大型钢结构环形桁架施工技术.pdf

大型钢结构环形桁架施工技术木 吴林萍 金振 广厦建设集团有限责任公司 杭州 3 1 0 0 1 2 摘要 乐清市体育中心体育馆环形桁架净空高、断面大 ，施工难度大，通过科学设计、合理施工，确保了钢结构的顺 利安装，提高了安装精度，有效控制了结构变形。取得了良好的施工效果，可供类似工程借鉴。 关键词环形桁架 V 形柱 对称吊装 变形 合拢缝 中图分类号T U 7 5 6 4 文献标志码B D OI 1 0 ． 1 4 1 4 4 ／ j ． c n k i ． j z s g ． 2 0 1 5 ．0 7 ． 0 1 6 Co ns t r u c t i o n Te c h n o l o g y f o r Ci r c u l a r T r us s o f La r g e S t e e l S t r u c t ur e ★ W U Li n pi n g J I N Zh en Gu a n g s h a Co n s t r u c t i o n Gr o u p Co． ， L t d．Ha n g z h o u 31 0 0 1 2 1 工程概况 乐清市体育 中心体 育馆钢结构屋盖平 面投 影呈椭 圆 形 ，南北长约 1 4 8 m，东西宽约 1 2 8 m，屋面最高标高为 2 8 m。屋盖结构采用索桁式弦支体系，由单层曲面网格 结 构 和空间 索桁体 系杂 交而成 图1。 由周边v 形 柱 和上下环梁形成的钢结构环形桁架作 为屋盖支撑体系 。 钢结构用量约为3 0 0 0 t ，构件材质为Q 3 4 5 B 。V 形柱采用 西9 0 0 m m x 2 5 m m圆管截面 ，共计2 4 根 ；上下2道环梁采 用 圆管截 面 ，分布 于v形柱顶部 和中上部 ，上 环梁构件 截面 西1 7 0 0 m m x 3 5 m m，下环梁构件截面 1 0 0 0 m m x 3 0mm 图1 钢结构轴测示意 2 总体安装方案 体育馆环形桁架 ，采用2 台S C 1 5 0 0 型1 5 0 0 k N 履带吊在 馆外侧由长轴两端采取对称站位进行 吊装 。V 形柱 吊装分 段为相邻2 段斜钢柱形成 1 个倒V 形 ，同时在上端部两侧各 带4 5 0 m m 长 的上下环梁端头以方便环梁连接 。环梁按每一 注本项 目为浙 江省 住房和城 乡建设厅科 研课题 ，课题煽号 为2 0 1 2 0 3 8 。 田建 筑 袍 工 第 3 7 卷 t 7 M 个柱距为一个 吊装分段。现场 吊装时首先安装相邻的2 段倒 v 形柱吊装分段 ，然后 吊装v 形柱问的下环梁分段。当相应 的径向梁和环梁 吊装完成之后再 吊装上环梁分段和上下环 梁间的连杆。依此顺序完成环形桁架 的吊装 。 3 吊装施工技术 3 ． 1 倒V 形柱地面 拼装 使用全站仪将倒v 形柱 的各分段轴线放样至地面上一 设置拼装胎架 ，并对胎架位置和标高进行测量调整一安装 倒v 形柱顶部带节点的分段一安装倒v 形柱下部的分叉段一 用经纬仪复核并校正 ，进行焊接操作 ，完成拼装 3 ． 2吊装施工顺序 先 吊装预埋段Y 形钢柱 ，然后 吊装倒V 形 钢柱 ，接着 分段吊装下环梁 ，再分段吊装上环梁 。当体育馆现场土建 施 工符合 钢柱预埋条件时 ，钢结构进 场进行钢柱预埋段 的安装 ；当土建地基基础结构完成后 ，在馆外侧布置2 台 1 5 0 0 k N 履带吊进行吊装施工。 3 ． 3 倒V 形钢柱 吊装 倒 v形钢柱长度为2 6 ． 9 0～2 6 ． 9 9 m，质量为 3 0 ． 2 6～ 3 0 ． 3 5 t ，采用1 5 0 0 k N 履带 吊单机 回转法直接起 吊，满足吊 装要求 。2 台1 5 0 0 k N 履带 吊同时从椭 圆短轴部位进行对称 吊装作业 ，在柱上环梁端头设 置吊点 ，钢丝绳从柱上环梁 端头穿过。当倒v 形钢柱起吊至设计位 置时，采用设 置在 倒v 形钢柱柱脚的牵引绳进行调整就位 ，通过焊接在柱上 的连接耳板和高强螺栓进行临时固定 。先通过千斤顶调整 倒v 形钢柱 的标高 ，然后利用 安装卡具调整上下柱接头错 边 ，再利用全站仪检测各个基准点和外形线 的实际位置 ， 同理论位置进行比较后进行构件 的精确调整 ，达到误差要 求后按照既定 的焊接顺 序对该 吊装段 的构件进行 焊接 固 定一 。 墨 苎 堡 塑 堕 塑 三 苎 3 ． 4 上 下环梁 吊装 下 环梁 各段 长度 为 1 5 ． 3 9～1 5 ． 4 3 m，最 大质量 为 1 1 ． 0 7 t ；上环梁各段长度为1 5 ． 8 7～1 5 ． 9 9 m，最大质量为 2 2 ． 9 7 t ，采用l 5 0 0 k N 履带 吊满足吊装要求。环梁吊装前 ， 应清理钢梁表面污物 ；对产生浮锈的连接板和摩擦面在吊 装前进行 除锈。在地面用临时螺栓把连接板 固定在梁的两 端 ，将高强螺栓装于工具包 ，并将工具包绑在离梁端 1 m 位置处。钢梁 吊装就位时要注意钢梁的上下方 向及水平方 向，确保安装正确。起吊就位后 ，先用撬棍再用冲头 冲 钉 调整好梁的准确位置，然后夹好连接板 ，当连接板与 螺栓孔对正后 ，临时螺栓拧紧固定 ，即可脱钩 。整个安装 过程 中，与梁连接 的柱必须 由全站仪对柱的坐标进行跟踪 监测 ，柱的坐标偏差值要控制在允许范围内。 4现场焊接施工 4 ． 1 焊接特点 环梁节 点形式 复杂 ，焊接质量要求高 ；钢柱对接 、 钢梁对接 ，基本上是高空焊接 ，焊缝质量等级均为一级焊 缝 。Q 3 4 5 B 钢材焊接质量控制 困难 ，精度要求高 ；环形桁 架呈椭圆形 ，南北长约为1 4 8 m，东西宽约为1 2 8 m，焊接 变形控制尤为重要。根据工程特点 ，考虑焊接效率和操作 难度，决定采用C O 气体保护焊 。 4 ． 2 整体 分段施焊 为了使环形桁架均衡承受焊接应力 ，把整个钢结构环 形桁架分成8 个施工段 ，由2 个作业班组同步对称进行焊接 施工 ，确保焊接参数一致。焊接时采用多层焊接 的方法 以 减少构件纵 向变形 ，每层起弧点相距3 O～ 5 0 m m，避免缺 陷集中在一处。 4 ． 3 杆件 焊接顺序 斜柱钢梁组焊时应采取合 理的焊接顺序 ，同一根柱 子两侧的节点焊接必须 同时进行 ，以保证钢柱左右对称受 力 ，确保钢柱角度正确 ；同一根梁的两端焊接采用一先一 后 的方法，一端焊接完成并且焊缝温度冷却到常温 ，焊接 应力有效释放后 ，再进行梁另一端的焊接施工。 4 ． 4 合 拢缝设置 由于平面呈椭圆形的环形桁架 ，南北长度达到1 4 8 1 T I ， 东西宽度达到1 2 8 m，焊接应力与变形很大 ，为了有效消除 焊接应力 ，决定在体育馆环形桁架 的2 2 8 轴、7 - 9 轴 、1 4 ． 1 6 轴 、2 1 2 3 轴设置4 条合拢缝 ，在合拢缝施焊封闭前 ，尽量 使4 个区间的桁架焊缝能比较 自由的收缩 ，尽可能多地释放 焊接应力。等环形桁架所有的焊缝都施焊完成并且冷却至 常温后 ，再进行4 条合拢缝 的焊接。 4 ． 5 焊接工艺 钢柱 、钢梁截面为西9 0 0 m m x 2 5 m m、西1 7 0 0 m m x 3 5 m m、 1 0 0 0 mm x 3 0 m m的圆管 。对接焊接时将高空 操作平 台安装在柱对接位置以下 1 ． 2 m 处 ，配备2 名焊工焊 接 。施焊前 ，焊工应检查焊接部位 的组装质量 ，如不合要 求 ，应修磨补焊合格后方能施焊。坡 口表面不允许带有污 泥杂质 、油污 、氧化皮等影响焊接的物体 。单个构件焊接 时采用2 人对称施焊 ，每焊1 层都要认真清渣。 5 施工监测 、 体育馆钢结构屋面采用 了预应力技术 ，施工过程中对 环形桁架等主要构件进行 了施工监测 。由于上环梁直接与 主动受力索连接 ，因此对环形桁架的上环梁应力采用应变 传感器进行监测 ，测点布置如图2 所示。监测结果显示 ，上 环梁 的应力变化总体上与施工过程的结构受力变化规律吻 合较好 。无论是张拉阶段还是屋面板施工阶段 ，上环梁的 应力变化较小 ，变化值大多在2 0 M P a 以内 】 。 图2 上环梁应 力测点布置示意 6 结语 乐清体育 中心体育馆环形桁架净空高、断面大 ，施工 难度大 ，通过科学设计 、合理施工，确保 了钢结构的顺利 安装 ，保证了安装精度 ，有效控制了结构变形 ，取得了良 好效果 ，工程获得 了2 0 1 3 年度中国钢结构金奖。 ◇◇ 参考文 献 ◇◇ [ 1 ] 叶身炉， 任兴， 常奇． 乐清体育场钢 结构工程的施工技术[ J 】 _浙江建筑 ， 2 0 1 3 1 3 5 3 9 ． [ 2 ] 金振 ． 刘海安， 吴小伟， 等 ．高 空大跨度 索桁式弦 支结构 的施 工与监测 【 J ] l 建筑施工，2 0 1 4 1 1 1 2 4 2 1 2 4 7 ． [ 3 ]3 谢 中原 ，李世 鲲， 关新莉， 等 超高层建筑钢结构桁架避难层深化设计 及施工[ J ] ． 建筑科技情报，2 0 1 4 3 1 4 ． [ 4 ]刘福寿，金栋平， 陈辉． 环形桁架结构动力分析的等效力学模型[ J ] l振 动工程学报．2 0 1 3 4 5 1 6 5 2 1 [ 5 ]杨日 月 I周志健， 王东， 等． 超长环形钢筋桁架楼承板综合施工技术[ J ] ． 天 津建设科技，2 0 1 3 3 1 6 1 7 ． 【 6 ] 郭正兴 ，仇俊 ， 罗斌． 椭圆形轮辐式预应 力索桁结构施工技术[ J 】 l施 工 技术． 2 0 0 5 7 1 3 ． [ 7 ]陈茜，于滨， 朱莹， 等． 深 U I I 安体育场轮辐式索一 桁屋盖整体张拉提升 技术[ J 】 ． 施工技术 下半月．2 0 1 I 9 2 9 3 2 [ 8 ] 武建 明． 复杂边界条件 下的膜结构设计与施工[ J ] ． 绿色建筑 ，2 01 4 2 47 -4 9． 2 0 1 5 ． 7 ． B u U d in g C o n s tr u c t i 。 n 圆