空間曲面大跨度H型鋼桁架結構屋蓋施工技術

魏桂順 曹世陽

【摘要】汕頭大學新體育館工程選用大跨度空間H型鋼結構形式，桁架最大長度65.9m，最大高6.948m，最大單重40.6噸。結構施工中H型鋼構件的制作、彎曲、坡口的加工全部在工廠進行，運輸至現場后，在地面拼焊平臺上整體組裝焊接完成，拆分成若干吊裝單元，分單元吊裝。采用專利技術-大跨度/懸挑鋼結構工程支撐支架，施工完畢后單榀同步依次卸載。

【關鍵詞】空間曲面鋼結構；大跨度；H型鋼桁架；施工技術

1、工程概況

1.1 汕頭大學新體育館工程位于廣東省汕頭市金平區汕頭大學校園內，總建筑面積53643m2，建筑高度23.2m。屋蓋主結構為8榀大跨度H型鋼桁架，H型鋼桁架最大跨度為56m，最大拱高6.948m。

1.2 本工程主材均采用Q345B材質，每榀主桁架下口均設有鉸支座。主桁架上弦桿H型鋼規格為H400*400*18*22，H400*400*18*25，H400*350*16*20。下弦桿H型鋼規格主要為H400*350*16*25，H400*350*16*20。腹桿H型鋼規格主要為H250*250*8*14，H300*300*10*16。H型鋼桁架總重約為2100噸。

1.3 體育館屋面為三個層面弧形過度，中間弧形屋面東西貫通，外圍兩側的弧形屋面與中間弧形屋面在東西兩端融為一體，屋面最大高差約2m，外圍兩側弧形屋面最大寬度約11.5m。

2、施工難點

2.1 構件外形尺寸大，桁架最大長度56m，高6.948m，單重40.6噸，現場場地狹小，不能采用整體吊裝的安裝方式。

2.2 桁架分單元吊裝必須采用臨時支架，臨時支架的設計必須方便組裝和拆卸，臨時支架安裝精度要求高。

2.3 桁架高空對接安裝時，上弦桿和下弦桿尺寸必須吻合，對拼裝尺寸精度要求高。

2.4 構件拼裝和安裝精度要求高，必須嚴格控制構件加工精度、拼裝尺寸、焊接變形及安裝過程的吊裝變形。

2.5 單榀桁架同步卸載作業難度大。

3、施工總體部署

3.1 H型鋼桁架結構的桿件制作、彎曲加工，坡口切割，防腐底漆和中間漆全部在工廠加工，運輸至現場。H型鋼桁架結構現場整體放樣，設置拼裝平臺，H型鋼桁架結構構件在拼裝平臺上整體拼裝和焊接，預留構件拆分接口，組裝和焊接及面漆施工完成后，把H型鋼桁架結構拆分成吊裝單元進行分段吊裝。

3.2 根據現場情況和H型鋼桁架結構的特點，在H型鋼桁架主弦桿和腹桿的節點處設置我司專利產品-大跨度/懸挑鋼結構工程支撐支架（專利號：ZL201220050471.X）。H型鋼桁架拆分成三段，從一端往另一端依次安裝。一榀桁架安裝完成后安裝與之相鄰的一榀主桁架。

4、施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

桿件清點和復核→施工準備→地面放線→拼裝平臺定位固定→H型鋼桁架結構拼裝、焊接和面漆施工→臨時組合支撐胎架定位安裝和固定→構件拆分和倒運→端部一側H型鋼桁架結構安裝、固定→端部中間H型鋼桁架安裝、固定→端部另一側H型鋼桁架結構安裝、固定（一榀主桁架安裝完畢）→與之相鄰的一榀主桁架的安裝、固定、次桿件、聯系桿的安裝（方法同上至桁架安裝完畢）→依次卸載和拆除臨時組合支撐胎架。

4.2 操作要點

4.2.1 拼裝平臺定位、固定

（1） 建立平面坐標系，對主桁架節點坐標進行轉換，用全站儀測定主弦桿及H型鋼桁架節點處在地面上的水平投影位置，H型鋼主桁架節點交點、弦桿中心線等作為控制點在地面設固定標示，并對原始控制點和控制線的位置進行復核。

（2） 在主桁架節點相交處側面附近1m處定位、加工制作拼裝平臺，拼裝平臺設置位置應避開桁架節點位置，滿足焊工的施焊空間。拼裝平臺采用H型鋼地梁，如標高不滿足施焊要求可設立柱，拼裝平臺間距2.5m左右，對基礎條件較好的部位可以制作預埋件，把立柱直接焊接在預埋件上。

（3） 在拼裝平臺橫梁上放出上下弦桿端面定位線、中心線及分段長度位置線，作為H型鋼桁架拼裝驗收的依據。

（4） 單榀主桁架拼裝焊接完畢后，可在其上鋪設H型鋼梁，調整拼裝平面標高，進行另一榀桁架的拼裝和焊接。

（5） 拼裝平臺之間設置支撐保證拼裝平臺結構的整體穩定性。

（6） 拼裝過程中對拼裝平臺隨時進行測量，防止拼裝過程中拼裝平臺受外力作用發生位移，從而影響安裝精度。

4.2.2 H型鋼桁架拼裝、組裝

（1） 先拼后焊，整體拼裝完成，尺寸檢查驗收后開始焊接。先拼裝H型鋼桁架主弦桿，再拼裝H型鋼桁架腹桿。先焊接主弦桿，再焊接腹桿。

（2） 為減小焊接應力，控制焊接變形，主弦桿和腹桿的焊接從桁架中間往兩側開始焊接。

（3）為保證對接接口對接質量，工廠制作時在接口位置設置H型鋼桿件對接接口調節裝置，使用螺栓夾板進行對接固定，通過千斤頂和鐵楔調節H型鋼對接接口參數，擰緊螺栓后進行焊接作業，控制焊接變形。節點形式如下圖所示：

4.2.3 臨時組合支撐胎架定位、安裝和固定

（1） 為了避免單榀桁架單重及外形尺寸較大，吊裝時容易造成結構構件塑性變形，同時滿足選用吊裝設備經濟性的要求，主桁架分成三段，分段拼裝，分段吊裝。

（2）臨時組合胎架的現場組裝成標準節，采用鍍鋅螺栓連接，安裝完成后測量臨時組合支撐胎架的垂直度及上口標高，并在每個角設一層鋼絲繩校正收緊，鋼絲繩與地面連接處設置地錨，連接牢固，并用緊線器和地錨連接。

（3）臨時組合支撐胎架頂部設置可調式桁架擱置支撐點，可以對支撐擱置點標高尺寸在一定范圍內進行調節。

（4）鋼支架內部設鋼爬梯，方便施工人員從鋼支架上安全的山下通行。

（5）通過調整臨時組合支撐胎架基礎鋼支架的高度尺寸來進行調節臨時組合支撐胎架的支撐高度。

4.2.4 H型鋼桁架結構安裝準備

（1）主桁架整體拼裝、組裝和焊接完成后，拆分成吊裝單元，把構件從拼裝平臺里吊離，倒運至吊裝位置。

（2）使用臨時組合鋼支架四個角上設置的鋼絲繩，校正鋼支架空間位置，并收緊。使用其頂端的標高調節裝置，把支撐點的標高調節到設計標高位置。

（3）為滿足在H型鋼桁架上行走操作的要求，在H型鋼桁架上設置生命線，操作人員高空作業時安全帶扣在生命線上作業，確保安全。

4.2.5 H型鋼桁架結構安裝

（1） 構件吊點的設置、分段位置、結構吊裝順序等等施工過程應進行施工驗算，按施工方案進行施工。

（2） 計算單元吊裝構件的重心，并計吊裝算鋼絲繩長度，采用兩吊點起吊。

（3） H型鋼桁架兩端分別系好兩根纜風繩，保證吊裝過程中構件受控。

（4）起吊前在桁架上下弦之間設置簡易鋼爬梯，方便操作人員由桁架下弦桿爬到上弦桿進行操作。

（5）高空對接節點部位掛設吊籃，待吊裝就位后，操作人員進入吊籃進行高空作業。

（6）主桁架從一端按順序往另一端開始安裝。主桁架結構構件吊裝就位校正尺寸后，另一臺吊車隨即安裝與之相鄰主桁架結構之間的聯系桿件，連接牢固后主桁架結構構件方可摘鉤，確保結構的穩定性。

4.2.6 鋼結構卸載作業

（1） 汕頭大學新體育館工程采用單榀同步依次卸載的方法，經計算整個卸載過程中，最大位移發生在第五榀桁架卸載時，最大位移值為23.5mm。

（2） 卸載從一端往另一端按順序逐榀進行，每榀桁架兩個卸載點同步卸載，5mm為一級。

（3） 卸載前，對各工序的卸載人員進行必要的崗位培訓和卸載演練，并對其進行書面技術、質量、安全交底，預防發生安全和質量事故。

（4） 卸載信息傳遞應及時準確，并有備用信息傳遞系統。

（5） 卸載由專人指揮作業，保證卸載的同步，一次哨令，只進行一次行程的卸載，應力變形檢測數據收集匯總分析，滿足要求后方可進行下一級卸載作業。

（6） 支撐胎架上口設置卸載裝置，卸載作業時，通過可調節千斤頂裝置達到卸載的目的。

5、結論

汕頭大學新體育館工程采用通過實踐創新多項技術，解決大型構件運輸、拼裝和安裝的難題，降低施工成本，既確保了施工階段安全，又能保證工程質量，為今后類似工程的施工提供了寶貴的經驗，具有一定的參考價值和指導作用。

作者簡介：魏桂順，男，1978年生，工程師，注冊建造師，畢業于南京建筑工程學院建筑工程系。

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