朱琳 于朝霞
中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222
摘要：近年来，管桁架直接交汇的结构形式越来越多地应用于大型公共建筑及工业厂房之中，该结构形式具有外形丰富、结构轻巧、受力均衡、刚度大、杆件单一等优点。但该结构形式应用于大跨度建筑中暴露出一定的问题，如管桁架拼装施工难度大、进度控制难及施工成本高等。本文基于大跨度钢结构管桁架施工技术展开研究和论述，以期为类似工程提供经验和参考。
关键词：大跨度；钢结构；桁架施工技术研究
引言
为了满足建筑结构空间造型的多样性及美学要求，曲线型管桁钢结构近年来在大型公共建筑中的应用日益广泛。但因其截面变化复杂多样、相贯焊接节点复杂，焊接质量要求高，拼装质量控制难度大，特别是复杂造型的空间定位问题给安装施工带来了一定的困难。本文针对桁架拼接流程、胎架支撑技术、相关焊接和卸载方案等方面内容展开论述和探讨。
1传统结构形式
传统的钢结构形式以开口截面钢桁架为主，适用于小跨度、低载荷、低刚度的工程项目，如小型封闭仓库项目。由于钢构件的连接方式主要采用焊接或螺栓连接，导致施工繁杂且各组合节点强度较低。随着建筑跨度的不断增加及对结构性能要求的提高，传统的结构形式已难以满足建筑的要求。
2拼装流程
桁架拼装流程：①根据三维坐标在拼装场地上进行测量定位，包括端点、拼装节点的平面位置以及上下弦腹杆的中心线投影；②在节点和端点处根据标高用型钢设置竖向支撑和横向支撑以及斜撑，根据杆件的轮廓投影设置好杆件放置的限位块；③复核拼装胎架的总长度、宽度和高度；④上下弦管上胎，进行微调后就位；⑤腹杆与弦管焊接拼装完成。
3胎架支撑施工技术研究
胎架支撑技术是大跨度钢结构桁架施工中相对高效的施工方法，能够提高施工速度，利于节约施工成本。某工程大跨度钢桁架位于整个建筑的主入口部位，地下1层，地上5层，其中，两侧为钢框架结构，中间为42m跨钢桁架结构。大跨度钢桁架由4榀桁架及中间连梁组成，每榀桁架长度为42m，共3层。钢桁架架空高度13.28m，跨度达42m，临时支撑结构技术难度较大。原设计钢桁架临时支撑为满堂脚手架，该支撑体系造价高且施工周期长。经方案优化，采用胎架作为钢桁架临时支撑体系，胎架选取T6013塔吊标准节，标准节尺寸为：1.8m×1.8m×2.8m。采用塔吊标准节作为胎架具有体系稳定、租赁方便、节约成本等优点。胎架底部与地库顶板的连接方式直接关系到胎架的整体稳定性，原考虑在胎架底部设置固定支座，采取设置钢板路基箱的方式扩大基础接触面积、分散集中力并通过缆风绳将胎架上端固定，防止胎架的倾覆风险。但经计算分析，胎架与顶板的连接按铰接计算即可满足要求，将胎架直接与顶板进行可靠连接，减少不必要的中间连接构件，受力更加明确合理。连接方式如下：每只胎架底部采用4块钢板垫板进行应力分散，采用在地下室顶板上预先植M20螺栓，螺栓抗拉拔力不小于30kN，垫板与螺栓进行连接，底部预留3~5cm间隙，中间用H40灌浆料填充。胎架支脚的中心正对垫板中心，采用14mm厚Q345钢板制作的U形钢板在标准节角柱位置将胎架固定于垫板上，防止胎架水平移动并抵抗水平风荷载。转换梁与标准节之间采用卡板连接，卡板采用14mm厚钢板制作，连接方式同垫板与标准节胎架之间的连接。转换梁与最顶部的标准节连接好以后整体吊装。2只50t螺旋千斤顶采用钢板进行卡牢，限制其在水平方向上移动，钢板与转换梁翼缘采用贴脚焊缝焊接。安装时先焊三面钢板，待千斤顶就位后再焊接最后一块钢板。
4相贯焊接
大跨度、曲线型管桁架截面变化复杂多样、相贯焊接节点复杂，焊接质量要求高，对于焊接要领、方法、材料等都有特定要求。（１）焊接要领。选择适当焊接材料；选择适当焊接方法；选择合适焊接参数；先做焊接工艺评定；焊前按照规定预热；焊后按照规定后热；小锤敲击消除应力；无损检测焊缝质量。（２）焊接方法。采用手工电弧焊和气体保护焊进行焊接。（３）焊接材料。由于钢材为Ｑ３４５，因此选用Ｅ５０系列之Ｅ５０１５、Ｅ５０１６低氢焊条焊接。（４）焊接工艺评定。焊接工艺评定应以可靠的焊接性能为依据。焊接工艺评定验证施工单位拟订的焊接工艺的正确性，并评定试焊单位能力。焊接工艺评定所用设备、仪表应处于正常工作状态，钢材、焊接材料必须符合相应标准，由本单位焊接熟练的焊接人员使用本单位焊接设备焊接试件。（５）焊前预热与焊后后热。焊前预热的温度为１２０～１３０℃，层间温度为１２０～２００℃，预热范围不小于焊缝宽度的３倍且不小于１００ｍｍ，焊接完成后立即进行后热，后热温度为２２０～２５０℃，恒温２ｈ，然后缓冷，电热片加热，自动温控。（６）小锤敲击消除残余应力。锤高不超过３ｃｍ，每分钟１００次，锤击密度为１５～２０次／ｃｍ２，锤击时恒温不低于预热温度。（７）焊缝的无损检测。管桁架节点部位的焊缝形式复杂，焊接位置多变，对于一个贯口而言，就有平、立、仰三种焊接位置，三种坡口角度。因此，影响焊接质量的因素很多，必须采取严格的检测措施，才能保证焊接质量。
5钢桁架结构卸载方案
钢桁架卸载过程是使屋盖桁架缓慢协同空间受力的过程，钢桁架结构发生较大的应力重分布，并逐渐过渡到设计状态，是确保主体卸载成功的关键。卸载过程由中间向两边，中心对称进行原则，通过放置在临时支撑架上的可调节点支承装置（千斤顶），经多次循环微量下降来实现“荷载平衡转移”。为防止个别支撑点集中受力，根据各支撑点的结构自重挠度值，采用分组、分阶段按比例下降法拆除临时支撑点。在卸载过程中，必须严格控制循环卸载时的每一步精度和同步，设置测量控制点，对卸载全过程进行监测，实行信息化施工管理。根据以上原则，为确保桁架梁的安全卸载，本项目采用整体分组逐步卸载法，遵循下列要求。1）将整个桁架在卸载过程中作为一个整体考虑，钢管桁架结构在卸载完成前处于千斤顶支撑受力状态；采用逐组卸载临时支撑点，确保卸载时临时支撑点的受力状况满足要求。2）在整体卸载考虑的前提下，确保卸载过程中各点受力均衡性，根据钢管桁架结构自身特性，采用以“组”或“几组”为单位，逐组卸载临时支撑系统，根据千斤顶设计下降高度（根据起拱值定），分若干个卸载步骤，每次在规定时间内缓缓下降。3）考虑卸载的条件是结构处于静载受力状态下，卸载要选择晴天无雨或风力小于6级的天气，确保卸载正常进行。卸载前，对各临时支撑点进行坐标测量复核，特别是标高复核。方法是用全站仪测出此时的各标高及位置并纪录，作为调整依据。确保卸载时每步下降值在可控范围，做好卸载量的计量工作，在临时支撑点近侧立刻度尺，对准刻度，并固定，直到卸载完成后方可移走刻度尺，不允许中途移动刻度尺；直接在千斤顶上沿下落方向给出每步卸载的高度值，作为每步卸载的控制标准。
结束语
大跨度空间结构比较复杂，涉及领域有高强材料、生产工艺、机械设备、设计与施工等专业，而且这些技术交织在一起很难分开，要掌握完整的学科知识，难度的确较大。随着我国经济的发展，大跨度空间结构的应用范围将更加广阔，因此有必要成立大型强而有力的空间结构工程公司，承担重大空间结构工程，担负新技术开发研究，并做好与设计和施工之间的联系，以提高我国的大跨度空间结构技术水平。
参考文献
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