大跨度钢结构管桁架施工技术娄元建(江苏新源建筑工程有限公司)【摘要】:模型试验大厅及模型试验大厅配套设施工程、建筑面积21616.59㎡、檐高22m、排架钢管混凝土柱+倒置式大跨度屋面桁架结构；A、C区跨度59.8m、B区宽度73.98+16.98m；拼装工艺困难，相贯焊接节点复杂，焊接质量要求高，施工过程中，由于采取科学、合理、可靠的技术和有效的质量监控，成功地施工了该项工程，满足了施工和设计要求。
【关键词】:大跨度管桁架预拼地面拼装双机抬吊安装相贯焊接一、工程概况模型试验大厅钢结构由800×800×20,400×400×20的箱型柱，800×350×12×16，H型抗风柱，Φ500×20圆型摇摆柱，管型桁架等组成。
钢材总用量3200多吨，质材为Q345B。
钢柱高度为9.4～19.5m不等，管桁架跨度分别为B区73.98m+16.98m、13榀，A、C区58.96m，15榀。
钢柱9.4～19.50m，单根重量在10T左右，管架单榀最大重量在48T左右。
钢压型屋面板30455㎡，钢压型墙板8925㎡。
管桁架与钢柱安装连接采用Φ800×30的焊接球和FKTZ4000型滑动支座固定。
（1）、钢柱断面尺寸世行贷款淮河流域重点平原洼地治理工程模型试验大厅及模型试验配套设施工程钢结构工程总长度为314.5m，结合工艺要求通过伸缩缝把整个建筑分三个区段，其中，A区宽度为60m，长度为76.4m；B区宽度为92m，长度为144m；C区宽为60m，长度为94.1m；本工程结构形式为排架柱（矩形钢管混凝土柱）+倒置三角桁架结构，桁架与排架柱顶采用铰接。
A、C区桁架跨度均为58.96m，B区桁架跨度为73.98m+16.98m，跨中设置摇摆柱，纵向通过设置柱间支撑来抵抗地整力和该方向的风荷载。
结构檐口标高为22m。
钢结构立面图（B区）其中钢管混凝土钢柱主要分为箱型截面和圆钢管截面两种，结构的边柱采用箱型截面钢柱（即A、C区的B轴和G轴，B区位于A轴和H轴），B区跨度较大，跨中采用圆钢管截面形式的摇摆柱；钢柱截面尺寸为□800×20；圆钢管柱截面尺寸为Φ500×20；钢管柱共58根，在结构的1轴、8轴、20轴以及28轴线设有抗风柱，抗风钢柱截面采用H型形式，截面规格为H800×350×12×16；共14根。
钢桁架结构分为主桁架和次桁架，其中主桁架纵跨整个实验大厅，次桁位于主桁架之间，将整个主桁架组成一个整体；桁架采用倒置三角形式和四边形两种拱形桁架，以三角倒置桁架拱形为主；桁架宽度为4.5m，高度在2m~4.5m之间变化。
其中A区共有7榀纵向主桁架；B区共有13榀主桁架；C 区共有8榀主桁架；桁架轴侧图屋面钢桁架材质均为Q345B级规格分别为：Φ299×10.0、Φ140×6.0、Φ159×6.0、Φ325×12.0、Φ180×7.0、Φ426×14.0、Φ219×8.0、Φ219×8.0、Φ245×10.0、Φ245×8.0、Φ140×5.0、Φ273×10.0墙体用钢架材质均为Q345B级规格分别为：H200×150×4.5×6.0、C200×70×20×2.0(薄型C型钢)、C200×70×20×2.5（合抱型钢，口对口）、C200×70×20×2.5（薄型C型钢）。
外墙体材料1.20m以上采用双层压型钢板复合保温墙体（横向排板），自外至内为0.75mm厚YX40-320双涂双烤漆镀锌板，0.17mm厚纺粘聚乙烯防水透气层，75mm厚玻璃保温棉，下衬纸基夹筋铝箔贴面，内侧YX15-225-900压型钢板。
2.1、结合本工程施工时的特点本工程钢结构为管桁架结构，其拼装工艺难度较大，节点复杂，相贯焊接等难题，因此构件在制作后事先在加工车间预拼，及时对构件调整和校正，消除一些拼装难题，避免了现场拼装过程出现的一些问题，减少了现场高空拼装的工作量，但在空中拼装对三维的控制（中心线、起拱、垂直度）将是施工的重点和难点。
2.2、施工准备2.2.1根据设计图纸进行深化细化设计，结合施工现场、工厂及运输的要求来进行构件的分批、分段处理，深化设计完成后，请设计及相关单位人员审核确认。
2.2.2由技术负责人组织施工技术人员共同审图，明确其中制作安装的重点及难点，对制作高、难度大的节点制定相应的措施，编制了详细的加工工艺计划。
2.2.3根据钢结构施工进度计划，相应制定了材料采购、检验及用工计划，落实大型机械进场计划。
2．2.4由于本工程工期紧，施工难度大，精度要求高、管形相贯拼装焊接量大。
因此对制作、安装人员进行了详细的施工技术交底。
2.3、工厂加工2. 3.1材料检测①对到货的材料核对证书、炉批号、数量、规格品质、技术条件、主要标志等是否符合要求，不符合材料标准的严禁使用。
②材料进厂后进行外观检查和尺寸检查，表面无明显锈蚀、麻坑等缺陷，并对原材料进行抽检，合格的材料做好材质和工程色标，并摆放整齐。
2.3.2下料、切割①根据工程总体部署，现场施工场地及运输条件的限制，桁架只能在工厂内分段制作后运至现场，为确保制作质量能满足结构设计要求，所以在工厂内进行预拼，然后散件运至现场，为了满足运输，将上、下弦杆各分成五段进行下料制作。
②桁架结构主管直段采用切管机和美国peddinghaus公司生产的锯床下料，支管采用日本生产是数控管子相贯线切割机直接下料，节点板和加劲板用剪板机或数控切割机下料，对主管原则上长度按定尺采购，每段放焊接收缩余量2-5mm。
2立即对构件或杆件进行检验，当钢管不平直及有局部凹陷时，应对钢管进行矫正。
对达不到长度要求的应重新下料。
支管的检验应以首件为样品，检验后，根据图纸对构件或杆件进行编号，以便装配。
2.3.3工厂预拼、校正由于本工程管桁架结构相贯拼装节点复杂，工程量大，为了保证现场钢结构的顺利拼装，加快施工进度，减少现场拼装工期，因此工厂预拼尤其关键和重要。
①工厂预拼的顺序根据已确定的现场拼装方案进行，由于主桁架部位十字加劲板与腹杆相互拼接，腹杆钢管十字切割开槽后，钢管变形较大，因此在拼装过程中需不断矫正，同时，保证腹杆与上下弦杆相贯连接吻合，节点拼装时难度大。
②预拼完成后，对整体桁架进行矫正，其它允许偏差必须满足规范要求。
2.3.4构件的除锈及涂装工艺：①除锈：钢构件表面除锈前对构件边缘进行半径R≥3mm圆弧处理，边缘处理直接影响涂装使用寿命，应认真处理和检查合格后，方能进行喷砂处理。
②涂装工件的表面应有良好的干燥度，任何锈、焊渣、砂尘、油脂都应清除，严重的油污应采用溶剂除油。
③钢结构表面采用喷丸除锈方法。
④除锈质量要求：钢结构表面清洁应要求其除锈度等级达到GB8923-88标准，Sa2.5级，现场补漆，采用电动工具除锈达到ST3级。
⑤当喷丸作业全部完成，并经过检验合格后，开动真空吸砂机，进行表面清理工作，即吸丸、吸尘、全面清除钢材表面的灰尘及杂质。
⑥涂装条件如空气条件、湿度、钢结构表面湿度、相对湿度和雾点，应符合设计和油漆供应商给予的指导。
⑦完工涂装前必须对钢构件在运输过程中及安装过程中损坏的涂装层进行补漆修复，在喷涂最后一道油漆前应对钢结构外表面进行全面清洁处理去灰尘、油污及其它杂质。
2.4构件运输①本工程运输量较大，共3000多吨，运输日程严格按照施工进度，要求从制作工厂发出，并必须预留一定的路途时间余量。
②运输过程的技术措施：所有构件均以成品的形式发运到现场。
发运前的构件均进行打包捆扎，直杆件全部用钢框架进行固定，下部用垫木支承。
构件与捆绑用钢丝绳之间必须放置橡胶垫之类的缓冲物，所有的包装都必须进行编号并标记在包装上，且每个包装都必须有详细的构件清单。
三、钢柱安装3.1、预埋件的安装和埋设钢柱与地脚螺栓连接节点：钢柱与基础连接采用地脚螺栓，地脚螺栓型号采用M30和M24两种，丝长230mm。
连接节点见下图：箱型柱连接节点 H型柱连接节点圆柱连接节点3.1.1、预埋安装精度控制难由于本工程钢结构大部分连接节点相贯焊接或螺栓连接，且属于空间结构，三维定位复杂，预埋安装精度较难控制。
施工时必须采取必要的措施，提前考虑好如何对安装误差进行调整和消除，如何进行测量和监控，以保证整体造型和施工质量。
施工对策：利用先进的生产加工设备，对构件进行预拼装，保证构件出厂时的精度。
现场施工采用进口高精度全站仪，精确定位各节点空间三维坐标，设置临时支撑，保证构件安装及就位后的精度及质量。
3.1.2、安装准备工作：与土建进行测量使用的轴线书面交接，并重新布置自己的测量控制点和轴线控制线；测量控制点和轴线控制线必须有专门的保护措施；施工前对土建的基础轴线、标高必须全面复测，并引到显著位置，且弹出控制线。
基础精度必须达到钢结构验收规范要求，这是保证钢结构安装精度的关键，必须认真细致、精确的达到标准要求；在柱脚底板和螺栓顶截面上刻画出图纸坐标点的位置线；3.1.3、地脚螺栓预埋施工顺序(1)、测量放线：首先根据原始轴线控制点及标高控制点对现场进行轴线和标高控制点的加密，然后根据控制线测放出的轴线再测放出每一个埋件的中心十字交叉线和至少两个标高控制点。
(2)、予埋螺栓框架的制作：每一根钢柱予埋螺栓的框架全部在工厂进行加工制作，制作采用L80×50×6的角钢将予埋螺栓固定为一个整体（如下示意图）。
予埋螺栓的制作精度：予埋螺栓中到中的间距≯2㎜, 予埋螺栓顶端的相对高差≯2㎜。
(3)、予埋螺栓的埋设：在地板钢筋绑扎完成之后，地板梁钢筋绑扎之前，预埋件的埋设工作即可插入。
根据测量工所测放出的轴线，将予埋螺栓整体就位，首先找准埋件上边四根固定角钢的纵横向中心线（预先量定并刻画好），并使其与测量定位的基准线吻合；然后用水准仪测出埋件四个角上螺栓顶面的标，高度不够时在埋件下边四根固定角钢的四个角下用钢筋或者角钢抄平。
地脚螺栓预埋时，予埋螺栓埋设质量不仅要保证埋件埋设位置准确，更重要的是固定支架牢固，因此，为了防止在浇灌砼时埋件产生位移和变形，除了保证该埋件整体框架有一定的强度以外，还采取相应的加固措先把支架底部与底板钢筋焊牢固定，四边加设刚性支撑，一端连接整体框架，另一端固定在地基底板的钢筋上；待基础梁的钢筋绑扎完毕，再把预埋件与基础梁的钢筋焊接为一个整体，在螺栓固定前后应注意对埋件的位置及标高进行复测。