大跨度变截面拱形立体管桁架施工技术

维普资讯 http://www.cqvip.com ・３２６・　建　筑　技　术　第３８卷第５期２００７年５月　Ｖｏ１．３８　Ｎｏ．５　Ｍａｖ．２００７　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　大跨度变截面拱形立体管桁架施工技术　程勤功　，金　振２，毕庆槐　（１．杭州市建设工程质量安全监督总站，３１００１２杭州；　２．浙江省建工集团有限责任公司，３１００１２杭州；　３．浙江精工钢结构有限公司，３１２０３０浙江绍兴）　摘要：根据工程特点与场地条件，浙江财经学院体育中心２４榀大跨度变截面拱形立体管桁架，采用地面　拼装和空中拼装相结合的方法施工，拼装质量良好，焊接变形应力控制在设计要求范围内。　关键词：变截面；管桁架；拼装　中图分类号：ＴＵ　３７８．４　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００ｌ０—４７２６（２００７）０５—０３２６—０４　ＣｏＮＳＴＲＵＣＴＩｏＮ　ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ　ｏＦ　ＢＩＧ　ＳＰＡＮＮＥＤ　ＡＲＣＨ　ＰⅡ＇Ｅ　ＴＲＵＳＳ　ＷＩＴＨ　ＶＡＲＩＡＢＬＥ　ＣＲＯＳＳ－ＳＥＣＴＩＯＮ　ＣＨＥＮＧ　Ｑｉｎｇｏｎｇ’，ＪＩＮ　Ｚｈｅｎ　，ＢＩ　Ｑｉｎｇｈｕａｉ。　（１．Ｈａｎｇｚｈｏｕ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ，３１００１２，Ｈａｎｇｚｈｏｕ，Ｃｈｉｎａ；２．Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，　Ｌｔｄ．，３１００１２，Ｈａｎｇｚｈｏｕ，Ｃｈｉｎａ；３．Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｊｉｎｇｇｏｎｇ　Ｐｒｅｉｓｓ－Ｄａｉｍｌｅｒ　Ｓｔｅｅｌ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｌｔｄ．，３１２０３０，Ｓｈａｏｘｉｎｇ，Ｚｈ￣ｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇｒｏｕｎｄ　ａｎｄ　ａｉｒ　ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｗｅｒｅ　ｊｏｉｎｔｌｙ　ｅｍｐｌｏｙｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　２４　ｔｕｓｓｅｓｒ　ｉｎ　Ｓｐｏｎ　Ｃｅｎｔｅｒ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　ｏｆ　Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｆｉｎａｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｆｅａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｓｉｔｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ａｓｓｅｍｂｌｙ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｇｏｏｄ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｗｉｔｈｉｎ　ｔｈｅ　ｓｃｏｐｅ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｖａｒｉａｂｌｅ　ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ；ｐｉｐｅ　ｔｕｓｓ；ａｒｓｓｅｍｂｌｙ　浙江财经学院体育中心位于杭州市下沙高教园　区，系综合性室内体育馆，建筑面积１４８３４ｍ　。屋盖采　用钢结构，由２４榀大跨度变截面拱形立体管桁架壳体　平行穿插而成，屋盖整体轴测图见图１。屋盖总长度为　１６６．６ｍ，总用钢量为８７０ｔ。壳体结构由呈倒三角形的　横向梭形管桁架和纵向方管檩条以及０３６的圆钢拉索　共同构成，桁架底座与４５。斜面混凝土支墩铰接。按功　能分成Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四个区，其中Ａ区为７榀桁架，跨度为　７３ｍ，拱高２０．８ｍ，单榀桁架重量为３６．５ｔ，轴测图见图　２；Ｂ区为１０榀桁架，跨度为６６．４ｍ，拱高１９．８ｍ，单榀桁　图２　Ａ区单榀桁架轴测图　架重量为２４ｔ；Ｃ区为７榀桁架，跨度为６１．６ｍ，拱高１５。８　ｍ，单榀桁架重量为２３ｔ；Ｄ区为１榀桁架，跨度为３９ｍ，　拱高９．９ｍ，重量为２１　ｔ。每榀桁架的主弦管、腹管及支　管均为不同直径的等厚低合金高强度结构无缝钢管，　桁架的连接采用全焊接结构。　ｌ吊装方案选择　（１）双机抬吊：受场地的，建筑物一侧临近学　校，该侧大型吊机不能行走，故无法进行双机抬吊。　（２）高空滑移：由于管桁架平面尺寸大小不一，基　图１屋盖整体轴测图　收稿日期：２００６—１２—１８　础为混凝土支墩形式，安装滑道、支柱等的施工难度很　大，对桁架滑移不利。　（３）整体提升或顶升：由于屋盖结构复杂，周边支　作者简介：程勤功（１９６３一），男，浙江杭州人；杭州市建设工程质量安全　监督总站，工程师。　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第５期　程勤功，等：大跨度变截面拱形立体管桁架施工技术　・３２７・　撑点较少，且设备要求高，费用昂贵。　综合分析后否决了以上吊装方案，根据高空散装　杆　与分段吊装的优缺点，决定采用“三段式”综合安装工　艺。桁架端部两个边段在地面胎架上拼装完后，先用　５０ｔ履带吊将桁架两个边段安装固定，中间段在搭设的　满堂脚手架胎架上从两端对称往中间进行高空散装，　杆　杆　最后将桁架在中部进行合龙。　在现场制作和安装过程中存在以下特点和难点：　（１）高空拼装时各控制点的尺寸需要在楼面上放　出，然后用经纬仪引到胎架上，由于桁架跨度大、净空　高，测量控制难度大；　（２）桁架投影为梭形，横截面尺寸是变量，所以现　场拼装时，上弦杆各定位点需要在两个方向同时控制，　即拱高和侧弯；　（３）因上弦杆的成形为两个不同半径的圆柱面的　相贯线，而各腹杆与弦杆又相贯连接，因此相贯线切割　的好坏将直接影响到现场的拼装质量。　２施工方法　２．１施工顺序　本工程按区块进行安装施工：先进行Ｃ、Ｄ区的安　装，然后安装Ｂ区，最后完成Ａ区的施工。每个区块的安　装方向为由①轴向②轴推进。考虑到整体稳定性，每榀　桁架采用“三段式”综合安装工艺拼装完后，立即用檩　条将其与相邻的桁架进行连接固定。　２．２测量复核　根据纵横定位轴线和水准点，对现场各轴线进行　复核，测出各基础支墩预埋件轴线和标高偏差，做好记　录。在每个区块两端和中间各放出一条控制线，将上下　弦杆和腹杆的控制尺寸标注在控制线上，以备拼装时　用。　２．３地面拼装　每榀桁架的两个端部在地面进行拼装，然后采用　扒杆长度为４０ｍ的５０ｔ履带吊进行吊装。该履带吊在吊　距为１２　ｍ时的最大起重量８．７　ｔ，因此地面拼装部分的　重量控制在８．７ｔ１５）￣内，剩余中间部分则在脚手架胎架　上进行高空拼装。　２．３．１胎架设置　平整场地（２０ｍｘ５０ｍ），铺３００ｍｍ厚的道渣平整压　实，然后根据控制尺寸平行铺设６块１６ｒａｍ￣２０００ｆｆｌＩＴＩＸ　１２０００ｌｌＬｒｎ的钢板并垫实。用墨斗分中弹出一条基准通　线，在基准线两侧各设置一幅拼装胎架，胎架见图３，４　所示。每幅胎架设两排立杆，靠近基准线的立杆搁置上　弦杆（用连杆将该两排立杆连牢），靠外侧的两排立杆　图３胎架设置　图４　Ａ—Ａ剖面　则用于搁置下弦杆。胎架立杆采用０１８０ｍｍｘｌ２ｍｍ的　圆管，长度不小于５ｏ００ｍｍ，立杆按工艺图尺寸在弦杆　与腹杆相交处附近，沿垂直偏离弦杆中线约２００ｌｌＬｒｎ垂　直钢板焊牢，并用斜撑固定。根据各控制高度在立杆上　焊好搁置牛腿，牛腿用０１０８　ｍｍｘｌ０ｍｉｎｘ５００ｍｍ圆管，　并在牛腿下面加斜撑与立杆焊牢。　２．３．２拼装　先将厂里已拼装成型的一段放在地面胎架上，根　据各控制点的水平位置，在弦杆两侧的牛腿上焊接定　位板，以防调整标高时桁架发生水平位移。桁架水平位　置定好后，通过水平仪先将下弦杆调平，根据各控制点　处的标高调节上弦杆的高度，并复核上弦杆同一截面　是否垂直，符合要求后，依次进行下弦杆、上弦杆的拼　装，拼接时仍按上述顺序进行。拼装接头间隙控制在　３～５ｍｍ，错边量小于２ｌｌＵｒｎ，并在每个接头焊上３个马口　固定。进行腹杆拼装时，先装横杆，再完成腹杆的安装。　桁架拼装完后，对所有控制点的尺寸和标高进行全面　检查复核，验收合格后再施焊。　２．３．３　吊装　吊装前先根据基础埋件的定位轴线，在埋件上焊　接定位板，并根据桁架下弦杆在⑩轴或①轴的标高设　置竖向钢支柱，钢支柱与脚手架进行整体连接。钢支柱　设置后即可进行吊装，吊装时先根据基础预埋件上的　定位轴线将桁架端部进行固定，然后将另一端搁置在　钢支柱上，并根据地面定位轴线及经纬仪控制桁架的　轴线和通过水平仪控制桁架标高，调整该端位置并固　定（图５）。　２．４空中拼接　桁架两端安装完后即可进行中间段的拼接，拼接　维普资讯 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・３２８・　建筑图５吊装示意　胎架　堕堑　下弦杆　腹杆　定位杆　脚手架　，　Ｌ向＿３　口　口　．．．　【．．．．．一　厂ＨＲ—一门架　　．．．．．　１．．．图６拼装胎架　前先在门式脚手架上设置拼装胎架。用全站仪把地面　上的控制线和标高引至胎架上的定位杆上，拼装胎架　见图６，用５Ｏｔ履带吊先将下弦杆吊至胎架上拼接。弦杆　就位好后，根据定位杆上的位置尺寸先调整弦杆的位　置，并用定位板定位，按定位杆与弦杆的高差调整弦杆　的标高，复核无误进行固定，再拼接下一根弦杆，直至　下弦杆拼接完后再按上述步骤进行上弦杆的拼接。弦　杆拼完后将地面上的腹杆和檩条控制线引至各弦杆　上，依次安装各腹杆。第二榀桁架拼接完后，根据弦杆　上的定位线，依次安装檩条，相邻两檩条端部错边量不　大于３　ｉｎ／ｎ，以确保屋面板的安装。　２．５对接合龙　大跨度拱架对接合龙时的温度变形与温度应力较　大，对接合龙时的杆件根据实际测量尺寸进行下料。在　从两端往中间安装过程中逐段消除安装误差，合龙前　进行连续观察，确定温差对拱身的影响。根据工程特点　与环境条件，对接焊接温度应控制在１Ｏ℃以上。　２．６拼装接头处理　拼装接头内衬衬板，板宽４０ｉｎ／ｎ左右，厚度４ｉｎ／ｎ，　材质Ｑ３４５Ｂ。分段的各段之间设置临时螺栓固定连接　接头，分段组焊完成后经焊缝及各部分尺寸检验合格，　再拆开分段处的临时螺栓。　３焊接质量保证措施　（１）工程焊接必须严格按焊接工艺评定报告中的　技术　第３８卷　焊接工艺指导书执行，本工程主体钢结构材质为　Ｑ３４５Ｂ，购人的焊条必须要与钢材材质相匹配，施工现　场设置专门的焊条存储场所，分类保管。　（２）用于本工程的焊条均需要进行烘干。对低氢　型碱性焊条，严格按照有关规定进行使用前烘焙，烘干　时间每１～２ｈ烘干温度为３５０。～３８０。，保温温度与保温　时间为１５０。／２ｈ。　（３）焊条必须置于保温桶中，随用随领，对于低氢　型碱性焊条，由保温桶取出到施焊，暴露在大气中的时　间严禁超过１　ｈ，焊条的重复烘干次数不得超过两次，　对酸性焊条，由保温桶取出到施焊，暴露在干燥大气中　的时间严禁超过４ｈ。　（４）施焊前，对经过现场修理的坡口进行认真打　磨，清除氢化铁、铁锈、油污及各种附着物，并加设工艺　垫板，对于衬在坡口背部的衬板与坡口背部，必须清除　锈蚀和污物，不得在正式施焊前粗糙作业，给焊接施工　带来气孔增生、夹渣等先期缺陷。　（５）对接焊缝的错边不得超过２　ｍｍ，间隙控制在　８～１２ｉｎ／ｎ之间。施焊时，不得在焊缝１０ｍｍ之处的母材　上随意引弧。当出现偏弧现象时，需随时调整焊接设备　电流、电压，弧高尽量控制在１．５－３ｍｍ之间。　（６）焊缝尺寸做到符合设计要求的计算厚度值，　且应避免过多地堆焊加强、加高而产生较大的残余应　力。　（７）由于管桁架管位尺寸，且Ｙ形、Ｋ形节点　中支管之间间隙较小，焊接空间狭窄，各节点、焊缝由　一名焊工先定位点焊后，再采用对称焊接完成焊缝。　（８）相贯节点有割口部分的焊接，其焊接相当于　部分溶透的组合焊接，允许在口侧有２－３　ｍｍ的不溶　透，但需增加２～３ｉｎ／ｎ角焊缝。　（９）每道焊缝焊完后，对接焊缝和腹杆的相贯焊　缝用角向磨光机去除焊渣和飞溅物，然后采用超声波　检测焊缝质量，现场的所有对接焊缝，支座节点焊缝均　为一级焊缝，检测比例为１００％，相贯焊缝为二级焊缝，　检测比例５０％，当检测出焊缝有严重缺陷时，当事焊工　必须按照项目部制订的返修方案进行处理。　４桁架支承架拆除顺序　在每一区吊装完最少二榀桁架时，且桁架间的连　杆及檩条安装结束，并焊接固定后，准备拆除支撑架。　对每一榀桁架的支撑拆除，首先拆除中间的支撑　点，由于中间的支撑桁架的下弦管处的支撑点设置了　千斤顶，所以先拆除上弦管的支撑，然后慢慢松千斤　顶，其余的支撑拆除按中间往两端方向间隔对称进行。　维普资讯 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第３８卷第５期２００７年５月　Ｖｏｌ＿３８　Ｎｏ．５　Ｍａｙ．２００７　建　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　筑　技　术　・３２９－　预应力斜拉管在大悬挑空间体系中的应用　黄　明　，张久红　，罗　明２　（１．江苏南通六建建设集团有限公司，２２６５００江苏如皋；２．南京东大现代预应力工程有限责任公司，２１００９６南京）　摘要：江苏省科学历史文化中心工程造型新颖、复杂，在设计与施工中，对圆弧钢结构部位采用了预应力　斜拉管，使多层悬挑梁形成空间稳定结构，在满足构件受力性能要求的同时，也满足了空间造型美观的要求。　关键词：预应力；斜拉管；拉索；无粘结筋　中图分类号：ＴＵ７５７　文献标识码：Ｂ　文章编号：１０００－４７２６（２００７）０５－０３２９－０３　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　ＯＦ　ＰＲＥ—ＳＴＲＥＳＳＥＤ　ＴＥＮＳＩＬＥ　ＰＩＰＥ　Ｔ０　ＢＩＧ　ＳＵＳＰＥＮＤＥＤ　ＳＰＡＣＥ　ＳＹＳＴＥＭ　ＨＵＡＮＧ　Ｍｉｎｇ’，ＺＨＡＮＧ　Ｊｉｕｈｏｎｇ’，ＬＵＯ　Ｍｉｎｇ。　（１．Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｎａｎｔｏｎｇ　Ｎｏ．６　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｇｍｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，２２６５００，Ｒｕｇａｏ，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｄｏｎｇ—ｄａ　Ｍｏｄｅｍ　Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，２１００９６，Ｎａｎｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｈｉｓｔｏｒｙ　ａｎｄ　Ｃｕｌｔｕｒｅ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｊｉｎｇｓｕ　Ｐｒａｏｖｉｎｃｅ　ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ａ　ｎｅｗ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ｏｂｌｉｑｕｅ　ｐｉｐｅ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｙｅ　ｓｔｅｅｌ　ｓｔｒｕｃ－　ｔｕｒｅ　ｔｈａｔ　ｃｏｕｌｄ　ｓｔａｂｉｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ　ｂｅａｍｓ，ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｓａｔｉｓｆｙｉｎｇ　ｔｈｅ　ｌｏａｄ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏ－　ｎｅｎｔ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｂｅａｕｔｉｆｙｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｐａｃｅ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｒｅ——ｓｔｒｅｓｓ；ｏｂｌｉｑｕｅ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ｐｉｐｅ；ｔｅｎｓｉｌｅ　ｃａｂｌｅ；ｂｏｎｄｌｅｓｓ　ｂａｙ　江苏省科学历史文化中心，建筑面积约４万ｍ　，建　筑结构形式为大跨钢屋盖结构＋框架结构。造型新颖，　蝴蝶状设计使整个建筑为之增色。为保证各种荷载作　地斜柱；　（２）受建筑造型的约束，悬挑梁的高度受到；　（３）挑梁悬挑一层比一层多，外侧钢结构幕墙饰　面，荷载大，且悬挑梁的后方为大剧院，保证整体稳定　成为关键。　用下结构的安全性，对蝴蝶的两翼圆弧钢结构部位采　用预应力斜拉管，见图１，２。　１预应力斜拉管设计　１．１方案确定　（１）一层为建筑物主入口，设计要求不得设置落　收稿日期：２００６－１２－２２　经综合分析确定，采用预应力斜拉管结构，以满足　多层悬挑梁形成空间稳定结构的要求。　１．２基本参数　（１）预埋件：预埋钢筋与钢板采用穿孔塞焊，焊缝　质量等级为二级；　（２）斜拉管：斜拉管采用０２９９热轧无缝钢管，内　作者简介：黄明（１９６９一），男，江苏如皋人，江苏南通六建建设集团有限　公司．高级工程师．国家一级建造师。　５结语　桁架拼装完成后，效果如图７所示，经过相应的质　量检测和观感检查，现场拼装的效果比较理想：（１）外　观上各相贯线圆滑连贯，达到设计预期的建筑轮廓观　感效果；（２）一、二级焊接超声波检测及第三方见证检　测，均１００％合格；（３）支座位移（水平位移与垂直位移）　在规范允许范围之内；（４）桁架垂直度，下弦杆挠度满　足设计和规范要求；（５）桁架上下弦杆、腹杆应力应变　测试表明焊接变形产生的应力在设计控制范围内。　采用“三段式”综合安装工艺进行大跨度变截面拱　形立体管桁架的安装具有以下优势：充分利用现有场　地进行边段地面拼装，充分发挥履带吊的性能，边段安　装后对中段高空拼装起到引导作用，充分发挥“三段　式”综合安装工艺的特点，满足技术要求，保证施工质　量，经济合理　参考文献　【１】秦宾．双曲面穹顶钢结构屋盖主桁架安装工艺．施工技术，２００４，３３　（１１）：１６－１８．　【２】张喜一．无锡体育会展中心大跨度钢管桁架安装技术．施工技术，　图７桁架拼装完成效果　２００４，３３（１１）：３２－３４．