楊薛亮

中國電建集團貴州工程有限公司 貴州貴陽 550002

1 項目簡介

貴州省貴陽貴烽縣體育場館建設(shè)項目總建筑面積8.9 余萬m2。其中綜合館長86.313m、寬70.8m，主體結(jié)構(gòu)形式為型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋蓋建筑平面為單層鋼構(gòu)屋頂，結(jié)構(gòu)斜放、弧形，屋蓋主桁架為倒三角鋼管桁架，弦桿為弧形桿件，支撐方式為柱點支撐。鋼桁架總重1009.108t，采用“桿件工廠制作、構(gòu)件現(xiàn)場就地拼裝、桁架單機整榀安裝”原則施工。主桁架共10 榀，單榀最重77t，長86.895m，其中6 榀采用750t 履帶吊單機整榀吊裝。圖1 為綜合館鋼結(jié)構(gòu)屋蓋側(cè)視圖。

圖1 綜合館鋼結(jié)構(gòu)屋蓋側(cè)視圖（1∶100）

鋼桁架原吊裝方案采用兩臺350t 履帶吊抬吊。但由于體育場館建設(shè)項目工期緊，作業(yè)條件復(fù)雜，鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)施工的同時，土建裝修也在施工，看臺及外側(cè)部分土建工程大部分已經(jīng)施工完畢，無法采用雙機抬吊。經(jīng)現(xiàn)場研究決定，報請總包管理部和監(jiān)理部，改用750t 履帶吊單機吊裝方案（圖2），并重新進行專家組審核。

圖2 主桁架修訂吊裝方案（單機吊裝）

2 施工流程

主桁架吊裝施工流程：施工準(zhǔn)備→拼裝胎架制作→主桁架拼裝及防腐、防火涂裝→主桁架翻身→主桁架吊裝→次桁架連接。

2.1 施工難點

（1）屋面結(jié)構(gòu)呈弧形，線條復(fù)雜，沒有特定規(guī)律，要保證鋼結(jié)構(gòu)外形曲線平滑，且鋼架的高空原位拼裝難度大，拼裝精度要求高；

（2）所有構(gòu)件都是以散件形式運輸至現(xiàn)場，在現(xiàn)場進行拼裝，焊接工作量大，焊接質(zhì)量要求高；

（3）部分桿件需煨彎，采用管管相貫連接節(jié)點及鑄鋼節(jié)點，對構(gòu)件加工和安裝提出更高的要求；

（4）跨度大，構(gòu)件長，質(zhì)量重，而作業(yè)條件受限制，施工難度大，技術(shù)復(fù)雜性高；

（5）主桁架單榀最重77t，長86.895m，且結(jié)構(gòu)異形，對現(xiàn)場拼裝、翻身、吊裝提出更高要求；

（6）工程工期緊，作業(yè)面多且強交叉，作業(yè)條件復(fù)雜，管理協(xié)調(diào)難度大。

2.2 拼裝區(qū)域地基處理

管桁架桿件的加工精度要求很高，既要求保證弦桿的連接貫通，又要保證主管與支管匯交處空間相貫曲線的準(zhǔn)確性，因此桿件在工廠采用數(shù)控等離子相貫線切割機加工制作。桿件在工廠預(yù)制完成后，運到操作平臺安裝桁架拼裝胎架，在胎架上面完成鋼桁架拼裝焊接；構(gòu)件堆放按照構(gòu)件類型及便于安裝的順序進行堆放，即先安裝的構(gòu)件堆放在上層及塔吊覆蓋區(qū)域或便于吊裝的地方。拼裝階段利用的機械設(shè)備為建筑塔機和80t 汽車吊，吊裝階段使用的機械設(shè)備為750t 履帶吊及130t 汽車吊輔助桁架翻轉(zhuǎn)。

采用換土層并在上面澆筑素混凝土的方法對構(gòu)件堆放及拼裝場地進行處理。從上到下分別為150mm 混凝土層，200mm 砂石換土層。自然土層挖掉300mm后，平整夯實，在該基礎(chǔ)上鋪設(shè)200mm 砂石墊層，可采用碾壓或夯實處理，壓實系數(shù)要求達到0.95。在砂石墊層的頂面鋪設(shè)150mm 強度等級為C20 的素混凝土層。

2.3 胎架設(shè)計

根據(jù)施工平面圖、場地地質(zhì)情況和拼裝布置要求，對鋼胎架平面、立面和節(jié)點圖進行尺寸定位設(shè)計。由于鋼桁架截面為倒三角形桁架，整體弧度較大，不能采用正三角“△”或倒三角形式“□”組合，而是要采用單榀主桁架整體側(cè)臥拼裝，截面呈“ ”，如圖3 所示。圖4為三角形桁架裝配胎架示意圖。

圖3 鋼桁架斷面尺寸示意圖

圖4 三角形桁架裝配胎架示意圖

2.4 拼裝過程控制

2.4.1 安裝精度控制

（1）分片組裝胎架控制，控制點為點節(jié)鼓，在拼接及焊接過程中控制單片構(gòu)件的拼裝精度；焊接完成后，復(fù)測弦長及對角長度，把誤差消除在拼裝單元，防止累積誤差。

（2）在分片組裝過程中，分區(qū)段控制，以構(gòu)件中軸線為定位，水平分為4 個等分點，分別控制四等分線的閉合節(jié)點，區(qū)域內(nèi)的誤差在閉合處消除，防止分片組裝時的累積誤差。

（3）支座的標(biāo)高調(diào)整用精密水準(zhǔn)儀進行控制，整體標(biāo)高控制在±2mm 誤差范圍內(nèi)。測量控制點定位在支座點的上表面，保證支座標(biāo)高位置和水平位置符合設(shè)計和規(guī)范要求。

2.4.2 焊接質(zhì)量控制

（1）組裝成型時，應(yīng)采用定位點焊，作好標(biāo)記。點焊時，點焊高度不得超過設(shè)計焊縫高度的2/ 3，長度應(yīng)大于30～75mm，間距應(yīng)均勻，最大不得超過300～500mm。

（2）焊接應(yīng)力收縮補償：根據(jù)本結(jié)構(gòu)特點制定焊接工藝評定實驗，根據(jù)實驗和長期工作經(jīng)驗值，構(gòu)件每段一般放焊接收縮余量3～5mm，壁厚小于16mm 的構(gòu)件每個對接口預(yù)留1.5mm，大于16mm 的構(gòu)件預(yù)留2.5mm 的長度補償；

（3）分片組裝精度控制：在組裝焊接完成后，測量核校分片四個定位坐標(biāo)，每片精度控制在2mm，消除誤差的積累。

（4）厚板多層焊接時，應(yīng)加強對層間溫度的控制，在連續(xù)施焊過程中應(yīng)檢驗焊接的母材溫度，使層間溫度盡量與預(yù)熱溫度保持一致，對層間的最高溫度也要加以控制。

（5）焊接時間不應(yīng)過長，如遇焊接中斷的情況應(yīng)采取適當(dāng)?shù)暮鬅?、保溫措施。再次施焊時，重新預(yù)熱溫度應(yīng)適當(dāng)高于初始預(yù)熱溫度。

（6）焊后應(yīng)認真清理焊縫表面焊渣，焊縫不得出現(xiàn)咬邊、氣孔、夾渣、裂紋、未焊滿和夾渣等缺陷。

（7）節(jié)點位置焊接時，應(yīng)制定合理的焊接順序，先焊收縮變形較大的橫縫，后焊縱向焊縫，以減少焊接變形，保證焊縫質(zhì)量。圖5 為拼裝節(jié)點。

圖5 拼裝節(jié)點

2.5 大型履帶吊地下室外吊裝地基處理

2.5.1 吊車站位

750t 履帶吊站車在綜合館與健身中心間的道路上，回轉(zhuǎn)中心距離K 軸線16.2m，主臂85°，朝向綜合館塔機側(cè)。超起配重擺放在履帶吊后方地面，預(yù)先不吊掛。

2.5.2 地基處理

為保證地基承載力安全，履帶吊站位場地需進行地質(zhì)勘察，根據(jù)地勘報告進行場地處理。另需配置專用墊板26 塊，尺寸為2m×3m。地勘鉆孔示意圖如圖6所示。

圖6 750t 履帶吊吊車站位區(qū)域地勘鉆孔示意圖

750t 履帶吊占地：12m×15m；路基箱尺寸參數(shù)：2.0m×3.0m×0.22m，單塊路基箱重量：4.4t；單條履帶路基箱鋪設(shè)數(shù)量：7 塊，面積：S=2×3×7=42（m2）。

750t 履帶吊配重+ 車身自重+ 設(shè)備重量+ 鋼結(jié)構(gòu)重量≈13000kN，2 條履帶平均受力為6500kN，考慮在吊裝過程中履帶受力不均衡，取不均衡系數(shù)=1.3；單條履帶最大受力=6500×1.3=8450kN，單條履帶對地比壓=8450/ 42=156.48kPa。

履帶吊對地比壓采用同等荷載進行靜壓檢測，方法如下：

（1）根據(jù)履帶吊站位位置，用石灰標(biāo)注邊線；

（2）履帶吊單條履帶共鋪設(shè)路基箱7 塊；

（3）在單塊路基箱上加載125t 配重進行靜壓試驗，測試壓強=1250/（3×2）=208.3kPa＞156.48kPa。

（4）用水準(zhǔn)儀觀測路基箱沉降，直至沉降為0，試壓合格，將路基箱移至相鄰位置采用同樣的方法依次進行靜壓試驗。

（5）靜壓試驗完成后，用碎石將壓陷位置填平重新鋪設(shè)路基箱，地基處理完成。

2.6 吊點位置及鋼絲繩選用

750t 履帶吊吊鉤掛2 根主繩，主繩為Φ62mm 鋼絲繩折雙使用；主繩下端用55t 卸扣與次繩連接，次繩為2 根Φ62mm 鋼絲繩折雙使用；次繩下端用35t 卸扣與下部單繩連接，下部單繩為8 根Φ32mm 鋼絲繩，捆綁桁架上弦桿。吊點示意如圖7。

圖7 750t 履帶吊吊點位置及鋼絲繩選用

根據(jù)計算分析模型，進行規(guī)范檢驗。檢驗結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)能夠滿足承載力計算要求，應(yīng)力比最大值為0.09。

通過有限元軟件建立模型，計算單元節(jié)點不同方向的最大位移、最大內(nèi)力，并進行穩(wěn)定驗算對比。結(jié)果表明，750t 履帶吊單機起吊下沒有桿件超應(yīng)力及失穩(wěn)，結(jié)構(gòu)安全。

2.7 管桁架翻身

單榀主桁架采用整體側(cè)臥拼裝，下胎后在吊裝前需要翻轉(zhuǎn)。鋼桁架翻身示意圖如圖8 所示。

圖8 鋼桁架翻身示意圖

翻轉(zhuǎn)前，130t 汽車吊預(yù)先站車，吊鉤掛一對φ32mm- 20m 鋼絲繩，每根鋼絲繩通過一個25t 卸扣捆綁上部弦桿中部，兩點鎖吊，吊點間距20m。

準(zhǔn)備工作就緒后，地面扳起管桁架。首先，調(diào)整750t 履帶吊吊鉤位置，使得吊鉤中心與管桁架上弦桿中心重合。130t 汽車吊鋼絲繩松弛狀態(tài)，750t 履帶吊緩慢起鉤，扳起過程中隨時監(jiān)護吊點處受力情況、鋼絲繩捆綁情況、卸扣是否翻轉(zhuǎn)、保護用木方是否脫落，重點檢查卸扣是否翻轉(zhuǎn)，銷軸必須置于鋼絲繩繩頭方向。檢查無誤后繼續(xù)起吊，隨著吊鉤起升，管桁架下弦在支墊的枕木上旋轉(zhuǎn)，桁架整體緩慢翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)過程中，指揮人員要隨時觀察吊鉤情況，指揮履帶吊緩慢配合向左轉(zhuǎn)桿（履帶吊司機視角），保證吊鉤鋼絲繩處于豎直狀態(tài)，直至管桁架完全翻轉(zhuǎn)。整個過程中，130t 汽車吊不主動承載桁架重量，僅保證桁架翻轉(zhuǎn)過度，同時桁架下弦不能離開枕木。

管桁架翻轉(zhuǎn)完畢，指揮人員調(diào)整吊鉤與桁架橫縱中心重合。檢查一切正常后，緩慢起鉤，將管桁架吊離地面。待鋼桁架的下弦梁距離地面約150～200mm 時，暫停起升，掛超起配重并懸停10min，進行試吊。并進行全面安全檢查，確認安全后方可進行正式吊裝作業(yè)。

2.8 正式吊裝

以4 軸線ZHJ3 鋼桁架吊裝為例（圖9），鋼桁架起升超過場館頂部時，通過兩側(cè)尾繳繩調(diào)整桁架方向，同時履帶吊緩慢向綜合館方向轉(zhuǎn)車；當(dāng)臂桿方向與軸線間夾角28°時，停止轉(zhuǎn)車，主臂開始變幅；主臂角度從85°趴桿至65°，平穩(wěn)地將鋼桁架安放在支座上。

圖9 750t 履帶吊吊裝4 軸線ZHJ3 鋼桁架

當(dāng)安裝施工人員將桁架與支座進行可靠聯(lián)接后，起重機緩慢落下吊鉤，解除索具，移開吊鉤。

主桁架就位后，盡快連接次桁架，以保證體系穩(wěn)定。

吊裝順序：4 軸線（ZHJ3）→5 軸線（ZHJ4）→6 軸線（ZHJ5）→7 軸線（ZHJ5）→8 軸線（ZHJ4）→9 軸線（ZHJ3）。

2.9 校驗計算

750t 履帶吊選擇42m 主臂+66m 副臂+ 超起配重工況（ LJDB 工況），取最大吊裝半徑的4 軸線ZHJ3和最大吊裝重量的7 軸線ZHJ5 校驗。

2.9.1 吊裝負荷計算

ZHJ3 管桁架重70t（包括主管、支管重量，套管、加勁板重量，下同），按起重機說明書，750t 履帶吊100t，吊鉤重4.9t；吊鉤下各段鋼絲繩經(jīng)測算共計1.6t，卸扣經(jīng)測算共計0.182t，動載系數(shù)取1.1。

最大負荷為鋼桁架就位時，主臂仰角65°，18m 超起半徑，吊裝半徑72m，額定起重能力為96t，吊裝負荷率η4=（70+4.9+1.6+0.182）×1.1/ 96=87.86%。

7 軸線ZHJ5 管桁架重77t，就位時，主臂仰角85°，吊裝半徑48m，額定起重能力為112t，吊裝負荷率η7=（77+4.9+1.6+0.182）×1.1/ 112=82.19%。

同理，計算其他軸線桁架吊裝負荷率：

4 軸線ZHJ3 桁架：就位時主臂仰角65°，吊裝半徑72m，額定起重能力為96t，負荷率87.86%；

5 軸線ZHJ4 桁架：就位時主臂仰角65°，吊裝半徑64.8m，額定起重能力為105t，負荷率79.93%；

6 軸線ZHJ5 桁架：就位時主臂仰角75°，吊裝半徑56m，額定起重能力為106t，負荷率79.9%；

7 軸線ZHJ5 桁架：就位時主臂仰角85°，吊裝半徑48m，額定起重能力為112t，負荷率=82.19%；

8 軸線ZHJ4 桁架；就位時主臂仰角85°，吊裝半徑41m，額定起重能力為115t，負荷率72.98%；

9 軸線ZHJ3 桁架：就位時主臂仰角85°，吊裝半徑35m，額定起重能力為120t，負荷率73.57%。

綜上可見，負荷率均滿足安全要求。

2.9.2 吊裝高度計算

從立面圖測算，吊鉤下最大高度為73m，管桁架安裝頂標(biāo)高23m，吊裝高度余量為13.263m，滿足要求。圖10 為750t 履帶吊吊裝4 軸線ZHJ3 鋼桁架立面圖。

圖10 750t 履帶吊吊裝4 軸線ZHJ3 鋼桁架立面圖

2.9.3 鋼絲繩強度校驗

經(jīng)查表，Φ62mm 鋼絲繩最小破斷拉力為2250kN，即225t；Φ32mm 鋼絲繩最小破斷拉力為1030kN，即103t。

上部主繩：2 根Φ62mm- 30m 鋼絲繩，折雙掛750t 履帶吊（100t）吊鉤，極限狀態(tài)與垂線方向夾角經(jīng)測量最大值為37.5°，安全系數(shù)η1=225×4×cos37.5°/ 77=9.27＞6。

中部次繩：2 根Φ62mm- 20m 鋼絲繩，上部通過55t 卸扣與主繩連接，下部通過35t 卸扣與下部單繩連接，極限狀態(tài)與垂線方向夾角按45°計算，安全系數(shù)η2=225×4×cos45°/ 77=8.26＞6。

下部單繩：8 根Φ32mm 鋼絲繩單繩捆綁弦桿，極限狀態(tài)與垂線方向夾角按45°計算，安全系數(shù)η3=103×8×cos45°/ 77=7.57＞6。

圖11 為750t 履帶吊吊裝全景。

圖11 750t 履帶吊吊裝全景

3 結(jié)論

項目采用“桿件工廠制作、構(gòu)件現(xiàn)場就地拼裝、桁架單機整榀安裝”原則施工，滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、經(jīng)濟合理、安全可靠等要求，為整體項目順利實施奠定了基礎(chǔ)，可為今后同類工程提供參考和借鑒。