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高级工程师论文

申报论文

（高级）

题目：

大跨度双层廊道型钢桁架结构安装技术

单位：

北京城乡中昊建设有限责任公司

姓名：

同平武

课题方向：

大跨度钢桁架吊装

2013年6月14日

摘要

本文介绍了大跨度双层廊道型钢桁架结构受到现场条件狭窄的限制,不能采用整体吊装,也缺少高空单件散装拼装的条件,最终选择了采用预搭台架,主桁架分段吊装和次桁架散装相结合以及千斤顶调整卸载的安装技术方案,成功完成安装工程的典型经验。

关键词：

大跨度双层廊道钢桁架吊装安装技术

绪论

近年来钢结构建筑凭借其综合造价低、大空间、抗震性能好等优点迅速发展，尤其在公共建筑和大型场馆等公用设施中得到广泛应用。

而桁架结构是一种由杆件通过焊接、铆接或螺栓连接而成的支撑横梁结构。

由于在荷载作用下，桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料的强度，在跨度较大时可比实腹梁节省材料，减轻自重和增大刚度，故适用于较大跨度的承重结构和高耸结构，因此大跨度钢结构桁架在屋架、廊道以及其他工程中的应用非常广泛。

大跨度钢结构桁架的施工方法与建筑物的几何尺寸、建筑材料、施工条件以及现场环境等因素有关，需要综合考虑和确定最终的施工方案。

大跨度钢结构桁架的施工中常见的问题需要结合诸多因素进行具体分析：

大跨度桁架安装同时涉及分段及吊机的选择、施工测量定位、支撑架体的设置、桁架的吊装及安装、卸荷等多种施工工艺，而桁架的吊装及安装方法的选择是整个施工过程的关键。

本文所涉及的工程根据现场条件，经过方案比较选择，最终选取了高空拼装，现场拼装焊接的方案，既缩短了加工制作、运输周期，加快施工速度，也保证了工程质量。

所有可以作为成功案例加以推广应用。

一、工程概况

本工程为北京南苑某建筑工程局部，廊道桁架标高26.8米—37.00米，支座标高26.80米，桁架最大跨度约29.00米，最大截面高度约9.85米，最大宽度8.50米，楼承板标高32.45米，楼承板由栓钉固定在桁架梁上。

结构采用钢板焊接十字柱、H型钢桁架梁柱、钢管与焊接球作撑杆、滑动铰支座及不滑动铰支座、楼承板、屋面等组合而成。

如图1-1所示。

图1-1双层廊道型钢桁架结构效果图

二、吊装方案的比较选择

本工程钢结构吊装非常复杂，尤其是主桁架的吊装，由于主桁架单榀长度较长、重量重，且外形尺寸较大，且受现场古树的限制，吊装难度极大，吊装方案的优劣直接影响到工程质量、工期和安全。

因此选择经济可靠、快速并有可操作性的吊装方案，选择合适的吊装机械，确定合理的吊装顺序，尤为重要，本工程主桁架拟采用整体吊装或分段吊装，次桁架采取高空散装进行安装，下面是钢结构廊道几种吊装方案的比较。

方案一：

桁架整体吊装法

采用300吨吊车作为主桁架吊装设备，现场搭设地面拼装平台，桁架上下弦及竖向腹杆整体制作，将桁架组拼为整体进行吊装。

其余腹杆散件采用50吨吊车依次高空拼装架。

方案二：

桁架高空拼装法

采用80吨吊车作桁架吊装设备，首先吊装十字柱，下弦桁架梁可在地面拼装为两部分依次吊装，并搭设高空作业承重平台，顶部架设千斤顶用以支撑桁架并调整标高及卸载。

腹杆及散件在地面预拼后吊装到桁架梁上。

主要吊装设备经济、技术对比表：

项目

方案一

方案二

主要吊装设备

1台300吨吊车

1台50吨吊车

1台80吨吊车

辅助吊装设备

高空作业承重平台1座

辅助措施

2组地面拼装胎具

2组地面拼装胎具

可行性

可行，

能很好的保证安装安全、质量，缩短施工周期。

施工场地及与土建方交叉施工需协商解决

可行，

能很好的保证安装安全、质量桁架高空施工量较大，措施量大，安装周期较长。

经济性

每台车台班费约3.5万元，总费用约10.5万元

每台车台班费约0.6万元，总费用约6.0万元

从以上表格内主要吊装设备的经济技术比较来看，二者主要吊装设备的总费用相差不大，而从技术角度看，方案二优于方案一，故本方案选择方案二，即采取80吨吊车作为主要吊装设备的高空拼装法。

根据桁架的自身特点和现场情况，吊点距离吊车中心位置的距离在18米左右，最大起吊高度于标高37.00米处，80吨吊车需伸出44.00米杆。

吊装设备站位及吊装半径示意图如图1-2所示。

图1-280吨吊车站位平面图

三、钢桁架安装方案

本工程主要钢构件为H型钢梁、十字钢柱、钢管做腹杆、压型金属板等，桁架考虑使用80吨吊车散件安装。

钢构件拼装本着就安装作业点区域进行拼装，以减少构件的二次倒运。

即：

部分钢梁、腹杆拼装在施工现场安装作业点处进行拼接，其余散件在高空拼装。

1、搭设支撑塔架

支撑塔架搭设在桁架正下方D轴位置上，规格为：

8.50米×6.00米搭设标高26.50米，在塔架支撑面上植化学栓固定塔架，塔架顶部铺设施工平台，如图2－1所示。

平台上需配备垫块、千斤顶等辅助工具，以便于对桁架进行调整、卸载。

图2-1支撑塔架示意图

2、现场拼装

在场地允许的情况下，尽量多的拼装主桁架备用吊装，以节省吊装设备的使用周期。

如图2-2所示。

图2-2桁架构件拼装示意图

3、桁架吊装

桁架吊装前支撑架必须搭设完毕，平台作业面、千斤顶等布设准备完成后方可起吊。

具体吊装顺序如下：

（1）、钢柱吊装。

钢柱吊装，如图2-3所示。

图2-3钢柱吊装示意图

（2）、下弦钢梁吊装。

吊装地面拼装好的下弦钢梁XXGL，如图2-4所示。

图2-4XXGL吊装示意图

（3）、下弦钢梁XXGL就位。

下弦钢梁就位，如图2-5XXGL所示。

图2-5XXGL就位示意图

（4）、依次吊装腹杆FG2。

腹杆FG2吊装，如图2-6所示。

图2-6FG2吊装示意图

（5）、依次吊装中弦ZXGL。

中弦钢梁ZXGL吊装，如图2-7所示。

图2-7ZXGL吊装示意图

中弦钢梁吊装完毕后，对桁架进行各项复测、校正，避免安装误差积累。

（6）、依次吊装腹杆FG1。

腹杆FG2吊装，如图2-8所示。

图2-8FG1吊装示意图

（7）、以此方法吊装其余桁架构件，整体结构吊装完成。

（8）、楼承板安装。

钢结构施工完毕，验收合格后安装楼承板,按照排版图纸在各层主次钢梁上，标注组合楼板位置线,按照组合楼板位置线，铺设各层楼面组合楼板。

（9）、屋面板安装。

四、桁架的调整及卸载

1、千斤顶的选择

由于在施工过程中，千斤顶处于很大受力状态，液压千斤顶将出现回油现象，所以本工程选用螺旋千斤顶，根据施工受力分析可得，千斤顶规格不得小于15吨，且在同一位置设置不得少于2个千斤顶。

2、千斤顶的支设和调整

千斤顶布置在桁架下弦，在千斤顶上作出观测标记线或固定指针，便于在调整标高时，操作人员用钢尺观测升降行程。

如图2-9所示。

图2-9千斤顶支设位置示意图

3、桁架卸载

根据桁架结构施工分析可得，桁架的变形量仅为2.8mm，因此卸载时采用一次卸载到位的方式进行。

五、现场焊接方案

1、安装焊接准备工作

（1）、桁架焊接前工艺准备

桁架焊接前应对工程中使用较多的或有代表性的接头形式进行工艺评定试验，试验结果应达到设计和规定要求。

（2）、桁架焊接前材料准备

采用的焊接材料和焊接设备技术条件应符合国家标准，性能优良。

清渣、气刨、焊条干燥和保温等装置应齐全有效。

2、焊接方法的选择

1）、手工电弧焊

手工电弧焊主要用于定位焊接、打底焊接、支座与埋件焊接和一些焊接工作量小,CO2气体保护焊接难于施工的位置；针对仰焊位置，宜采用手工电弧焊。

2）、CO2气体保护焊

现场所有弦杆对接、腹杆与弦杆、坡口焊缝全部采用CO2气体保护焊，对于焊接量大容易施工的位置均采用CO2气体保护焊。

3、焊接程序

焊前检查→装焊垫板、衬管→定位焊→焊接→检验→填写作业记录表。

4、现场典型焊接节点应力变形控制

对接焊如图5-1，管球焊接方向顺序如图5-2。

图5-1对接示意图

图5-2管球对接顺序示意图

（1）、先在仰焊位置由A、B焊工分别立向上或向左、右方向焊接，焊接时要求基本同步。

（2）、A、B焊工第一道焊接完毕，进行打磨修整后继续第二道焊接。

（3）、每两层之间的焊道接头应相互错开，两名焊工焊接的焊道接头也要注意每层错开，每道焊完要清除焊渣和飞溅，如有焊瘤和焊接缺陷要铲磨清理后再焊，焊接过程中要注意检测和保持层间温度。

（4）、焊接工艺参数见下表

手工焊焊接工艺

焊条直径

焊接姿势

焊接工艺参数

焊接电流（A）

电压（v）

φ3.2mm

仰焊

立焊

俯焊

80-100

100-130

120-150

24-26

φ4.0mm

110-130

120-160

150-180

24-26

CO2气体保护焊焊接工艺

焊丝直径（mm）

焊接姿势

焊接参数

气体流量

（L/min）

电流（A）

电压（V）

速度（mm/min）

φ1.2

仰焊

200-230

24-30

150-500

20-80

立焊

220-260

26-34

150-500

5、现场高空焊接的质量控制

（1）、焊接作业区风速当手工电弧焊超过8m/s、气体保护电弧焊及药芯焊丝电弧焊超过2m/s时，应设防风棚或采取其它防风措施。

（2）、焊接作业区的相对湿度不得大于90%。

（3）、当焊件表面潮湿或有冰雪覆盖时，应采取加热去湿除潮措施。

（4）、焊接作业区环境温度低于0℃时，并由焊接技术责任人员指定出作业方案经认可后方可实施

（5）、焊接作业区环境超出上述规定但必须焊接时应对焊接作业区设置防护棚并制订出具体方案，报监理工程师确认后方可实施。

（6）、定位焊必须由持相应合格证的焊工施焊，所用焊接材料应于正式施焊相当。

定位焊预热温度应高于正式施焊的预热温度。

当定位焊焊缝上有气孔或裂纹时必须清除后重焊。

（7）、面缺陷超过相应的质量验收标准时，对气孔、夹渣、焊瘤、余高过大等缺陷应用砂轮打磨、铲凿、钻、铣等方法去除，必要时进行焊补；对焊缝尺寸不足、咬边、弧坑未添满等缺陷进行焊补。

（8）、经无损检测确定焊缝内部存在超标缺陷时进行返修，返修应符合和保持层间温度。

结论

通过实践证明了整个安装方案的科学性、合理性，尤其在安装定位与塔架支撑及卸荷方面，完全与设计计算相吻合，卸荷后主拱下挠量符合设计要求，其在安全性和实用性方面均得到了有力的证明。

大跨度水平钢结构的吊装安装,经常会遇到安装条件受限制的情况,尤其像该工程廊道桁架整体长度较大、重量大，必须达到技术上和安全上切实可靠可行，质量上有保证，所以吊装方法、安装方法以及现场焊接方法的选择就显得非常重要。

参考文献

[]《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001

[2]《钢结构设计规范》GB50017-2003

[3]《碳素结构钢》GB/700-2006

[4]《直缝电焊钢管》GB/T13793-2008

[5]《结构用无缝钢管》GB8162-1999

[6]《无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差》GB/T17395-2008

[7]《低合金高强度结构钢》GB1591-2008

附录

桁架结构临时支撑胎架施工分析

根据钢桁架安装方案，钢桁架下弦现场对接位置设置临时支撑胎架，胎架采用四角圆管格构式结构。

一临时支撑胎架工作状态结构分析

根据钢结构施工情况，临时支撑胎架在钢桁架安装完成后拆除，根据这种情况，采用MIDAS结构分析软件对钢结构桁架进行整体分析，自重按1.3倍考虑。

应力图

由上图可得，最大应力为0.16<1，满足要求。

反力图

由上图可得,临时支撑胎架最大支承反力为165KN.

位移图

由上图可知，最大位移为1.9mm,满足要求。

二、临时支撑胎架非工作状态结构分析

应力图

由上图可得，最大应力为0.118<1，满足要求。

位移图

由上图可知，最大位移为2.8mm,满足要求。