孔 輝，李 東，何 旭，趙建華

（中建科工集團(tuán)有限公司 深圳 518000）

1 工程概況

某機(jī)場(chǎng)衛(wèi)星廳公共交通建筑位于廣東省深圳市，項(xiàng)目地下1 層，地上4 層，局部5 層夾層。建筑高度為27.65 m，建筑尺寸為540 m×580 m。

本項(xiàng)目由于“X”型的特殊建筑造型，為提供足夠活動(dòng)空間，滿(mǎn)足旅客吞吐量要求，故屋蓋采用交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)，4個(gè)角部指廊橫向跨度36 m，縱向無(wú)支撐跨度18 m，桁架上弦采用P299×14，下弦采用P400×20［2］。項(xiàng)目建筑功能多樣，樓板情況復(fù)雜，屋蓋造型獨(dú)特，交叉倒三角鋼桁架屋蓋施工過(guò)程中支撐措施布置困難，拼裝、安裝與卸載精度難控制。交叉倒三角鋼桁架屋蓋構(gòu)造如圖1所示。

圖1 交叉倒三角鋼桁架屋蓋構(gòu)造Fig.1 Cross Inverted Triangular Steel Truss Roof Structure

2 交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)安裝概述

交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)采用地面拼裝，利用標(biāo)準(zhǔn)化裝配式支撐胎架（以下簡(jiǎn)稱(chēng)支撐胎架）作為臨時(shí)支撐，260 t 履帶吊高空原位吊裝，最后采用分批、隔跨、同步的方式卸載［3］。交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)施工關(guān)系如圖2所示。

圖2 屋蓋結(jié)構(gòu)施工關(guān)系Fig.2 Relationship between Roof Structure and Construction

3 工藝流程

交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)安裝及卸載涉及斜柱張拉、鋼結(jié)構(gòu)、混凝土樓板澆筑等專(zhuān)業(yè)穿插協(xié)調(diào)，其施工工藝流程如圖3所示。

圖3 大跨度交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)施工工藝流程Fig.3 Construction Process Flow of Large-span Cross Inverted Triangular Steel Truss Structure

4 屋蓋鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)

屋蓋鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)時(shí)，要將屋蓋結(jié)構(gòu)BIM 模型至少建立到LOD400 級(jí)才可用于施工，深化設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)簡(jiǎn)化復(fù)雜節(jié)點(diǎn)做法，本工程典型復(fù)雜節(jié)點(diǎn)為屋蓋支座節(jié)點(diǎn)。優(yōu)化前，支座節(jié)點(diǎn)加工制作周期長(zhǎng)，桁架拼裝時(shí)管口對(duì)接困難，優(yōu)化后改為焊接半球，工廠加工簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)拼裝時(shí)管件與焊接半球?qū)臃奖悖?］。其優(yōu)化前后的對(duì)比如圖4所示。

圖4 屋蓋支座節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)前后對(duì)比Fig.4 Comparison before and after Deepening Design of Roof Support Joints

5 桁架拼裝

本項(xiàng)目桁架主要有懸挑桁架、倒三角桁架、片式桁架、挑檐處支座節(jié)點(diǎn)桁架，其中倒三角桁架與挑檐桁架需要制作專(zhuān)用拼裝胎架。其設(shè)計(jì)樣式如圖5所示。

圖5 桁架拼裝胎架設(shè)計(jì)Fig.5 Design of Truss Assembly Jig Frame （mm）

現(xiàn)場(chǎng)桁架拼裝主要通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)所建立的TEKLA 模型，從模型中導(dǎo)出所需要拼裝桁架的CAD 三維模型，指定拼裝原點(diǎn)，導(dǎo)出三維拼裝坐標(biāo)如圖6 所示，現(xiàn)場(chǎng)依據(jù)導(dǎo)出的拼裝三維坐標(biāo)利用全站儀在拼裝胎架上測(cè)量放線，如圖7?所示，然后安裝桁架主弦桿嵌補(bǔ)腹桿，如圖7?所示。

圖6 某支座節(jié)點(diǎn)桁架拼裝三維坐標(biāo)Fig.6 Three Dimensional Coordinates of Truss Assembly of a Support Node

圖7 全站儀拼裝胎架放線及桁架拼裝Fig.7 Measuring and Setting Out on the Assembled Jig Frame with Total Station and the Steel Truss Assembly

6 支撐胎架設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目支撐胎架布置首先要為桁架提供足夠支撐點(diǎn)，其次考慮避開(kāi)洞口，最后要通過(guò)設(shè)計(jì)將桁架與支撐胎架產(chǎn)生的荷載對(duì)土建樓板裂縫影響降至最小?；谝陨?點(diǎn)，將每一跨交叉倒三角桁架分為3段，中央倒三角桁架，支座節(jié)點(diǎn)桁架，嵌補(bǔ)倒三角桁架，施工時(shí)先安裝中央倒三角桁架與支座節(jié)點(diǎn)桁架，最后安裝嵌補(bǔ)倒三角桁架調(diào)節(jié)施工過(guò)程中產(chǎn)生的誤差［5］。屋蓋桁架分段及支撐胎架布置如圖8所示。

圖8 屋蓋桁架分段及胎架布置Fig.8 Roof Truss Section and Tire Frame Arrangement

設(shè)計(jì)專(zhuān)用胎架頂部支撐工裝如圖9所示。

圖9 支撐胎架頂部工裝設(shè)計(jì)Fig.9 Supporting the Top Tooling Design of the Tire Frame

然后在土建樓板圖中進(jìn)行胎架放樣，對(duì)與土建結(jié)構(gòu)產(chǎn)生碰撞的胎架進(jìn)行調(diào)整，最后根據(jù)支撐胎架結(jié)構(gòu)?胎架埋件?土建梁的荷載傳遞路徑布置胎架埋件如圖10所示［6］。

圖10 胎架樓板放樣調(diào)整及胎架埋件布置Fig.10 Tire Frame Floor Setting out Adjustment and Tire Frame Embedded Parts Arrangement

7 桁架安裝

本項(xiàng)目鋼屋蓋安裝精度要求高，模擬計(jì)算卸載后屋蓋最大下?lián)?4 mm［7］，如圖11所示。

圖11 屋蓋卸載變形Fig.11 Deformation of Roof Unloading

考慮到后期屋面與幕墻單位施工造成的下?lián)嫌绊懀瑢?duì)中央倒三角桁架安裝起拱35 mm，屋蓋以中央倒三角桁架安裝起拱如圖12?所示。

交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)屋蓋安裝為了便于管口對(duì)接，260 t 履帶吊先安裝中央倒三角桁架兩榀、再安裝支座挑檐桁架，最后安裝嵌補(bǔ)桁架，形成框架單元后按此順序依次安裝，80 t 汽車(chē)吊緊隨其后嵌補(bǔ)其余構(gòu)件，直至主桁架安裝完成，安裝示意如圖12?所示。

圖12 屋蓋起拱示意及屋蓋安裝順序Fig.12 Schematic of Roof Arching and Installation Sequence of Roof Structure

利用TEKLA 模型輸出需要安裝的桁架CAD 三維模型，結(jié)合項(xiàng)目坐標(biāo)控制網(wǎng)導(dǎo)出桁架安裝三維坐標(biāo)如圖13所示，現(xiàn)場(chǎng)屋蓋安裝時(shí)測(cè)量校正如圖14所示。

圖13 桁架安裝三維坐標(biāo)示意Fig.13 Three Dimensional Coordinate of Truss Installation

圖14 屋蓋安裝現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量校正Fig.14 On-site Measurement and Correction of Roof Installation

8 交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)卸載

交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)卸載需要在結(jié)構(gòu)焊縫焊接并探傷完畢、螺栓終擰完畢、焊縫補(bǔ)涂完畢后方可卸載，整體卸載分三次，第一次卸載奇數(shù)跨，第二次卸載偶數(shù)跨，最后卸載結(jié)構(gòu)懸挑，將屋蓋變形分段消化，若出現(xiàn)偶然情況也便于控制，整體卸載順序如圖15所示［8］。

圖15 交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)整體卸載順序Fig.15 Overall Unloading Sequence of Cross-inverted Triangular Steel Truss Structure

結(jié)構(gòu)單跨卸載先卸載挑檐處桁架，確保屋蓋支座受力平穩(wěn)可控之后再卸載中央倒三角桁架，將荷載順利向支座過(guò)渡，單跨卸載順序如圖16所示。

圖16 交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)單跨卸載順序Fig.16 Single-span Unloading Sequence of Cross-invert?ed Triangular Steel Truss Structure

由于支撐胎架主要支撐點(diǎn)為桁架下弦，因此單榀桁架卸載應(yīng)先卸載上弦再卸載下弦，如圖17所示。

圖17 交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)單榀卸載順序Fig.17 Unloading Sequence of Single Cross-inverted Triangular Steel Truss Structure

桁架卸載前，應(yīng)合理選擇桁架結(jié)構(gòu)測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)［9］，如圖18所示，卸載前后需數(shù)次測(cè)量觀測(cè)結(jié)構(gòu)變形。

圖18 屋蓋桁架測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)選取Fig.18 Selection of Measurement and Observation Points of Truss Structure

本工程卸載之后屋蓋最大下?lián)?1 mm，與模擬計(jì)算24 mm相差不大。

9 結(jié)語(yǔ)

本工程目前已竣工驗(yàn)收完成，大跨度交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)安裝及卸載技術(shù)既滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，也保證了工程的工期與進(jìn)度目標(biāo)，為本工程爭(zhēng)創(chuàng)魯班獎(jiǎng)提供了有力支撐。

本工程中，由于有不停航施工要求，施工區(qū)域航空限高要求，施工作業(yè)最高不允許超過(guò)78 m，若施工方式未做充分考慮，不但高空原位安裝及焊接工作量大、現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備很難滿(mǎn)足吊裝要求，而且結(jié)構(gòu)安裝的精度也很難保證。

根據(jù)以往類(lèi)似工程的成功經(jīng)驗(yàn)，若將交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)的主桁架依據(jù)其受力及變形情況合理分段，控制安裝及卸載的順序可有效提升結(jié)構(gòu)安裝的精度，同時(shí)于安全、工期和施工成本控制等均有利。

時(shí)至今日，交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)在大跨度公共建筑中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)安裝及卸載技術(shù)具有很強(qiáng)的推廣意義，在此做簡(jiǎn)單歸納總結(jié)，希望對(duì)今后類(lèi)似大跨度交叉倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)的施工有所啟發(fā)。