大跨度双向BOX管钢桁架施工技术

许懿 李书文 冯颖 冯锦华 黄诚

【摘 要】大跨度钢桁架的吊装施工通常需要大型吊装设备的支持，文章依托实际工程实例，针对场地狭小、工况复杂等不利条件的大跨度双向BOX管钢桁架的吊装工程，提出以支撑架为作业承重平台的多段施工方案，并对该方案的具体施工方案及安全性進行了阐述、分析。

【关键词】大跨度;双向受力;支撑架;钢结构施工技术

【中图分类号】TU758.11 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）06-0052-03

0 引言

现代建筑在追求安全性的同时，也对外形的美观与创新性提出了新的要求，一些结构独特、复杂几何造型、流线型的建筑受到人们的青睐。但是，新颖独特的构造和复杂的结构类型给钢结构施工提出了更高的要求。

广西柳州市李宁体育馆工程是当前国内跨度最大的双向受力封闭式BOX钢桁架工程，同时存在吊装场地狭小、工况复杂及无法使用大型起重设备等不利条件。本文以该工程为切入点，介绍和分析超大跨度双向钢桁架局部支撑分榀分段分件吊装高空拼装技术、双向钢桁架拼装焊接技术、双向钢桁架支撑架卸载技术，为大跨度双向BOX管钢桁架的安装与施工提出一种新的且可行的施工方案。

1 工程概况

广西柳州市李宁体育馆建筑平面布置如图1所示，建筑高总高度为29 m。体育馆南北向屋架长121 m，东西向屋架长101 m，屋面为双向BOX钢管桁架和“H”形钢梁组合而成的空间受力结构体系，主桁架东西向跨度为82 m、主桁架南北向跨度为78 m。主结构构件材质为Q345B，桁架为BOX管桁架结构，桁架构件最小管径为BOX140 mm×4 mm，桁架最大管径为BOX250 mm×14 mm。1～16轴共10榀BOX桁架，13榀“H”形钢钢架梁;A～M轴共7榀BOX桁架，11榀“H”形钢钢架梁。其中，BOX桁架单榀最重为25.47 t，最轻为19.95 t;单件“H”形钢钢架梁最重为0.9 t，最轻为0.4 t。

2 施工工艺

根据双向钢桁架结构的双向受力特点及现场实际，选择局部支承分榀分段分件吊装高空拼装的安装方案，工艺原理如下：通过深化双向桁架的空间节点和杆件设计，以及支承承重支架设计，首先将一个方向受力的主桁架分榀分段安装在支撑架上进行拼装，并初步形成该方向的每榀主桁架受力体系;其次进行分件吊装拼装另一个方向的主桁架杆件及支撑体系杆件，并初步形成双向桁架受力体系;最后在支撑架顶部的作业平台上进行空中卸载就位，形成设计所要求的双向钢桁架受力体系。

3 施工步骤

3.1 独立承重支撑架及作业平台设计

支撑架布置如图2所示，按照安装方案在建筑物中间A-M轴方向每榀主桁架拼接接头E轴和H轴处搭设两排（超大跨度）支撑架及作业平台，其作用是局部支撑A-M轴方向每榀主桁架钢构件。支撑架搭设顺序为4轴支承架起，按照4→13轴的顺序依次逐跨进行，并逐跨拉结牢固，与逐跨吊装相适应。

支撑架的支撑标准段做法如图3所示，支撑架为格构式，最大高度为25 m，分段制作，段与段之间用M16高强螺栓连接，标准段长度为6 m，每个独立支撑架最大承受力约240 kN。支撑架荷载主要来自自身重力、上部桁架重力传递荷载、施工活荷载、横向风荷载及因支撑架卸载不同步产生的附加反力。

3.2 作业平台搭设

作业平台采用钢管扣件式脚手架结构形式，在支撑架外围与连接部位采用钢管扣件式脚手架搭设作业平台。作业平台的支撑架布置示意图如图4所示。从承重支撑架上部12～13 m处用圆管支撑连接，高度为1 m;从桁架底端处往下设置操作平台，平台高为1.2 m，往两侧各延伸1.2 m，边侧设置栏杆，栏杆高1.2 m，从承重支架端面上部设立高3 m的拼装护栏。

3.3 桁架安装与吊装

先在拼装场地内对桁架进行拼装。为防止构件组装因胎架不均匀沉降而影响精度，拼装场地要求先平整压实，再铺设200 mm厚的碎石垫层并进行压实，最后在上面浇厚度为150 mm的C20混凝土。场地选择以吊装设备的位置和主体钢桁架的最大外形尺寸为参考因素进行合理布置。

桁架拼装流程：结合本工程设计起拱要求（桁架起拱2‰，跨度大于6 m的钢梁起拱3‰），桁架拼装流程按照从下弦到上弦再到腹杆的拼装顺序进行单榀桁架的拼装，再将桁架拼装成吊装单元，以方便现场拼装时构件的定位及定位后的调整。

吊装的顺序如图5所示，为沿长向从一端到另一端依次进行：先吊两榀横向（短向）主桁架，再吊两榀横向桁架之间的纵向桁架，接着吊第三榀横向主桁架，依次进行直至吊完所有桁架。每一榀横向主桁架吊装时，将桁架分为3段，依次吊装，分段如图6所示，加工时桁架上下杆件在E、H轴附近截断，分段处的腹杆采用现场拼装，在现场高空焊接。桁架吊装时，先吊中间段，后吊两边段。吊装两榀横向桁架之间的纵向桁架时，应从中间向两边推进。

3.4 独立承重支撑架卸载

支撑架卸载采用液压千斤顶卸载法，如图7所示：桁架安装时，每个支撑架顶部设置2台50 t液压千斤顶支撑桁架下弦，通过调节千斤顶的行程使桁架下降时产生挠度，支撑受力逐渐变小，从而达到卸载的目的。

4 支撑架稳定性分析

支撑架分析计算主要采用sap 2000软件进行。针对角钢支撑架，根据模拟施工加载和卸载过程，钢桁架受力形式为双向受力，其中施工活荷载取3 kN/m2;水平方向的风载基本风压为0.35 kN/m2;考虑到施工时安装位置偏差引起的偏心，取偏心距L/7（L为支撑柱肢间宽度）。钢材采用Q235型钢，屈服强度fy=210 N/mm2支撑架标准节为1 000 mm×1 000 mm×800 mm，架高25 m;单榀BOX桁架取最重25.47 t，南北跨度为78 m，共10榀;东西跨度为82 m，共7榀。单榀“H”形钢架梁取最重0.9 t，南北向13榀，东西向11榀。

荷载组合如下：①1.35×恒载+0.7×1.4×活载;②1.2×恒载+1.4×活载+0.7×1.4×风荷載;③1.2×恒载+0.7×1.4×活载+1.4×风荷载;④恒载+0.7×活载+风荷载;⑤恒载+活载+0.7×风荷载。

支撑架应力计算结果如图8、图9所示。由图8、图9可知，支撑架偏心一侧的竖向杆件应力比增大，最大应力比为0.722，保持在0.9以内，故可认为支撑架设计满足钢桁架的吊装支撑需求。

施加荷载后，支撑架的位移情况如图10所示：未考虑偏心受状况压时，支撑架的竖向形变为-8.9 mm（方向上为正）;考虑偏心受压状况时，支撑架的竖向形变为-11.7 mm，同时产生水平方向上形变28.5 mm。参照《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）的有关规定：层间相对位移与层高之比值不宜大于1/400，故有28.5 mm<25 000/400=62.5 mm。经以上计算可知，支撑架的受力、变形设计均满足规范要求。

5 关键技术控制

对于设置在体育场看台处的支撑架，由于看台的承载力无法满足支撑架传递荷载的要求，因此需要对看台的支撑架位置进行加固。采用型钢及圆管等构件对看台结构进行加固处理，支撑荷载通过型钢梁传递至混凝土梁或楼板，再通过混凝土柱、型钢柱或钢管柱传递至底板，确保了看台及支撑结构的使用安全。场内支撑架多数需要支撑在二层、三层看台上，根据现场的实际情况，用型钢在看台上设置钢平台，支撑架设置在钢平台之上，底部与钢平台焊接固定，支撑架根据安装进度逐步进行搭设，以便于吊车在场内行走。

由于桁架长度较长，其平面外刚度较差，用普通的吊装方式进行吊装时分段构件易发生变形，所以选择扁担梁吊装的方式进行吊装，吊点设置在桁架上弦节点处，各吊点处吊索与水平面的角度设置在45°～70°。

支撑架卸载时必须遵守“变形协调，卸载均衡”的原则，尽量做到同步分级进行。卸载步数和每一步卸载量应根据节点设计挠度按比例计算确定。并且，必须进行施工模拟验算，确保结构和支撑架的安全。当千斤顶下降的总行程超过设计挠度的15%，支撑架仍处于受力状态，则应停止卸载，并查找原因。

6 结语

柳州李宁体育馆工程采用了超大跨度双向钢桁架局部支撑分榀分段分件吊装高空拼装技术、双向钢桁架拼装焊接技术、双向钢桁架支撑架卸载技术，克服了工程中建筑跨度大、工况复杂等不利因素的影响，同时吊车使用吨位小，支撑架体系满足了各方向桁架的施工需求，做到了安全可靠施工的同时，也节约了施工资源，对今后的大跨度钢结构建筑施工有一定的借鉴意义。

参 考 文 献

[1]GB 50017—2003，钢结构设计规范[S].

[2]GB 50755—2012，钢结构工程施工规范[S].

[3]彭玉丰，罗永峰.大跨度钢桁架吊装过程分析[J].结构工程师，2011，27（4）：45-49.

[责任编辑：钟声贤]