大跨度空间管桁架结构施工技术
左钊
（上海五冶集团上海五冶钢结构公司，上海２０１９０８）
摘要：大跨度空间管桁架结构有着优美的空间形体，这一类结构受力合理、刚度大、重量轻、杆件单一、外形
美观。近年来，在我国各省市体育场馆、会展中心等公共建筑中得到广泛应用，如上海洋山港南北闸桥项目、南 通体育场、南京新火车站等都是典型的大跨度空间管桁架结构体系．这里以洋山港南北闸桥项目为例，对其加
时施焊． 焊缝尺寸应符合设计要求的计算厚度或焊缝大
小，也要避免过多的堆焊加高而产生较大的焊接残 余应力．
焊缝坡口的根部间隙大于标准规定值 （１．５ ｍｍ）时，可以按超标间隙值增加焊缝尺寸．但 间隙大于５ ｍｍ时应事先采用堆焊和打磨方法修整
支管端头或在接口处主管表面堆焊焊道，以减少焊 缝间隙．
本工程管桁架的管径较小，Ｙ，Ｋ形节点中支管 之间间隙也较小，焊接空间较狭窄，各节点各焊缝应 采用３—４点定位焊后，再对称焊接完成．一般采用 低氢型焊条手工电弧焊．
ｂ．次桁架的吊装．首先在主桁架上次桁架的安 装点划好安装位置，设置连接板．次桁架在地面组对 成整体后，用２５ ｔ履带吊２台进行吊装，从两头向中 间处靠拢．吊装到位后首先对好安装位置，找好标 高，用点焊进行固定．在次桁架下方设置支架对桁架 进行支撑，待接点调整好，支架支撑好后，松钩进行 下一组次桁架的吊装．
本工程质量要求非常严格，线形，外表美观很重 要，存在多管相贯，技术要求很高．故主拱结构的钢 管的下料全部选用数控等离子相贯线切割机，此切
割机为６轴连动，等离子切割，由电脑控制切割机的 切割速度，各种角度变换．故构件的下料达到了设计 制作技术方面精度上的要求，而且形成了所要求的 坡口．下料完后，主弦杆与腹杆组装好，然后在预先 制作好的胎架上进行起拱，起拱高度ｈ根据圆心半 径、每段弧长计算得出． ４．１．２焊接工艺
由于主桁架分为多段制作安装，故钢管的对接 非常多，对于线形圆滑度的影响很大，所以采用如图
西 ６所示的３种形式．
（ａ）Ｉ形带垫板坡口接
［鄄
（ｂ）Ｖ形带垫板坡１３对接
（ｃ）套管搭接
图６主桁架钢管拼接形式
桁架在组装胎架上进行单榀桁架的焊接，组装 时必须按照先焊中间节点，再向桁架两端节点扩展 的焊接顺序，以免由于焊缝收缩向一端累计而引起 桁架各节点间尺寸误差．不得在同一支管的两端同
管一管桁架结构中包含大量Ｔ，Ｙ，Ｋ，Ｘ形节 点．施焊时焊接位置包含平、横、立、仰全位置施焊， 对支管与主管间的不同角度要求的焊接形式不同．
由于本工程钢管结构规格较统一，为提高工程 质量和减少工期，初期根据基本桁架形式制作了标 准胎架． ４．２主拱结构的安装 ４．２．１ 吊装的准备
主拱结构安装精度要求很高，每一段桁架都要 精确计算出交点的三维坐标（石，Ｙ，ｚ），以菇，Ｙ，ｚ三个 方向来定位控制，安装过程中误差限制为±３ ｍｍ。 超差就会影响线型流畅，故在主拱结构吊装前需做 以下准备工作．
收稿日期：２０１０一０８一１０ 作者简介：左钊（１９８ｌ一），男。陕西西安人，工程师，主要从事钢结构方面的研究
万方数据
华北水利水电学院学报
２０１０年ｌＯ月
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弧长：１１ ７１５．７
ｌ
弧长＝９ ２９３．６
ｌ
（ａ）ＨＪ－Ｉ
（ｂ）ＨＪ一２
（Ｃ）ＨＪ－３
图２主桁架结构示意图
图３主桁架断面形式
次桁架也是钢管桁架结构，截面呈倒三角形，每 根杆件长２ ｍ左右，共由２种规格管径组成，弦杆为 无缝钢管，腹杆为焊管．其中最长一段为４７．６０８ ｍ，最 短为３９．３０３ ｍ，在工厂加工时其每一根次桁架分成了 ３段制作，运到现场，在现场组拼好后按常规起拱．
３ 施工难点
工程施工难点主要在于主拱结构中主桁架以及 次桁架的制作和安装．制作难点在于主桁架结构的 弧形度，不仅需控制好单弦的弧度，而且需同时控制 好３根弦整体的弧度．工程中主要材料为小口径钢 管，管管相贯，焊接量非常大，壁薄焊接容易变形，故 防止焊接过大收缩也是一个难点．安装难点主要在 于主桁架安装定位．主桁架方位在（石，Ｙ，ｚ）３个轴线
大于１０。
（ａ）Ｔ＿连接
（ｂ）Ｙ一连接
（ｂ）Ｋ＿连接
．
①Ｋ（Ｔ－Ｋ）②Ｋ（Ｔ－Ｙ）
面面测 在近量 支点的 沿杆投间 弦外影隙 杆表问ｇ
（ｃ）Ｋ一组合连接
圈４钢管连接形式
（ｄ）ｌ（－十字形连接
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第３１卷第５期
左 钊： 大跨度空间管桁架结构施工技术
４９
图５ 圆钢管相贯焊接形式
相贯形节点的焊缝可分为全溶透焊、部分溶透 焊和角焊缝３类，根据设计承载要求不同而采用不 同形式．而由于管壁厚度的不同及支管与主管之间 不同的夹角，能够采用的焊接形式和焊缝的高度也 有所不同，有的需要在支管马鞍形曲线处切割出一 定的坡口角才能焊透．本工程支管的壁厚都较小，不 用切割出坡口角度也能焊透，如支管与主管之间的 夹角小于３００时，根部区难于施焊，必须在夹角底部 填焊至一定宽度后才可正常施焊，其焊缝有效值必 须取样检验进行焊接工艺评定加以验证． ４．１．３ 拼接组装
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌａｒｇｅ—ｓｐａｎ ｓｐａｃｅ ｐｉｐｅ ｔｒｕｓｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｏｆ ｂｅａｕｔｉｆｕｌ ｓｐａｃｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｌｏａｄ，ｈｉｇｈ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ，ｌｉｇｈｔ ｗｅｉｇｈｔ。 ｓｉｎｇｌｅ ｂａｒ ａｎｄ ｇｏｏｄ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ．Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｔｈｉｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｍａｎｙ ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ ａｎｄ ｍｕｎｉｃｉｐａｌ ｓｔａｄｉｕｍｓ，ｅｘｈｉｂｉ－ ｔｉｏｎ ｃｅｎｔｅｒｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｐｕｂｌｉｃ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ，ｓｕｃｈ ａＳ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｙａｎｇｓｈａｎ Ｐｏｒｔ Ｎｏｒｔｈ ａｎｄ Ｓｏｕｔｈ Ｓｔｏｎｅ Ｂｒｉｄｇｅ ｐｒｏｊｅｃｔ．ｔｈｅ ｓｔａｄｉｕｍ ｏｆ Ｎａｎ－ ｔｏｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ ｒａｉｌｗａｙ ｓｔａｔｉｏｎ ｅｔｃ．ｗｈｉｃｈ ａｌｅ ａｌｌ ｔｈｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｌａｒｇｅ－ｓｐａｎ ｓｐａｃｅ ｐｉｐｅ ｔｒｕｓｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｔａｋｉｎｇ Ｙａｎｇｓｈａｎ Ｐｏｒｔ Ｎｏｒｔｈ ａｎｄ Ｓｏｕｔｈ Ｓｔｏｎｅ Ｂｒｉｄｇｅ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｎｄ ｅｘｐｌｏｒｅｄ．
主桁架应用２台吊机一边由两头向中间吊装， 顺序依次向前，在中间处合龙，一边合龙后吊装另一 边，同样在中间处合龙；次桁架在主桁架吊装完毕且 固定好后再吊装，分别从两头向中间合龙． ４．２．３ 吊装方法
ａ．每段主桁架的吊装．采用４点起吊，吊装到
安装位置后，将主桁架前端３点放到定好位的胎架 上，后端采用连接板与前一段主桁架３点搭接，进行 初步固定．主桁架安装到位，调整好位置和标高、接 口处理，点焊强度稳固后松钩开始下一步吊装．
ｅ．胎架定位安装以及胎架上格构架．胎架安装 定位很关键，对主拱的精确安装起了很重要的作用： 对主拱还未完全固定时的支撑作用；胎架上格构架 对主拱安装的定位作用．胎架安装好后，主桁架３个 弦杆端头放在胎架上的格构架上，故胎架安装时，对 其进行了严格的定位控制．应用水准仪、精纬仪现场 测量．胎架安装好后，根据计算采用浪风绳和角钢支 撑将胎架固定好，调整好胎架顶部标高，如图９所示．
５ 结语
在洋山深水港南北闸桥工程主拱结构施工中成 功运用空间三维施工技术，建造了一座大跨度管桁 架空间结构，其中，科学的施工保证了主拱线型的连 贯、曲线流畅．南北闸桥项目的建成，使空间大跨度 钢管桁架结构魅力得到充分展现．
参考文 献
［１］董石麟，赵阳，周岱．我国空间钢结构发展中的新技术 新结构［Ｊ］．土木工程学报，１９９８（６）：１７—２１．
工及安装技术展开研究及探索．
关键词：大跨度；空间管桁架；钢结构；施下技术
中图分类号：ＴＵ３９３．３
文献标志码：Ｂ
１ 工程概况
洋山深水港南北闸桥工程位于上海市洋山港， 其主要作用为洋山深水港口“中国海关”检查桥，同 时也作为进入洋山岛标志性构筑物，主拱结构为大 跨度空间管桁架钢结构，分为南、北两座闸桥．
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图７主拱胎架定位ｘｏｙ平面图
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华北水利水电学院学报
２０１０年１０月
爹滁 ：轴
籍熊熏 慕 熏 嗣 特斟 研ⅧⅧ雨
图８主拱胎架定位ｙｏｚ平面图
主拱
图９主拱与胎架的定位关系示意图
４．２．２ 吊机的选用以及吊装顺序 主桁架采用２台５０ ｔ履带吊车吊装（同级别吊
车按下述性能选配），主杆选用３１ ｍ，作业半径控制 在８ ｍ，主钩额定吊重为１５．０５ ｔ，桁架长度在运输条 件许可前提下尽可能长，重量不能超过１５ ｔ，由南北 分别向中间进行依次安装．桁架间的次桁架采用 ２５ ｔ汽车吊进行吊装，采用对绳吊装．吊装时吊机站 在两主拱主桁架之间，从两端向中间顺序吊装：先安 装主桁架，再安装次桁架．
钢管桁架结构的线条要求流畅，形体优美．钢管 的连接主要采用焊接，焊接质量是结构重要控制对 象．主要从焊接节点构造、焊接工艺和无损检测技术 方面进行控制．
本工程管桁架钢管的规格多样：最大的为钢管 立柱弘５０ Ｘ １０，最小的为装饰桁架腹杆弘２×３，且 管壁普遍较薄，所以焊接变形较大，对其控制要求较 高，否则很容易出现焊穿管壁的情况．钢管连接形式， 有Ｔ形、Ｙ形、Ｋ形、Ｔ—Ｙ形、Ｔ—Ｋ形复合形及Ｘ形 节点，如图４所示，主管与支管的连接呈Ｔ，Ｙ，Ｋ或 复合形相贯节点形式，支管端部为马鞍形曲线．此类 圆管相贯接头分为４个区，即趾部、两侧部、根区部， 如图５所示．
ａ．复核每一段主拱制作的精度．检查主拱各弦 杆的尺寸长度、起拱度以及焊缝质量外观．现场地处 海边，土质比较疏松，容易下沉．故在搭设胎架时，在 胎架下面铺设了路基箱，以防止胎架在固定好后下 沉，影响安装质量．