大跨度钢桁架整体吊装施工技术研究与应用

1 工程概况

某中学大门结构为钢结构，主钢梁为热轧H型钢、箱形钢柱，钢柱规格主要为箱300 × 300 × 12 × 12，钢横梁为294 × 200 × 8 × 12（mm），钢支撑为箱150 × 150 × 8 × 8，形成桁架式框架柱；上部桁架：主横梁 HM 440 × 300 × 11 × 18，次横梁HM 294 × 200 × 8 × 12，钢支撑为HW 200 × 200，屋顶总高度为21m。屋面、墙面均采用铝镁锰金属结构，如图1所示。

图1 某中学大门立体示意

上部桁架由主、次横梁、钢支撑组成钢桁架，构件节点的焊接强度及桁架的各构件平整度为桁架整体受力的关键。大门上部桁架部位净跨为49.66m，总重约72t，整体安装高度为20.1m，采用地面小单元拼装，然后将小单元进行组合，再用两台260t汽车式起重机双机抬吊整体吊装桁架进行安装。

为保证钢构件安装质量，应按构件型号、种类及安装顺序划分区域，并在每个区域插竖标志牌，构件底层垫块必须有足够的支承面，且垫块不允许有明显的沉降。堆放构件时，应根据计算依据，确定合理的堆放高度，以确保最下面的构件不会永久变形，且不得随意增加堆放高度。

2 钢桁架梁安装工艺

2.1 钢桁架梁安装概述

该钢桁架施工分为钢柱施工和桁架组合吊装两部分，钢柱单件最重为3.5t，吊装方法为散吊，即立好钢柱后再安装连梁及斜撑，该钢柱施工选择25t汽车式起重机作为主吊机械。钢桁架长49.66m，重约72t，在钢桁架原位水平投影地面北侧作为拼装场地，分3段进行小单元拼装，即为18.59m+12.32m+ 18.59m，宽度为7.7m，然后将小单元构件组合起来，再进行整体吊装施工。小单元构件组合时采用25t汽车式起重机，整体吊装采用2台260t汽车式起重机进行双机抬吊就位。

2.2 钢桁架梁施工机具选择

吊装机械选择要求如下。

（1）因钢桁架长49.66m，重约72t，汽车式起重机钩和钢丝绳重量约1.5t，吊具0.5t，抬吊重量为38t，桁架上平面标高为20.100m，吊装钢丝绳高度8m，吊钩和高度限位高3m，因此汽车式起重机的起升高度需31.1m。又因钢桁架宽7.7m，桁架组合位置距柱子1m，汽车式起重机尾部距回转中心距离为4m，所需最小幅度为16.55m。根据260t汽车式起重机工况表选择35.32m主臂，18m工作幅度，额定荷载为48t，荷载率为：38/48=79.1%<80%，汽车式起重机作为抬吊机械满足要求。

（2）钢柱吊装选择25t汽车式起重机作为吊装机械，钢柱单件最重为3.5t，选择27.95m主臂，10m幅度时，额定荷载5.3t，满足吊装要求；桁架小单元重约8t，25t汽车式起重机17.3m主臂、7m幅度时，额定起重量为9.8t，满足小单元拼装及桁架组合要求。

（3）钢丝绳及卡环选择。汽车式起重机尾部正对组合好的桁架，距离桁架位置约1.5m，吊点每个起重机吊4点，用卡环锁桁架上方节点处（图2）。

（a）

（b）

图2 吊点位置示意

（a）吊点平面示意；（b）吊点立面示意

桁架整体吊装钢丝绳选择6×37+NF- 34.5，抗拉强度为1700MPa，破断拉力为758.0kN，四股受力，钢丝绳的安全系数为（考虑角度影响，加1.1系数）：758.0×4/42/9.8/1.1=6.696>6，满足要求（按照起重时最不利吊重时计算）。卡环选用13.5t，单点受力为10.5t，满足要求。

25t汽车式起重机选用6×37+NF-17.5，抗拉强度为1700MPa，破断拉力为189.5kN，柱子单件最重为3.5t，2股受力，钢丝绳的安全系数为：189.5 × 2 × / 3.5 / 9.8 = 11 >6，满足要求。

桁架小单元吊装时（组合后重约8t），4股受力，安全系数为：189.5 × 4 × / 8 / 9.8 = 9.7 > 6，满足要求。

2.3 钢桁架梁施工工艺流程

测量放线→拼装、组装→分段组装→整体拼装→钢柱安装→钢柱校正→桁架整体吊装→柱顶部位焊 接→钢桁架验收。

2.4 钢桁架梁安装准备

根据施工要求对材料、起重机、器具、安装构件等进行进厂验收，做好施工管理人员及作业人员的技术交底，吊装前应严格控制基础标高，测放控制线，并按基准测量值对基础表面找平。地面拼装时场地应坚实平整，四周拉设警戒线，禁止非施工人员进入拼装现场。整体拼装时要根据现场条件进行安全警戒，部分区域在施工期间进行封路，2台260t起重机站位选在大门南侧混凝土路面上，并保证路面承载力满足要求，下班后收起起重机让出施工道路，再次工作时按上述方法进行封路作业，直至整体吊装完成。

2.5 钢桁架梁拼装及组装

（1）先将钢桁架分成18.59m+12.32m+18.59m这3段进行拼装，然后把小单元再组合成整体。

（2）搭设组合平台。根据现场实际施工条件，在钢桁架梁水平投影地面（轴/轴；轴/轴）北侧搭设两个小单元拼装平台，（轴/轴；轴/ 轴）南侧搭设1个整体组合平台，平台要求水平并采用200×200×8×12的H型钢作为拼装平台的打底材料，根据每段拼装完成后的尺寸数据，制作两个9m×15m的临时拼装平台，再用水平仪抄平后进行固定，然后进行分段拼装。分段拼装完成后，将拼装平台调整为9m×45.3m，再用水平仪抄平后固定，进行整体对接。整体拼装对接时，要随时注意构件有无变形，用水平仪、线坠等辅助工具进行校验。整体拼装对接完成后，要把栓接、焊接全部完成后待吊装。

（3）拼装小单元。按照图纸要求和尺寸，先拼装桁架的下平面结构，拼装好后安装立筋和斜撑，再拼装桁架上平面结构。拼装好以后将拼装件整体吊装起来，与下平面结构连接。

（4）组合桁架梁。把桁架小单元运输到吊装现场，组合位置为距两边支撑柱子边1m距离。第一件位置外侧和柱子内侧对齐。用H型钢将小单元支撑，要尽量水平，支撑高度为0.3m左右，以便桁架组合。用25t汽车式起重机将第二节小单元吊起，按照图纸要求和第一节进行连接，待全部连接后把悬空端用道木支好后摘钩，完成第二节连接，再用同样的方法连接其余5节。

2.6 钢柱和钢梁施工

2.6.1 地脚螺栓施工

地脚螺栓规格为M24，材质为Q235B。首先根据原始轴线控制点及标高控制点测量地脚锚栓的埋设位置与标高，将制作好的整体框架吊装就位，通过安装支架下设的预埋板将整体框架进行固定，安装时可通过支架调整锚栓的位置及标高。柱脚锚栓采用定位钢筋进行临时固定，每根锚栓底部设置1根钢筋与承台底部钢筋连接，钢筋斜撑通过锚栓底层定位钢筋与承台底部钢筋连接，钢筋之间设置数道拉结钢筋。埋件及支架安装完成后，浇筑混凝土前要对锚栓丝扣保护。土建单位浇筑混凝土，浇筑过程中应实时监测埋件的位置并调整。

2.6.2 钢柱安装施工

（1）根据施工图纸尺寸，在每个基础上画出柱子就位纵向、横向中心线，并核实轴线位置，然后根据柱子的吊装位置，进行起重机打车，每次打车的位置尽量覆盖尽可能多的柱子，以减少起重机挪车次数，加快吊装进度。钢柱安装分为两层，吊装完第1层，整体验收并校正后吊装第2层，连梁及斜撑吊装顺序为自下而上。

（2）吊装前要在柱头上搭设安装连梁的作业平台，在柱头上栓3根缆风绳，作为固定柱子及调整柱子的垂直度的工具，并挂好作业人员上下的爬梯。

（3）钢柱吊装时，先吊角上的柱子，用17.5mm钢丝绳两点拴钩，吊点设计要满足柱子立起后尽量垂直，然后指挥起重机起钩，使钢柱缓慢立起。待钢柱立起后，清理钢柱底板，再通过起重机回转和变幅，使柱子到达就位位置上方，然后缓慢落钩，在人工配合下，使柱底板上的孔和基础螺栓对齐后落钩。用1t倒链将缆风绳和周围合适的地锚连接，缆风绳分布基本要均匀，与地面的夹角不得大于60°。然后调整柱底板的标高，使之符合设计要求，并要保证柱子的纵向和横向中心和柱底板的位置线重合，再通过缆风绳的倒链调整柱子的垂直度，使之符合要求。将缆风绳打好，拧紧地脚螺栓后摘钩，重复上述步骤，吊装相邻的柱子并固定。

2.6.3 连梁及斜撑安装

用钢丝绳以连梁中心对称两点捆绑拴钩，连梁吊起后尽量呈水平状态，指挥起重机起钩，通过回转和变幅使连梁到达就位位置，穿上螺栓并拧紧，用同样的方法吊装其他连梁。斜撑的吊装和连梁方法相同，拴钩时要尽量把斜撑调整到和就位相同的倾斜角度。

2.6.4 钢梁安装

此钢梁主要为首层平台梁，选用25t汽车式起重机起吊，采用两点起吊。钢梁在吊装时，在两端各拴1根溜绳，以牵引就位，防止吊装时碰撞钢柱。钢梁起吊后，旋转起重机臂杆，使其缓慢就位，在距连接板100mm左右时应缓慢落钩，人工扶正，使平台梁上螺栓孔与钢柱连接板的螺栓孔对准，将双连接板安装后，穿入高强螺栓，待所有高强螺栓全部连接后，方可摘钩。钢梁与柱接头为腹板栓接、翼缘焊接时，宜按先栓后焊的方式进行施工，螺栓连接从中心轴开始，对称拧固。次梁根据实际施工情况逐层安装完成，当天安装的钢构件应形成空间稳定体。

2.7 钢桁架整体吊装施工

2.7.1 钢桁架安装技术要求

（1）吊装前对工器具、起重机、地面承载力进行检查，并对钢桁架整体验收合格后，方可吊装。起重机打车位置严格按照要求执行，防止就位时超负荷。

（2）测量桁架的实际长度及两排支柱之间的距离必须确保桁架可以插入，如不符合要求应进行调整。起吊时要把钩绳调垂直，使钢桁架处于水平状态，并在桁架两端拴溜绳，防止起吊时和支柱、起重机相撞。

2.7.2钢桁架吊装

（1）钢桁架吊装采用2台260t汽车式起重机进行双击抬吊施工，吊点位置距钢桁架梁两端分别为7.1m和10.65m（图3）。

图3 吊点位置布置示意

（2）起重机打车尾部距桁架距离1.5m，纵向中心线和两吊点中心对齐，每台起重机用两对 34.5、4根长8m的钢丝绳进行拴钩，拴钩的方式为在节点处用卡环锁上，拴好钩后两台起重机同时起钩，待钢丝绳受力后进行检查，一切正常后，双车同时起吊，离地20cm后停止起钩，对吊点、起重机钢托座进行检查，无误后指挥两台起重机同时下降，试验抱闸是否可靠，然后正式起吊。

（3）指挥两台起重机同时起钩，当钢桁架到达与连接耳板水平位置后停止起升，指挥两台起重机同时转杆，直到钢桁架到达就位位置后，两台起重机同时停止，缓慢将钢桁架停在与3根支柱之间连接位置。调整钢桁架，将钢桁架和支柱先用螺栓连接。连接好后用专用电动扳手将螺丝打紧，在钢梁上部用马蹄口钢板焊接临时紧固件，加强固定，进行静态卸载，确认安全无误后摘钩收车。

3 监控监测

3.1 钢桁架监测内容

为保证大门钢桁架整体吊装的顺利进行，对钢桁架吊装全程进行结构监测，钢结构在吊装过程中相邻吊装点的同步误差要求小于10mm。桁架吊装过程中对桁架变形监测选用全站仪监测桁架吊装期间的变形情况，共测量3个阶段：吊装前初始状态测量（拼装状态），安装完成后测量1次（结构成型状态），静态卸载后具体位移符合设计规定即可。

3.2 监测方法

钢桁架监测主要为变形监测，在监测点位设置反光贴片，使用全站仪进行测量。

3.3 监测周期

整体吊装前要用测量仪器对钢桁架进行监测，确保桁架在水平和竖直方向没有相对位移反复出现的情况下，可以吊装。在钢桁架安装过程中需持续观测。整体结构安装和焊接完成后，用全站仪测量建筑物整体垂直度和平面变形，形成整体钢结构初始测量成果表。

4 钢桁架施工过程质量控制

4.1 安装质量控制

拼装时需严格复核钢构件外轮廓线、轴线、大样节点及待拼装体的平面挠度。另外因温度变形及其他因素产生变形的影响，在确定钢结构长度时应考虑对长度值进行相应的修正。在一段整体钢构件安装完后，必须先验收安装质量，待安装质量达到验收标准后方可对钢构件进行下一步安装。安装过程中使用线坠和结构控制线配合全站仪对构件进行平面位置控制。

4.2 焊接质量控制

定位焊是厚板施工过程中易出现问题的部位，定位焊时提高预加热温度，加大定位焊缝长度和焊脚尺寸。在厚板焊接过程中应坚持的重要工艺原则是多层多道焊、严禁摆宽道，以有效改善焊接过程中应力分布状态，保证焊接质量。另外，需加强对焊接过程的中间检查，以便及时发现问题，中间检查时不能停止施工，而是边施工、边检查。为控制焊接变形可采用组合焊接方式，即CO ₂ 气体半自动保护焊，并加大焊接能量密度，减少热输入。在焊接工艺方面，可采用小电流、快速度、多层、多道焊接工艺措施，对于焊材可选用不大于4.0mm的小直径焊条、焊丝。

5 结束语

采用地面小单元拼装、组合加双机抬吊整体吊装施工方法，充分利用汽车式起重机的机动性能，既可高效完成大跨度钢桁架梁安装，缩短工期，减少成本，又保证了施工质量，可为类似项目提供借鉴。