大跨度钢桁架安装施工技术

1?项目概况

1.1?结构概况

本工程位于北京市奥运圈，东侧为北辰东路、南侧为大屯路、西侧为湖景东路、北侧为大屯北路。南面有国学中心、东面为华馨公寓、北面为中国科技馆新馆。本工程采用双轴对称格局，工字形平面，地上7层，地下3层（含局部夹层），地上总建筑面积约9万m ² ，地下约5.5万m ² ，平面尺寸81m×200?m，地上高度55?m，地下室埋深23?m。地上1~4层为展厅，以上为多功能厅、过厅、影厅、教育用房等，地下1层为临展，地下2层为文物藏品库。主体西侧及南北两侧为配套，属于纯地下建筑，其中西侧地下5层，西侧地下室埋深为27.5?m，地下2~4层为6级（核）人防，地下1（夹）层、地下1层为影院及公共空间；南北两侧的配套地下3层，南北两侧地下室埋深22.5m，其中地下3层为人防，地下2层为公共区域，配套总建筑面积约9万m ² 。本工程主体结构采用钢筋混凝土剪力墙+劲性混凝土柱+钢梁框架+隔震体系。劲性柱及核心筒钢骨柱分布于主楼区隔振层以上，主要截面形式包括焊接十字形、圆管、焊接箱形、H形截面等，最大板厚为50?mm。主楼1至7层梁均为钢梁，最大跨度27?m，截面形式主要为焊接H型钢、焊接箱形，最大板厚为50?mm。屋面为波浪形桁架，杆件截面均为箱形。本工程钢结构材质包括Q345B、Q345C、Q345GJC。主楼1~7层楼板采用钢筋桁架楼承板。5~7层设有梁上柱，柱间设有斜撑。整体结构布置如图1所示。

图1?整体结构三维示意

1.2?屋盖桁架概况

屋盖结构顶部为大跨度桁架，桁架平面尺寸为99m×57.7m，桁架跨度分为37m和27m两种，27m跨范围设有2处单层结构，通过临时支撑胎架布置，桁架采用分段吊装方式进行安装，吊装单元采用工厂制作完成后运至现场，吊装单元之间的嵌补杆采用高空的散拼方式进行安装，加快了桁架安装速度，减少了现场焊接及材料资源浪费，提高了材料周转率。

2?创新技术原理

临时支撑采用格构式支撑，可采用装配式或焊接的形式，由现场根据实际情况选用。临时支撑应设置在分段对接位置正中，每个分段安装定位时确保有两个临时定位支点。大跨度钢梁分段处支撑顶板设置焊接操作平台。屋面桁架支撑顶部设置横梁，桁架分段通过定位模板与支撑顶部横梁连接。

支撑底部与主体结构的梁顶或柱顶进行可靠连接，包括如下几种情况。（1）位于混凝土柱顶或梁顶时，设置预埋件，临时支撑与之焊接固定。（2）位于钢柱顶或钢梁顶时，支撑底部通过转换梁与之焊接固定。（3）位于洞口位置时，做转换钢梁，转换梁与下部主体结构钢梁或钢柱焊接，如下部为混凝土结构，则在混凝土顶部预留埋件转换梁与埋件焊接固定。

临时支撑断面尺寸为1.5?m×1.5?m，立杆截面 ?180×8，斜向腹杆截面为 ?102×6，材质Q?345?B。

3?桁架安装过程

3.1?桁架临时支撑构造

桁架临时支撑底部落在6层和7层楼面，支撑底部通过转换梁与楼层钢梁连接。各层支撑布置及构造做法如图2~图6所示。

图2?屋顶桁架下部支撑布置

注：ZCa*、ZCc*位于F7层+46.650?m；ZCb*位于F6层+38.700?m

图3?桁架支撑三维效果示意

注：ZCb*位于F6层梁顶，标高+38.700?m

图4?桁架支撑三维效果示意

注：适用于ZCa*、ZCc*位于F7层梁顶，标高+46.650?m

图5?支撑底部做法示意

图6?支撑顶部做法示意

3.2?桁架安装分区

屋顶桁架按照塔式起重机布置可分为6个分区，A1、A2、A3区主要使用2号、3号及21号塔吊装，B3、B2、B1区主要使用6号、7号及8号塔吊装。安装顺序为从中间开始向南北两侧对称进行，即先进行A2和B2区安装，再对称进行A1和A3，B1和B3的安装，吊装完桁架分段后可进行嵌补杆件安装，最后进行单层结构安装。桁架吊装顺序如图7所示。

图7?桁架吊装顺序示意

3.3?桁架定位及调整

通过全站仪对桁架进行空间定位，桁架定位点选3个，上弦两端各取1个，下弦上翼缘取1个，定位点设在距端口100mm的中心位置，桁架拼装完成后将定位点用样冲敲在构件上。定位时通过小棱镜辅助全站仪进行测量。如果定位时桁架主弦杆有错边现象，采用千斤顶进行微调，具体操作方法与钢梁定位调节方法相同。

3.4?桁架操作平台

L形桁架施工通道，采用在桁架水平段绑扎钢跳板，通道无弦杆一侧设置栏杆进行防护。桁架操作平台如图8所示。

图8?桁架操作平台示意

3.5?桁架安装流程

桁架安装通过在分段对接处安装临时支撑、桁架分段吊装（直接利用塔式起重机安装就位先南北方向后东西方向）、安装桁架间嵌补杆件、单层结构安装以及临时支撑卸载和拆除。

4?桁架支撑卸载

4.1?卸载原则

本工程结构卸载施工可在钢结构施工安装、焊接完成且验收合格后即可开始。结构卸载是将钢结构从支撑受力状态下，转换到自由受力状态的过程，即在保证现有钢结构临时支撑体系整体受力安全、主体结构由施工安装状态顺利过渡到设计状态。

本工程卸载方案遵循卸载过程中结构构件的受力与变形协调、变化过程缓和、结构多次循环微量下降、便于现场施工操作与调整控制，同时应避开大风雨雪天气，即“分区、分级、均衡、缓慢”的原则实现。

4.2?卸载顺序

先进行37?m跨桁架的卸载，卸载时由中间向东西两侧同步且对称进行卸载。37m跨卸载完成后，再同时进行南北两侧27m跨桁架的卸载，卸载时仍是由中间向东西两侧同步且对称进行卸载，如图9所示。

图9?卸载示意

4.3?卸载工艺措施

根据本工程的组织机构及卸载工作的特点，在业主单位领导及设计单位、监理单位的支持监督下，成立以总包钢结构项目部为主体的卸载作业的组织管理体系。在具备卸载条件后，由监理单位牵头组织、上述各相关单位参加的卸载前的准备工作的检查，使卸载和拆除进入实施阶段。

在卸载过程中，操作人员应选择素质较高的作业人员。卸载操作主要采取对支撑顶部的胎架模板割除的方法，根据支撑位置的卸载位移量控制每次割除的高度 △H （每次割除量控制在5~10mm），直到完成某一步的割除、结构不再产生向下的位移后拆除支撑。在支撑卸载的过程中，应监测控制点的位移量，如出现较大偏差立即停止，查出原因并排除后方可继续进行。

5?结束语

针对大跨度钢桁架安装，设置临时支撑胎架，分段分级卸载，确保其施工安全，减少了材料倒运，进而减少机械设备的使用，节省了能源消耗，提高了施工场地用地利用率。通过此项技术，节约脚手架用量150?t，脚手板用量3 000块，节约了人工350人。