,焊接时应采取措施严格控制焊接变形.
（2）根据板的不同厚度采取相应的预热措施及层间温度控制措施.
（3）实施分段的多层多道焊,每焊完一道后应及时清理焊渣及表面飞溅,发现影响焊接质量的缺陷时,应清除后方可再焊.
（4）连续焊接时应控制焊接区母材温度,保证层间温度符合要求,遇有中断焊接作业的特殊情況,应采取保温措施,再次焊接时,应重新预热且应高于初始预热温度.
（5）焊接时严禁在焊缝以外的母材上打火引弧.
（6）焊后应认真清除焊缝表面飞溅、焊渣、焊缝不得有咬边、气孔、裂纹、焊瘤等缺陷和焊缝表面存在几何尺寸不符现象,不得因切割连接板、刨除垫板等工作而伤及母材,连接板、引入、引出板刨除后的表面应光滑平整.
5吊装过程安全控制
（1）作业前需对吊车司机、指挥、起重吊装作业人员等进行交底,让其了解作业内容、作业环境、安全要求等.
（2）吊车作业人员、指挥人员必须了解本机的工作原理和构造及安全装置的构造和调整方法.作业前,操作人员需对本机进行自检,以确保安全.起重指挥人员如果在作业过程中发现本机有异常现象,必须立即告诉司机,对异常现象进行处理.
（3）进入现场的人员戴安全帽;
（4）高空作业人员必须佩带双钩安全带,安全到高挂低用,随时保证安全带有可靠的挂接点;
（4）密集高空作业点安全管理人员重点监护,随时提醒高空作业人员注意安全,相关管理人员做到旁站式管理.
（5）设专人指挥机械,机械作业范围内不得站人,无关人员不得进入现场;
（6）杜绝违章作业.
（7）起重吊装“十不吊”
（8）作业过程中如遇见大风、大雨、大雪,应立即停止作业,并将主臂收回.
（9）在操作过程中,应避免吊钩着地.如果吊钩必须着地,再次升起时,必须注意监视卷筒钢丝绳的排列情况,避免卷筒钢丝绳乱绳,必要时须重新排列卷筒钢丝绳.
（10）卸扣必须检查合格后使用,所用卸扣必须满足吊重所需,不得以小带大,在使用过程中经常检查.
（11）起重机作业时速度应均匀平稳,不得突然制动或在没有停稳时作反方向行走或回转.落钩时应低速轻放.
（12）每班作业完毕后,汽车吊必须退出施工现场吊装区域,并将主臂收回.
（13）起重吊装区域应拉设警戒绳,严禁无关人员穿过,并设监护人.
（14）起重机在作业中如出现故障或不正常现象,应采取措施放下重物,停止运转后进行检修,严禁在运转中进行调整或检修.起重机严禁采用自由下降的方式下放吊钩或重物.
（15）夜间施工时必须照明充分,存在安全隐患时必须停止作业.
（16）在开始吊装时,应先用微动信号指挥,待负载并离开地面200mm～300mm并稳定后,再用正常速度指挥.在最后降落就位时,也用微动信号指挥.
（17） 严禁将重物长时间悬吊空中,当作业中途休息或离开时,应将吊物落到地面,以防止高处坠物及物体打击等安全事故的發生.
6结束语
本文通过对现场实际情况、钢结构构件、吊机性能等进行关键技术分析,在保证施工安全、技术可靠的基础上,综合经济效益以及工期进度要求,研究出了一种科学合理的吊装方案对大跨钢桁架进行吊装,经过合理有序施工,所有大跨度钢桁架正在有序顺利吊装完成中,此施工技术研究为其他类似工程施工提供了一定的借鉴意义.
参考文献
[1] GB50017-2017.钢结构设计标准[S].北京：中国标准出版社,2017.
[2] GB50755-2012.钢结构工程施工规范[S].北京：中国标准出版社,2012.
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桁架引用文献:
[1] 桁架和桥梁自考毕业论文范文 桁架和桥梁类专升本毕业论文范文8000字
[2] 机械手和桁架本科论文开题报告范文 关于机械手和桁架自考开题报告范文8000字
[3] 钢桁架和桁架本科毕业论文范文 钢桁架和桁架方面硕士论文范文10000字
