鋼結(jié)構(gòu)技術論文
中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會
建筑鋼結(jié)構(gòu)分會主辦
中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會
建筑鋼結(jié)構(gòu)分會主辦
摘要：文章主要介紹江蘇省泰州博物館懸挑鋼桁架梁的安裝施工工藝，重點在于大跨度桁架懸挑結(jié)構(gòu)借助臨時支撐胎架的定位和卸載，保證施工安裝精度和現(xiàn)場焊接的變形控制。
關鍵詞：懸挑大 臨時支撐胎架 卸載
1、工程概況
泰州博物館位于江蘇泰州市文化中心，東臨鼓樓南路，南臨圖書館，西臨藝術廣場，北臨規(guī)劃展覽館，詳見圖1。建筑面積22251平方米；結(jié)構(gòu)層次分為：地下一層和地上四層的框剪結(jié)構(gòu)；主體鋼結(jié)構(gòu)件約為1110噸，鋼柱為十字柱和H型柱總體重量約321噸，鋼桁架及鋼梁約789噸；東側(cè)懸挑主桁架共4榀，最大桁架懸挑長度18米，西側(cè)懸挑主桁架共5榀，每榀桁架長約18米；屋面采光頂主桁架7榀，每榀長度約為13.5米。此工程由中國建筑北京設計研究院設計，主體結(jié)構(gòu)為型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，基礎頂?shù)蕉咏Y(jié)構(gòu)有17根鋼柱，在二層以增加鋼柱數(shù)量達到25根。西側(cè)四層至屋面有兩層懸挑桁架中心高度為6.95米，桁架懸挑長度為18米。東側(cè)二層開始有三層外懸挑桁架，三層桁架高度為13.8米，最大懸挑長度為18米。鋼柱構(gòu)件單重比較重，最大截面鋼柱每米重量約為800kg，懸挑鋼梁截面比較大最大規(guī)格為H1150*570*34*34，每米重量約為593kg/m。
圖1 泰州博物館效果圖
2、工程重點及難點分析
（1）本工程重點鋼構(gòu)件制作精度要求比較高，焊接量比較大，焊縫等級要求比較高，節(jié)點位置比復雜，組裝比較困難。
（2）鋼柱及懸挑鋼梁截面積比重比較大，單根構(gòu)件重量比較大，現(xiàn)場塔吊不能滿足吊裝要求，必須采用大型吊裝機械進行場施工，由于現(xiàn)場周圍建筑同時施工，施工道路受限，構(gòu)件及吊裝機械不能直接運到施工區(qū)域，必須進行回填滿足構(gòu)件運輸及吊裝要求。
（3）東、西兩側(cè)懸挑跨度比較大，最大懸挑長度18米，單榀桁架重量比較大，最大單榀桁架重量約為38T，單榀桁吊裝比較困難，必須合理分段進行吊裝，安裝精度要求比較高，懸挑桁架下?lián)隙瓤刂票容^困難。
（4）四層以上鋼梁型號規(guī)格比較大，現(xiàn)場塔吊不能滿足吊裝要求，必須進行利用自制吊裝安裝，安裝難度比較大。
（5）本工程與土建單位交叉作業(yè)同時進行，安裝工藝及工序比較復雜，必須混凝土強度達到一定等級要求時，我鋼構(gòu)件方能進行安裝，須配合工作比較多。
主要結(jié)構(gòu)特點
型鋼柱主要節(jié)點模型（見圖2）：
圖2 泰州博物館 主要節(jié)點模型圖
懸挑部分鋼結(jié)構(gòu)整體模型：
A東懸挑部分（見圖3）：
圖3 泰州博物館東懸挑部分模型圖
B西懸挑部分（見圖4）：
圖4 泰州博物館西懸挑部分模型圖
3、施工方法
3.1 東側(cè)、西側(cè)懸挑桁架安裝：
東、西兩側(cè)懸挑桁架安裝，在混凝土主體結(jié)構(gòu)澆注完畢并強度達到100%時，東西兩側(cè)懸挑桁架同時進行安裝。
西側(cè)懸挑桁架安裝思路（見圖5）：
懸挑桁架地面組裝 根據(jù)吊裝圖進行桁架分段 安裝支撐架格構(gòu)柱設立 內(nèi)側(cè)與鋼柱相連接桁架安裝 桁架間鋼梁安裝 外側(cè)桁架安裝 桁架間鋼梁安裝 組裝焊接完畢與東側(cè)懸挑桁架同時卸載
圖5 泰州博物館西側(cè)懸挑桁架支撐架
東側(cè)懸挑桁架安裝思路（見圖6）：
懸挑桁架地面組裝 根據(jù)吊裝圖進行桁架分段 安裝支撐架格構(gòu)柱設立 二三層懸挑桁架安裝 桁架間鋼梁安裝 四層桁架及腹桿安裝 桁間鋼梁進行安裝 組裝焊接完畢與西側(cè)懸挑桁架同時卸載
支撐格構(gòu)架設立（見圖7）
根椐桁架支撐點的位置進行放線定位，格構(gòu)柱支撐點平面圖（見圖8）：
圖6 泰州博物館東側(cè)懸挑桁架支撐架
圖7 泰州博物館支撐架示意圖
圖8 格構(gòu)柱及攬風繩柱腳圖
根據(jù)懸挑桁架的位置考慮施工現(xiàn)場實際情況及運輸要求，在工廠內(nèi)對桁架分段制作，現(xiàn)場分段拼裝、吊裝?，F(xiàn)選取典型吊裝單元進行吊裝演示：
3.2 西側(cè)懸挑桁架分段吊裝：
西側(cè)懸挑桁架分段后最大重量約為16.1T，吊裝采用130T汽車吊進行吊裝
桁架吊裝鋼絲繩選擇
圖9 泰州博物館桁架吊裝示意圖
圖10 受力簡圖
最大桁架重量16.1T，用兩根鋼絲繩進行起吊，F(xiàn)=G=16.1T
F1=F/（2cos30）=161000/(2*0.866)=92956N
鋼絲繩選型號為6×37+1，鋼絲繩抗拉強度為1770N/mm2
P破=0.3×d2×σ P破/k=P許 吊裝用鋼絲繩安全系數(shù)K取值為8。
P許=92956=0.3×d2×σ/k
d=37.4mm,鋼絲繩取值d=38mm，滿足吊裝要求。
3.3 桁架吊裝步驟
第一步：HJ-1-1、HJ-2-1、HJ-1A-1、HJ-2A-1桁架進行吊裝（見圖11）
圖11 泰州博物館桁架進行吊裝
第二步：HJ-1-1、HJ-2-1、HJ-1A-1、HJ-2A-1斜撐腹桿安裝（見圖12）
圖12 斜撐腹桿安裝
第三步：HJ-1-1、HJ-2-1、HJ-1A-1、HJ-2A-1桁間鋼梁安裝（見圖13）
圖13 泰州博物館桁間鋼梁安裝
第四步：HJ-1-2、HJ--2、HJ-1A-2、HJ-2A-2桁架進行吊裝（見圖14）
圖14 桁架進行吊裝
第五步：HJ-1-2、HJ-2-2、HJ-1A-2、HJ-2A-2斜撐腹桿安裝（見圖15）
圖15 泰州博物館斜撐腹桿安裝
第六步：HJ-1-2、HJ-2-2、HJ-1A-2、HJ-2A-2桁架間鋼梁安裝（見圖16）
圖16 桁架間鋼梁安裝
第七步：HJ-3安裝及外側(cè)相連鋼梁安裝（見圖17）
圖17泰州博物館 HJ-3安裝及外側(cè)相連鋼梁安裝
全部安裝就位后，進行對稱焊接，應以偶數(shù)位焊接工人對稱進行，焊接時應由內(nèi)向外，順時針進行，保證焊接應力的釋放。全部焊接完成后，經(jīng)檢測合格后，進行卸載。
3.4 支撐卸載:
東、西兩側(cè)懸挑桁架整體安裝完畢后，兩側(cè)同時進行卸載，卸載次序：首先卸載次要支撐格構(gòu)柱，再次進行卸載重要支撐格構(gòu)柱。HJ-1，HJ-1A、HJ-2、HJ-2A、HJ-4、HJ-5外側(cè)支撐格構(gòu)柱為主要支撐，其余支撐為次要支撐格構(gòu)柱。
桁架卸載步驟：
第一步：次要支撐卸載（此卸載以西側(cè)為例）（見圖18）
圖18 泰州博物館西側(cè)次要支撐格構(gòu)柱卸載立面圖
西側(cè)次要支撐在卸載時，四根支撐同時按10mm的層次進行調(diào)節(jié)區(qū)割除，同時觀察桁架下弦變化情況，在沒異常情況發(fā)生后再次進行割除下一個層次，直至支撐柱與桁架下弦脫離。（見圖19）
圖19 泰州博物館次要支撐脫離桁架下弦立面圖
第二步：次要支撐拆除（見圖20）
圖20 次要支撐拆除后方面圖
第三步：主要支撐卸載
所有次要支撐卸載完畢后進行卸載主要支撐格構(gòu)柱，拆除方法與次要支撐格構(gòu)柱方法相同，在主要支撐拆除過程中進行測量桁架下?lián)隙?，發(fā)現(xiàn)異常急時停止。（見圖21）
圖21 泰州博物館主要支撐卸載圖
卸載完畢后進行主支撐格構(gòu)柱移除，卸載完畢。
至此，本工程鋼結(jié)構(gòu)安裝全部結(jié)束，經(jīng)過無損檢測，應力測定及基礎沉降和桁架繞度觀測均符合設計及規(guī)范要求。
4、結(jié)束語：
因篇幅有限，未對全部施工過程進行敘述，本文僅對大跨度懸挑桁架的安裝過程進行簡單描述。從本文可以看出大跨度懸挑桁架的施工應根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況科學、合理的選擇施工方法，在有可能的情況下架設支撐點，使懸挑桁架兩端受力平衡，保證施工安全。
參 考 文 獻
[1] 董石麟,羅堯治,趙陽:新型空間結(jié)構(gòu)[J].人民交通出版社,2006(34):31-34.
[2] 鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范,GB50017-2003.
[3] 王秀麗.大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)分析與概念設計[J].機械工業(yè)出版社, 2001, 30(5):70-85.
[4] 孫建琴.大跨度空間結(jié)構(gòu)設計[J].科學出版社,2009（2）：75-80.
作者簡介：何海（1978-），浙江中南建設集團鋼結(jié)構(gòu)有限公司銷售副總，工程師
聯(lián)系地址：杭州市濱江區(qū)長河街道（310052）
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