中国十七冶集团有限公司 安徽马鞍山 243000
摘要：随着建筑水平的提高，现代大型建筑如体育场馆、商场、候车厅、航站楼等人流量大的公共建筑，除实用性能要求外，大都追求建筑造型新颖、美观、以及多功能而采用大跨度结构，钢结构也因此而受到国内外建筑大师的亲睐。本文以我公司承建的贵州省息烽县体育馆建设项目综合馆、全民健身中心屋盖管桁架吊装工程为研究对象，通过BIM技术施工展开对管桁架拼装临时支撑系统安拆以及实现模拟吊装过程的研究，给现场施工作业提供技术指导。
关键词：钢结构管桁架、临时支撑安拆、BIM技术、协同作业
1工程概况
贵州省息烽县体育馆建设项目钢结构屋盖包括综合馆、全民健身中心屋盖，其中综合馆屋盖总重量约为1009.108t，跨度86.3m，整个屋盖系统共包含主桁架10榀，单榀重量约为66t-112t不等；全民健身中心屋盖总重量约为728.213t，跨度78.2m，整个屋盖系统共包含主桁架7榀，单榀重量约为68t-92t不等。根据建筑造型，两场馆主桁架需要使用2台350t履带吊车进行吊装，地面卸料及拼装使用25t、50t、80t、130t汽车吊装进行作业，次桁架主要利用350t履带吊吊装以及现场塔吊辅助拼装。
由于本项目单榀桁架重量大、跨度大，2台350t履带于桁架两侧同步作业，稍微误差便有导致桁架倾覆的风险，因此吊装过程对吊车作业人员素质又很高的要求；作业吊场地狭窄，且吊车行走需要进行土方换填处理，综合馆、全民健身中心东南角110kv高压线路通过，且高压线与桁架吊装的吊车行走路线区域距离近，增加了吊装的危险性；综合馆北侧的履带吊行走路线为综合馆和团圆山大道之间的区域，约9.50m宽，而350t履带吊作业需占用半幅道路，对当地交通有较大的影响。
2吊装方法研究
综合馆、游泳馆屋面结构呈弧形，线条复杂，没有特定规律，不适于利用滑移法进型安装。经过内外部专家讨论决定采用2台350t履带吊车，25t、50t、80t、130t汽车吊装进行作业汽车吊，现场塔吊辅助完成吊装。本节从施工现场环境条件、结构特征两方面来阐述整个吊装过程可能面临的问题及其应对措施。
2.1 现场环境
本项目场地狭小，综合馆南、北侧为2#、1# 350t履带吊车行走路线，南侧为农田，主要土质为耕植土、次生红粘土，遇水易软化无法满足履带吊行走的承载力的要求；综合馆北侧为团圆山干道，由第一节描述可知，1#履带吊行走路线占用干道半幅道路，拆除临时围挡、路面景观、灯杆、绿化及其他障碍物，施工期间此半幅道路封闭，需要业主单位与有关部门沟通协调解决，其土质为次生红粘土（土质情况来源于本项目地勘报告）同样需要换填。全民健身中心北东侧原为山体，结合地勘报告和现场施工难度来看此处土质为中风化白云岩质地坚硬，平整后硬化即可满足吊车行走的承载力要求。
根据350t履带吊车性能要求，吊车每根履带接地面长8.8m，宽1.2m，吊车站位处要求路面承载力不小于0.35MPa（35t/m），坡度不大于5‰。对综合馆南、北侧进行土方换填：回填砂石（或碎石）并分层压实，每层厚300mm左右，顶层铺300mm厚C30混凝土，处理后标高与右侧拼装场地高度一致。
2.2 施工过程
本工程施工过程如下：综合馆土建结构15.55m标高处完成ZHJ1-2拼装→卸载拼装ZHJ1-2临时支撑→综合馆、全民健身中心之间的道路处理→综合馆ZHJ3-5的拼装、350t履带吊车完成吊装就位→全民健身中心南侧拼装其所有桁架，同时2#履带吊车调至全民健身中心东侧准备进行其屋盖吊装→完成全民健身中心钢结构屋盖吊装整→整个吊装过程结束。整个项目在施工过程，利用前述的汽车吊、现场塔吊辅助拼装以及完成次桁架、零星杆件的吊装。吊装过程涉及吊重量大、两台大型履带吊协同作业、高空作业多，危险性大。
2.3 BIM技术的应用
本项目施工难度大、危险系数高，为此我们利用BIM技术进行模拟整个吊装过程，将吊装过程中可能遇到的问题在BIM技术中提前发现、提前做好应对措施。根据深化设计图纸进行模型的建立；然后拼装、吊装的过程进行临时支撑系统模型建立，利用3D3S计算综合馆标高15.55m标高处平台的承载力，计算过程中务必保证ZHJ1-2的荷载、支撑胎架重量所产生的荷载总和＜平台土建结构正常使用极限荷载。地面拼装综合馆ZHJ3-5、全民健身中心所有桁架吊装前，利用BIM技术确定桁架的重心位置进一步确定钢丝绳绑扎点，保证两侧绑扎合力作用点高于重心位置，以此确保吊车平稳运行而不发生倾覆现象。吊车绑扎、运行如图1（此处以ZHJ3展现）。
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图1 ZHJ3吊装示意图
3施工过程技术难点及其应对措施
3.1 管桁架加工、拼装
（1）本项目管桁架腹杆、上下弦杆件之间尺寸不一，基本上为一个节点包含上（下）杆件和四根腹杆的连接，对于杆件坡口处理也是一大难点。因此本项目管桁架加工制作利用三维数控相贯线切割机切割，切割贯口的同时加工好坡口。另外上下弦钢管为弧形，且各个杆件弧度不一也是工程难点。本工程管桁架上下弦杆件采用热煨弯法，制作完成后在拼装平台上进行预拼装检查杆件的弧度确认无误后方可进入施工现场。
（2）构配件进场前由技术人员对每根杆件进行编号，施工现场拼装时按照1：1放出桁架定位曲线并根据深化设计图纸放出杆件的中心线位置，并设置定位挡板，复核无误后开始进行拼装。
3.2 测量控制
综合馆、全民健身中心钢结构屋盖从造型上来看基本相似，主桁架跨度大、长度长、杆件数量繁多（两个场馆共超过5000根杆件）。要将所有杆件按照设计要求的弧度、坐标准确到位是相当困难的。本工程采用工厂加工预拼装、构件分批次进场的方式提高其构架加工制作、拼装的准确性，现场拼装时候采取以下几技术措施：
（1）建立三级测量管理体系，层层控制，多次复核。尤其是ZHJ1/ZHJ2原位拼装时需要根据工程整体测量坐标系计算出各节点在整个构件结构中的三维坐标位置进行放样定位。
（2）现场拼装过程按照以下流程进行：
1）建立测量控制点。构件拼装前，用水平仪全面测量第一圈构件轴线的水平，并做好记录，根据数据及实际情况，确定测量基准面的位置，并做好标记。在拼装过程中控制各中心点的坐标，主要控制点为定位点的标高。用水平仪、全站仪、水平尺、钢尺对上述项目进行实际复检。
2）校正和调整用卡、器具。根据已建立好的测量控制点，全程利用GTS-332全站仪器进行符合节点坐标。组装若发现场误差即采用拉马、千斤顶进行矫正。主要精度控制范围详见表1。
表1 拼装节点精度控制
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3.3 焊接及焊缝探伤
本项目焊接工程量大，钢管对接焊缝、相贯线的全熔透焊缝、支座焊缝均为二级焊缝，相贯线的部分焊透焊缝和角焊缝为三级焊缝，但外观质量符合二级。管式相贯节点焊缝分区及各分区焊缝要求如图2所示。
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图2 钢管相贯焊缝示意图
在施工过程中，对施工完毕的焊缝及时探伤，做到边焊接边探伤（焊缝完成24小时后），探伤采用超声波探伤法。
3.4吊装过程
根据建办质（2018）31号文的要求，本项目起重吊装工程方案已经专家评审完成。但利用两台350t吊车协同作业、高空焊接、涂装作业是本工程最重要也是最危险的施工过程。结合本项目施工方案，提出以下解决措施：
（1）吊装前务必做好以下准备：
1）吊装技术交底、安全交底完成；
2）吊装施工人员到位，职责分明。各种吊装施工设备、机具准备完毕且运转良好；
3）操作人员资质证书齐全有效，机具检测材料齐全；
4）检查吊车行走路线，确保其畅通无阻。
（2）吊装两台吊车各配一名专业指挥（持Q3证），一主一辅，需要两车同时动作时，信号由主指挥人员发出（两吊车操作员互相看不到对方）。吊装时楼顶与吊车后方各有一名监护人员。
（3）抬吊时，指挥两吊车同时缓慢起钩，若发现两车速度不一致时可进行单车调整；构件最低点高度超出主体约2m左右停止起钩，两吊车同时向安装方向行走，直到南侧吊车与高压线有足够距离（大于6米）后，臂杆旋转到与行走方向垂直，旋转时缓慢变幅，保持吊钩垂直度。
（4）吊车行走速度小于1km/h，构件提升速度约为2-5m/min，使用超起配重时，吊车转杆与行走，超起配重要离地10cm左右，这是吊车自身技术要求。
桁架吊装就位完成后，开始进行防腐漆、防火漆的等原料的涂刷，此为高空作业（综合馆高度为17m-21m、全民健身中心高度为12m），因此除了必须搭设临时马道以及整个悬空桁架下方悬挂安全网。
3.5 临时支撑系统的卸载
本钢结构吊装工程临时支撑系统主要包括综合馆ZHJ1-2原位拼装支撑系统、地面拼装系统、全民建设中心满堂脚手架支撑系统。其中全面健身中心钢结构吊装满堂脚手架支撑系统仅作作业人员、配件作业时用，安拆过程如常规满堂脚手架，本次不再赘述。本文主要阐述第一种情况无法避免的问题及其应对措施。根据施工进度的安排，ZHJ1-2拼装完成后其临时支撑胎架将调至地面进行综合馆剩余桁架、全民健身中心桁架的拼装，但胎架的卸载调匀受到ZHJ1-2的阻碍无法利用现场塔吊快速将其运输至地面。本文从安全、节省成本的角度来阐述其应对措施：
（1）ZHJ1-2拼装完成后，将胎架肢解但整个肢解过程按照原构件焊接位置进行，务必保证胎架构件的完整性。
（2）利用现场塔吊、以及手动液压搬运车运送至塔吊工作范围内，最后再利用调运至地面指定位置进行综合馆剩余桁架以及全民健身中心的地面拼装。
4结束语
管桁架吊装工程是本项目的工作的重中之重，由于其跨度大、重量重、造型较独特、技术要求高等因素将给施工带来极大的困难。为此我们务必将吊装过程中每一个工作做细、做精，同时应用BIM技术作为吊装的技术指导、技术参考，确保工程万无一失！
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