大跨度正交平面桁架屋盖安装施工技术

中国建筑第七工程局有限公司总承包公司 郑州 450004

1 工程概况

河南省某体育馆屋盖由正交平面桁架组成，其中短向为弧形平面桁架，桁架最高高度为3 m，长向为直线平面桁架，桁架最高高度为3.02 m，标高4.50 m以上屋盖管桁架结构由11榀主桁架、6榀次桁架、3榀环桁架及4榀角桁架组成。整个屋盖结构为沿长短轴双轴对称的结构，为增加结构的安全稳定性，在屋盖钢结构4个圆角部位和平面桁架之间设置支撑杆件（图1）。

图1 体育馆效果图

2 工程施工难点分析

2.1 钢结构屋面桁架跨度大、高度大、自重大

主桁架最大跨度72.90 m，次桁架最大跨度117.90 m，高度约25.74 m，主桁架单榀质量约30 t。在组装和拼装过程中对刚度、稳定性、吊点反力、挠度、杆件内力等进行施工验算，必要时需采取加固措施。

2.2 结构复杂、施工场地狭小

本工程标高4.50 m以上屋盖管桁架结构工程由主桁架、次桁架、环向桁架和拉索支撑组成，中心无柱子，结构体系复杂。

体育馆③轴至⑤轴区域设计有一地下室，地下室上面钢结构屋面桁架吊装时，机械设备站位受影响，致使吊机回转半径大。体育馆比赛馆内的场地面积约为2 146.84 m2，场内可使用的施工面积较小。

2.3 各工况下跟踪测量控制难

由于施工过程中结构体系发生转化，主桁架杆件和次桁架通过变形来完成转换，因此，各施工工况下对主桁架的位置必须进行跟踪测量，施工时采取必要的措施，使变形在受控下完成，以保证整体造型和施工质量。

3 正交平面桁架屋盖安装方案选择与施工

3.1 方案的选择与优化

在综合比较现场拼装、空中组装、平面滑移法，分4段吊装法和分3段吊装法后，决定采用分3段吊装法，即：主桁架划分3段，两端的2段用汽车吊吊装并与型钢柱焊接安装，中间1段在地面拼装，用大吨位汽车吊整体吊装拼装法。

1）优势：主桁架分段少，地面拼装量大，地面拼装相对高空拼装操作简单；分段少，吊装量少，吊装机械投入少，机械费用低。分段少，断点处支撑数量减少，安全性和经济性提高。主桁架整体吊装安装拼装断点少，累计误差小。地面拼装、整体吊装速度快，工期短[1]。

2）劣势：需要1 500 kN大吨位吊车。

3.2 正交平面桁架屋盖安装

1）将每一榀主桁架划分成3个吊装单元，共分3段，每段质量分别为弧形钢柱段（左）6.50 t、弧形钢柱段（右）6.50 t、钢梁段17.50 t（图2）。

图2 主桁架分段后示意

图3 主桁架拼装胎架剖面

3）汽车吊机及履带吊机选择及行径路线。2台500 kN汽车吊在体育馆场外吊装主桁架弧形钢柱段（左）和弧形钢柱段（右），1台1 500 kN履带吊作为主吊机在体育馆场内吊装③～轴主桁架钢梁段，在体育馆场外吊装轴主桁架钢梁段，2台250 kN汽车吊及2台塔吊进行次桁架等散装构件的吊装[2]。

图4 主、次桁架钢梁段完成后示意

图5 屋盖安装完成后示意

3.3 吊装质量控制

1）临时操作平面顶部胎模就位测量：临时操作平台顶部钢板上面设置弧形桁架及水平桁架下弦杆胎模。先用全站仪在顶部钢板上定位出主桁架所在位置的定位轴线，然后用水准仪将标高引至临时平台上，调整胎模使其中心线与轴线重合，然后调整胎模标高使其与所支撑位置下弦杆标高一致，最后焊接固定在临时操作平台钢板上。

2）桁架就位测量：弧形桁架吊装时，弧形桁架与胎模相对应一端的下弦杆吊至胎模内，另一端与型钢柱上桁架上、下弦杆切口处对接。利用不在一条直线上的3个点确定一个平面的原理，固定好弧形桁架。水平桁架吊装时，先检查各临时操作平台钢架支座处胎模中心线的位置，然后将水平桁架吊装至胎模内，复核后焊接。此处胎模标高确定时要考虑预起拱。

3）桁架标高复测：复测桁架标高，若有偏差，则在支撑架定位点上放置千斤顶，利用千斤顶进行微调校正。

4）桁架安装复测：桁架直线度、标高校核完毕后，利用缆风绳将桁架固定。

5）桁架吊装累计误差的处理：为了防止出现累计误差，主桁架吊装前都要对轴线进行实际测量，以实际测量尺寸为依据确定主桁架间次桁架的长度，遵循次桁架长度就主桁架间距的原则。

4 结语

施工前，项目部通过BIM施工模拟及Midas软件对吊装方案的技术经济进行对比分析，使吊装方案进行多次优化，最终创造了较好的社会效益和经济效益。施工后，通过现场实测，各项指标均在设计范围之内。