长江航道模型实验厅大跨度钢管桁架分段吊装技术*
邹祝
（长江航道规划设计研究院，潮北武汉430011）
[摘要]长江航道6号模型实验厅采用了大跨度预应力张弦桁架结构.由于张弦架跨度大、重心高、侧向刚度较 差等特点，吊装过程应考虑多种因素的影响.对于大跨度张弦桁架的吊装采用“散件工厂制作、现场地面胎架分段拼装、空中对接安装”方法施工.重点介绍了张弦桁架分段位置、支撑架布置以及张弦桁架分段吊装施工工艺.
[关键词】钢结构：桁架；预应力；吊装；分段；施工技术
[中图分类号]TU758[文献标识码]A
[文章编号】1002-8498（2015）02-0060-05
SteelTubeTrussofChangjiangWaterwayModelTestHall Segmental Hoisting Technology forLarge-span
Zou Zhu
( Changjiong Waterwey Planning Denign and Reearch Intiate Wahan Hubei 430011 China)
Abstract ; No. 6 Changjing waterway model test hall applies large-span prestressed truss string structure.Because of large span high gravitational center and poor lateral stifess of truss string structure many influence factors should be considered during hoisting the construction technique of segmental fabricationin factory jig assembly on site and installation at high altitude is used for this large-span truss stringhoisting. The segmental position for string truss supports arangement during hoisting and detaildhoisting processing are introduced in detail.
Key words;steel structures; trusses; prestressing; hoists; segment; construction
1工程概况
倒三角形截面圆管张弦桁架布置在120m跨的③~轴区域.张弦桁架为简支梁体系，一端固定接于一侧混凝土柱顶，另一端单向滑动接于另一侧混凝土柱顶.两端支座均为抗震球型支座. 张弦桁架跨度120m，相邻析架中心间距均为12m，跨中高度13.2m.上部主拱钢桁架为变截面倒三角形立体钢管桁架.桁架钢管杆件间连接采用相贯线焊缝，张弦桁架两端节点处杆件众多，且为预应复杂. 力拉索的锚固点，所受荷载大，从而内应力大面且
长江航道6号模型实验厅为钢结构屋盖，总长为224m，钢结构分部工程包括倒三角形截面圆管张等，共约3500t.整个屋盖共有16榴张弦桁架，在 弦桁架、屋面H钢梁、支撑系统、条、马道、钢梯轴与①轴间设置平面管桁架与张弦桁架相连，以实现变形缝的构造要求.每8福张弦桁架之间均布置了圆管次桁架作为面外支撑系统.如图1所示.
2施工技术特点
1)大跨度预应力钢结构施工张弦桁架的净跨120m，钢管桁架与预应力拉索的协同施工是本工 程的难点之一.
图1长江航道6号模型实验厅工程结构（一半）效果
2）地面拼装精度要求高、拼装量大本工程采用“地面拼装，空中对接”的方案进行施工，16福倒三角截面圆管张弦桁架，2福平面桁架，其弦杆均为弧形.为保证空间对接的顺利进行，地面的拼装精 度要求很高.此外，每榴张弦桁架或平面桁架均分
Fig.1Structural effeet of half of model test hall
为7段，其分段后的构件数量达到126件，涉及约7200个圆管零件，地面拼装量很大.
3）焊接量大且要求高本工程张弦桁架部分钢管桁架杆件连接均为全焊接.钢管桁架杆件间相贯线焊缝采用坡口焊缝，焊缝等级为二级；钢管 与铸钢节点的连接均采用坡口全熔透焊接，焊缝等级为一级.
4）雨季施工的挑战性大本工程钢结构进场施工时间为武汉多雨季节，对焊接、吊装工作都带来了难度，需采取相应的措施进行防护，保质保量 完成此工程.
3钢结构现场拼装
3.1拼装总体思路
本工程张弦桁架跨度120m，跨中高度13.2m.度从中部的4.5m渐变为边部的2.1m，桁架宽度从 上部桁架为变截面倒三角形立体钢管桁架，桁架高中部的6.0m渐变为边部的2.0m.桁架钢管杆件间连接采用相贯线焊缝，焊接量很大，拼装精度要求高.根据桁架构件的规格和本工程建设地点等情况，经综合分析考虑，采用工厂散件制作，然后汽 车运输至工地，在工地搭设拼装胎架进行桁架构件分段拼装，最后进行空中对接安装.在拼装过程中，把能够在地面安装的主条和马道进行安装就位，搭设活动操作架，涂装中间漆、面漆等，以“能够在地面施工的，绝不到高空施工”为原则，降低施工 安全风险.
为了实现流水作业，紧凑施工，桁架的拼装顺序和进度均以满足吊装为原则，根据吊装要求，桁架的地面拼装采取工厂配套散件发货，工地分区地 面拼装.散件的加工和运输与现场实际拼装、安装进度相一致.一个区的桁架同时拼装，即2整福的跨内桁架（第2，6段）共10福桁架同时拼装.拼装桁架的构件属性如表1所示.
3.2现场拼装流程（见图2）
根据施工经验，保证钢构件地面拼装精度至关重要，是后续钢结构安装得以顺利进行的重要前提和保障.
4钢结构安装工艺
4.1钢结构安装的总体思路
本工程钢结构安装包括预埋件，①~②轴，9~②轴的H钢梁屋盖，③~轴的张弦桁架安装.张弦桁架又包括管桁架和拉索2部分.
顺序均由I区向IV区进行（即~③轴方向）.每 ③~轴的张弦桁架共分为4个区，拼装、安装个区（2福张弦桁架）作为一个安装单元，如图3所示.
万方数据
表1拼装桁架的构件属性
Table 1Components properties of assembly trusses
名称 数量 型材 长度/ mm 质量/kg 拼装 方式第1 7段 32PIP325 ×12 9 605 4962 卧拼第4段（含主 条） 6 22 247 20 964第4股（含主 22 247 22 231条、马道） 第3 5段（含主条） 12 PIP480 × 18 26 880 22 121条、马道） 第3 5段（含主 20 PIP480 × 18 26 880 23 334第2.6段（含主 条） 12 PIP480 ×30 27 206 22 903 立拼第2 6段（含 主条、马道） 20 27 206 24 393 立拼平面柜架 10PIP400 ×12 9605- 2 800 - 卧拼27 206 10 035
图2现场拼装工艺流程
Fig. 2Assembly technology processing on site
Fig. 3 Trusses installation sequence 图3桁架安装顺序
-6段在地面拼装完成后，轴安装固定铰支座和搭设支撑架（贝雷架），拉设缆风绳，然后用100t的履带式起重机分段吊装桁架，进行空中对接，在单根桁架平面内的安装顺序是“由两端向中间合拢”.
为保证施工过程中的结构安全，增加倒三角桁架的面外稳定，每2福桁架作为1个安装单元，即每个安装单元在吊装过程中，一旦有安装次桁架、系杆的作业面，即立面安装次桁架或系杆，尽早彩成后，再安装桁架与拉索连接的撑杆，接下来进行拉 独立的空间受力单元.在第2~6段桁架安装完成索安装张拉工作.拉索在张拉过程中进行应力、应变监测.
在2个安装单元（分区）张拉施工完成后，再进装.16福张弦桁架拉索张拉施工完毕后，再统 行安装单元之间的次析架、系杆等面外支撑的安一进行120m跨外第1，7段的吊装，起重机采用50t起重机，第1，7段为弯弧造型，安装关键点是保证桁架的安装建筑外观尺寸.
4.2支撑架的设计验算
4.2.1支撑架钢结构的设计验算
主拱钢桁架要进行分段空中对接，就需要搭设支撑架，本工程所采用的支撑架为标准节贝雷架，主贝雷片宽×高为1.5mx3m，主肢为2[10，腹杆为1200mm，主杆为L90×6，次杆为L63×40×4， H80×50×4.5×6.5；次贝雷片宽×高为900mm×L40×4，然后由主贝雷片和贝雷片螺栓连接组合面成1.5mx1.0m截面的格构式支撑架，高度为3m的模型，局部高度不足的用自制的同截面构件进行安装.如图4所示.每福桁架需要4套支撑架，为 保证安装进度，需要4福桁架的支撑架量，即16套.
图4支撑架Fig. 4 Supports
第2，3段构件的自重分别为243.93，公式P=TK/C进行计算，式中：T为吊点所受最大233.34kN，拉索对此支撑架的荷载为26kN，次桁架拉力；C为换算系数，6×371钢丝绳为0.82；P为
张弦桁架的安装共分为7段，120m跨内的第2对此支撑架的荷载为20kN.
4.2.2钢混凝土垫块的设计
4.3桁架吊装分析
4.4吊索的选取
支撑架承受的最大荷载为F=243.93/2轴安装单向滑动铰支座.在设计位置的地面上233.34/22620=284.84kN，桁架下弦与支撑架的直接接触处采用2根H200×200×8×20作为横梁，下弦在横梁中心.从而每根横梁的跨中所受 的集中荷载P=284.84/2=142.42kN.采用有限元软件MIDAS和按照现行《钢结构设计规范》CB50017-2003进行设计验算.
由于轴的第2，6段的安装是本工程桁架的第1吊，没有面外支撑，因此其支撑架要做特定的辅助 稳定设计，支撑架顶的胎架截面同地面拼装的胎架.
支撑架底部铺设250mm（厚）×2000mm（长）x2000mm（宽）的钢混凝土垫板，垫块上有圆钢20的吊耳，可以进行转运重复利用.上下排钢筋 为20@100，纵横布置，混凝土强度等级为C20.
钢支撑架底部焊接20×200×200钢板作为底板，此底板对钢混凝土垫板的压应力为：0=109. 4kN/(0. 2m ×0.2m)= 2. 7MPa <20MPa(混凝受压. 土抗压标准强度），因此钢混凝土垫板能满足局部 钢混凝土垫板对地面的压应力为：0=4×109.4kN/(2m×2m）=0.11MPa <0.5MPa 因此地面能满足钢结构安装要求.最大的应力比为0.391 <1，因此支撑架能满足安装要求. 本工程桁架最大质量为24.4t（第3，5段含主条和马道），如图5所示，其中0.5kN/m为主栋条和马道荷载. 图5吊装时桁架的约束条件和荷载情况Fig.5Constraint and load conditions of trusses during hoisting 程中桁架是安全的.吊装过程桁架的变形量为 桁架的杆件的应力比均<1，因此在吊装过1.6mm，1.6/26000<1/400，因此桁架的变形量满足要求. 经过计算钢结构吊点最大受力为98.7kN，根据 吊索选5；P=TK/C=98.7×5/0.82=601.8kN.查1）第1步吊装主拱钢桁架两端头的第2 6强度为702kN. 1 4.5吊装机械的选择分析 本工程所需履带式起重机的主臂长为33m，且只在主臂工况下进行吊装，作业半径为8-10m，构件最重为24.4t，作业半径为8.2m，履带式起重机QUY100的起重能力为53.7t，因此履带式起重机 QUY100满足本工程的吊装要求. 主拱钢桁架第1，7段，H钢梁屋盖、次桁架等构程的吊装要求. 4.6主拱钢桁架分段及临时支撑架布设 张弦桁架共16福，位于③-轴线间，每福主拱钢桁架分7段吊装.主拱钢桁架的分段综合考虑了散件运输、吊装单元的质量和长度、起重机的起吊装设备采用100t履带式起重机.然后进行各对度在25m左右.根据分段情况来布设支撑架，保证结构施工过程的安全和质量，如图6所示. 5张弦桁架吊装方案 5.1张弦桁架安装前的准备 张弦桁架在吊装前先复测钢混凝土柱的轴线离，拉索张拉到位后，即可拆除支撑架.和较支座顶的标高，在饮支座上做好桁架的就位标按照以上方法，从轴向③轴方向分4个区进记.同时按图布设支撑架，支撑架为减少沉降，在行安装.相邻两区的拉索张拉完成后，再进行两区其下方放置预制混凝土垫板.并把支撑架顶与下之间面外支撑系统的安装.弦杆相接触的地方加调节钢板确定好标高，调节板撑架没有受到水平力荷载，缆风绳起到保险加固的装设备采用50t汽车式起重机，作业半径为8m.1m的L70x5地锚相连接，根据地质情况和工程经验，地铺能够提供10kN以上的水平力. 钢丝绳破断拉力（kN）；K为钢丝绳安全系数，用作5.2张弦桁架安装流程 表可知选用公称抗拉强度为1700MPa、直径为段，吊装设备采用100t履带式起重机.轴的第2，36.5mm的6×371钢丝绳.此钢丝绳公称抗拉6段是主拱钢桁架安装的开始，保证此段构件在空中的稳定至关重要.第2，6段就位、校正完成后，立 即对铸钢支座与球支座进行焊接.第2，6段主拱钢桁架的吊装作业半径均为7.9m.1个分区内2个数字轴之间相邻两段桁架吊装就位时，立刻安装面外支撑，使吊装结构能形成稳定、独立的受力单元，之后才对吊装主拱钢架的起重机进行松钩，进 人下一步的吊装工作. 2）第2步吊装主拱钢桁架的第3，5段，与第件单根最大质量为5t，作业半径均在9m以内，主臂1步相同，两数字轴之间的桁架一吊装就位就要安最长需40.2m，因此50t汽车式起重机能满足本工装相应的面外支撑，保证施工过程的结构安全.吊装设备采用100t履带式起重机.第2，3段，第5，6 段对接校正后，进行焊接.第3，5段桁架的吊装作业半径为8.2m. 3）第3步吊装主拱钢桁架两端头的第4段，车式起重机，对接口的焊缝量达到1/2之后才对起重机进行松钩. 4）第4步安装撑杆、拉索，然后进行张拉.在索力的作用下，桁架向上起拱，桁架与支撑架分 5）第5步在16棍张弦桁架的跨内部分全部 作用，缆风绳为19mm钢丝绳，钢丝绳与插人地面5.3吊装注意事项 1）桁架吊装采用捆绑式四点吊装. 2）主拱钢桁架吊装时应慢慢落钩，将钢架拱缓 图6张弦桁架分段位置及支撑架布置 Fig. 6 Segmental position of string truss and supports arrangement 慢落至临时支撑架上. 6结语 3）主拱钢桁架调节就位后，应采用缆风绳将钢架拱临时固定，每段钢架拱的缆风绳≥4道，东西各2道，缆风绳采用直径为19mm的钢丝绳. 临时支撑架顶部支撑点进行焊接固定. 4）主拱钢桁架调节就位后，应将主拱钢桁架与 5）主拱钢桁架吊装时应采用全站仪全程跟踪测量，精确定位. 6）主拱钢桁架高空对接时设置施工吊篮，便于施工人员操作、焊接. 7）主拱钢桁架高空对接时、调整就位后，先用连接耳板进行固定，固定好后再进行焊接，避免构件受力状态下焊接. 8）施工过程中施工人员必须明确具体分工和职责，在整个吊装过程中要切实听从命令、服从指 挥，不得擅自离开工作岗位. 9）吊装起重机械必须经有资质的检验机构检验合格取证，且在有效期内，特种作业人员必须持证上岗. 位分指挥应正确迅速执行总指挥的命令，做到传递 10）吊装时，整个现场由一个总指挥调配，各岗信号迅速正确，并对自己负责区域内负有责任. 11）吊装前指挥者和起重机司机统一指挥信号和吊装顺序. 12）在吊装作业过程中设安全巡视员，进行现场监控，随时检查各岗位及施工过程中的违章现象，当吊装过程中出现违章操作时，立即要求其停止施工. 明牌警示. 13）吊装时，施工区域设警戒区，设专人临护， 14）在起吊过程中，任何人不得在重物下和受力索具附近逗留和通过，不允许有人随构件同升降. 15）应随时检查支撑杆的基础，特别是雨后，如遇有下沉或单杆悬空现象应立即安全处理进行加 固，并注意检查缆风绳的松紧受力情况及时调正. 16）起重机在吊装前应检查各部分的安全状况. 采取高挂低用方式，并系拴在可靠物上. 17）登高空作业人员，操作时使用安全带，必须 18）施工时手用工具应放在工具袋中，不得随意堆放，免得下坠伤人. 弦桁架的吊装，采用”散件工厂制作，现场地面胎架 目前此工程的施工已经完成.对于大跨度张分段拼装、空中对接安装”方法施工，在各构件出厂之前进行预拼装，然后将各配构件做好编号，在施 参考文献： （上接第37页） 3结语 参考文献： 计标高，实现“能够在地面施工的，绝不到高空施 工现场进行分段拼装，空中对接后，整体提升至设工”的原则，有效降低施工安全风险，达到提高施工效益的目的. [1]郭度称，崔晚强，大跨度复杂钢结构施工过程中的若干技术问题及探讨[1].工业建筑，2004（12）：1-5 22.[2]舒宝度，张记生，徐世明，雷架在高空大跨度房屋建筑中 的运用[1].建筑柱术开发，2010（5）：29-30.[3]张字鹏，某排演申心观众厅双向预应力钢相架屋盖设计与施[4]谢士强，林.大跨度钢结构施工技术研究与应用[J].四 工别技术[J]，路工技术，2013 42（20）：14-16.川建材 2012(6) ：204-205.[5]沈量制大爵空间结构的发展-回顾与展望[].土木工 程学握，1998(3）：5-14.[6]唐兵传，丁晓东，大跨度空间管桁设计与施工的若干间题[7]长江航进规划设计研究院，武汉建工股份有限公司，长江航 [J].胡结构 2006(3) ：28-32.道科研实验新基地一期工程钢结构安全专项施工方案[R]. 2012. 设计图纸仅对最终结构实体在正常投人使用的情况下进行受力及变形验算，然面，在超高层组 合结构施工过程中，结构往往还未整体协调受力或未达到设计的混凝土强度，还有必不可少的施工措施带来的各种荷载，还需遵循各种施工工序并满足相关规范要求.使用Midas/gen软件建立有限元模核施工进度计划的科学性；同时通过验算施工过程 型，进行施工期间危险工况进行模拟验算，能够复中结构竖向位移，得出竖向位移最大点位置，能够给设计单位以便于进行进一步深化设计，通过建立危险施工工况有限元模型，得出在x方向地震荷载及风萄载作用下，结构层间位移最大，需要考 虑设计加强措施.通过这种手段实现了技术先行，不断地反愤和深化设计，指导现场施工. [1]范峰，王化杰，支旭东，等，上海环球金磁中心施工竖病变形 分析[1].建筑结构学报，2010 31（7）：120-122.[2]冯启品，王小盾，陈志华，天律泰安道五号院超高层湿合结[3]方需华，钱察茹，叶列平.高层建筑结构设计与计算[M]. 构整向变形差值分析[J].施工技术，2012，41（14）：56-58.北京：中国建筑工业出版社，2005.[4]朝玉望，超高层建筑施工（2版）[M].北京：中国建筑工业 出版社 2011.[5]中国建筑科学研究院，GB50009-2012建筑结构荷藏规范[6]中国建筑科学研究院，GB50011-2010建筑抗霞设计规范 [S].北京：中国建筑工业出版社，2012.[S].北京：中国建筑工业出版社 2010.
