1 工程概況

某屋蓋設(shè)計(jì)為張弦桁架結(jié)構(gòu)。張弦桁架跨度41m，每榀桁架間距8.0m，張弦桁架中部撐桿最高為1.4m，屋蓋共設(shè)桁架11榀；張弦桁架之間設(shè)置穩(wěn)定橫梁與張弦桁架剛接，其間距4.0m。屋面張弦桁架由φ102mm×5mm、φ114mm×5mm、φ140mm×5mm、φ245mm×10mm、φ273mm×10mm和φ273mm×14mm的無(wú)縫圓管組成。拉索規(guī)格為φ7mm×85mm，鋼絲強(qiáng)度≮1 670MPa，拉鎖采用S N S/S-1277。

2 工程施工難點(diǎn)

1）屋蓋張弦桁架由無(wú)縫圓管組成，無(wú)縫鋼管壁厚5 mm。桁架跨度41m，每榀張弦桁架質(zhì)量約11 t?？缍却?、管壁薄、剛度小，防止桁架在吊裝過(guò)程中扭轉(zhuǎn)破壞難度大。

2）張弦桁架從結(jié)構(gòu)的組拼、安裝到預(yù)應(yīng)力張拉完成，隨著工況的變化，其內(nèi)應(yīng)力變化較大，保證施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)安全，是屋架體系安裝施工控制的難點(diǎn)。

3）桁架制作精度要求高。鋼索的下料長(zhǎng)度必須根據(jù)節(jié)點(diǎn)及鋼索的工作載荷進(jìn)行精確計(jì)算，并在制作過(guò)程中嚴(yán)格控制，鋼結(jié)構(gòu)的安裝精度也必須在施工過(guò)程中進(jìn)行監(jiān)控，只有制作和安裝的精度滿足要求，張拉完成后的工程質(zhì)量才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)。

4）現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地有限，屋面桁架跨度大，無(wú)法采用整體吊裝的施工方法。

3 主要施工方法

3.1 鋼桁架安裝

針對(duì)工程施工難點(diǎn)考慮工期、人工和大型機(jī)械設(shè)備等因素，采用每榀桁架地面拼裝、整體吊裝、空中滑移的施工方法進(jìn)行鋼屋蓋施工。

在1～2軸和13～14軸間，從3層樓板上搭設(shè)操作平臺(tái)，為方便工人施工，平臺(tái)大小為11.7m×39.6m，高9m（結(jié)構(gòu)施工3層以下模板支撐不拆除）。平臺(tái)下鋪設(shè)腳手架。張弦桁架組合好一榀后向外滑移，然后連接支撐部分，再進(jìn)行滑移，依此類(lèi)推，直到整個(gè)屋面安裝好。屋蓋按照先拼裝滑移后張拉原則進(jìn)行安裝，見(jiàn)圖1。

圖1 屋面施工布置

3.1.1 每榀桁架的組拼

每榀桁架分3段運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)在地面用槽鋼搭設(shè)組裝平臺(tái)進(jìn)行桁架的拼裝，平臺(tái)兩端支架高度為

0.5 m，其他支點(diǎn)根據(jù)桁架曲度確定。組裝時(shí)，一次拼接2榀張弦桁架，見(jiàn)圖2。

圖2 張弦桁架組裝胎架

3.1.2 操作要點(diǎn)

因7軸左右兩端工況相似，以7軸右端桁架為研究對(duì)象進(jìn)行分析。吊裝前，測(cè)量并且標(biāo)記用作滑移路線的混凝土梁的中心線，滑移時(shí)確保滑移軌道平整干凈并且滑移支座的中心線與梁中心線一致。

1）先在地面組裝平臺(tái)上組裝2榀桁架，拉索施加20%預(yù)應(yīng)力，用2臺(tái)130 t汽車(chē)吊雙機(jī)抬8個(gè)吊點(diǎn)吊裝到14軸左邊混凝土梁上的滑移支座上。桁架每個(gè)端點(diǎn)各有個(gè)滑移支座。因桁架管徑較小、跨度大并且桁架截面為倒三角，所以桁架放在滑移支架上會(huì)因自重產(chǎn)生側(cè)向失穩(wěn)，因此在汽車(chē)吊不飛鉤的情況下，用2根φ100mm鋼管把張弦桁架與混凝土柱連接做臨時(shí)穩(wěn)定。

2）2榀桁架到位后，拆除剛性桿件，桁架兩端各用2個(gè)10 t手拉葫蘆對(duì)2榀桁架進(jìn)行滑移。后方的2個(gè)葫蘆先同時(shí)緩慢地放松，前面2個(gè)葫蘆再同時(shí)慢慢的拉，見(jiàn)圖3。

圖3 桁架滑移

3）滑移時(shí)應(yīng)做平穩(wěn)緩慢、同步前進(jìn)，確?；浦ёo貼混凝土梁并且滑移路線的混凝土梁的中心線一致。

4）當(dāng)?shù)?榀桁架滑移到12軸左邊時(shí)停下，吊裝第3榀桁架到14軸左邊位置，連接之間的支撐。以此類(lèi)推，直到右端所有桁架滑移到位。

5）桁架滑移時(shí)，整個(gè)桁架坐落于滑移支座上，每個(gè)端支座下相應(yīng)有一個(gè)滑移支座。滑移支座與端支座間加枕木或橡膠墊防滑。每個(gè)滑移支座可以承受10 t質(zhì)量。

3.2 拉索施工

鋼屋蓋結(jié)構(gòu)采用張弦結(jié)構(gòu)體系，包括以周邊外環(huán)支撐體系，以及沿屋面短向布置的張弦結(jié)構(gòu)體系。采用的拉索規(guī)格為φ7mm×85mm及φ7mm×127mm。

由于拉索和鋼構(gòu)件都是結(jié)構(gòu)中重要的組成部分，因此拉索和鋼構(gòu)件的施工需要緊密配合。拉索的施工穿插在鋼構(gòu)件的安裝過(guò)程中，施工過(guò)程為安裝外圈支撐系統(tǒng)；地面拼裝每榀張弦梁；地面預(yù)張拉至初張力的20%；吊裝拼裝好的張弦梁并連接其相鄰的連系桿件；按分級(jí)的方式對(duì)結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，張拉分三級(jí)；預(yù)應(yīng)力施工完成。待全部鋼結(jié)構(gòu)安裝完成后，開(kāi)始張拉鋼索，對(duì)結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力的施加分三級(jí)，第一級(jí)張拉至控制應(yīng)力的20%，然后進(jìn)行第二級(jí)張拉至控制應(yīng)力的70%，第三級(jí)施加到100%設(shè)計(jì)應(yīng)力，使預(yù)應(yīng)力值及結(jié)構(gòu)的變形符合設(shè)計(jì)要求的狀態(tài)。

4 桁架受力分析

由于拉索結(jié)構(gòu)為柔性結(jié)構(gòu)，隨著施工工況的不同，鋼桁架的內(nèi)力不同。為保證結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的安全，采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，應(yīng)用Ansys有限軟件與Mi d as軟件，對(duì)實(shí)際工程施工過(guò)程中的每一個(gè)施工工況進(jìn)行施工仿真分析，達(dá)到施工中的每一個(gè)工況都做到在設(shè)計(jì)要求的應(yīng)力及變形控制范圍之內(nèi)并且在最后張拉完成后保證與設(shè)計(jì)要求的計(jì)算模型相吻合。

1）施加20%預(yù)應(yīng)力受力分析見(jiàn)圖4。

圖4 地面張拉20%張弦桁架應(yīng)力

地面張拉20%對(duì)于張弦桁架的受力是安全的。

2）吊裝過(guò)程中受力分析。兩端軸向最大位移為0.87 mm，豎向最大位移為8.8mm，桁架處于安全范圍內(nèi)。

3）臨時(shí)穩(wěn)定受力分析。當(dāng)?shù)?榀張弦桁架放在滑移支座上，此時(shí)最大軸向變形位于端點(diǎn)，為5.43mm；最大豎向變形為22.9mm；無(wú)側(cè)向變形。所以桁架就位后，側(cè)向用2根φ100mm鋼管臨時(shí)穩(wěn)定第一榀桁架完全滿足要求。

4）滑移受力分析。當(dāng)2榀桁架滑移到就位位置，此時(shí)最大豎向變形為跨中27.5mm，最大軸向變形為7.1 mm，張弦桁架都處于安全狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

1）大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋架的高空組裝、水平滑移法安裝成功應(yīng)用，使大量的高空作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)榻暤牡孛孀鳂I(yè)，確保了工人操作的安全性和工程質(zhì)量，節(jié)約了高空作業(yè)用操作平臺(tái)的搭設(shè)以及汽車(chē)吊的租賃費(fèi)用。張弦桁架滑移方向?yàn)閺膬啥讼蛑虚g滑移，也大大提高了鋼桁架的施工速度。

2）在預(yù)應(yīng)力施工過(guò)程中，屋蓋張弦梁拉索最大張拉力728 kN，隨著預(yù)應(yīng)力的施加，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力也逐漸增加，但張弦梁在整個(gè)施工過(guò)程中鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力比較小，說(shuō)明本施工方案是安全可行的。

3）在整個(gè)張拉過(guò)程中，屋蓋張弦梁向上起拱最大位移僅為84mm。