桁索结构中弧形桁架屋盖的质量控制

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摘要：在本工程桁索结构的弧形桁架屋盖施工中，屋盖的弧形杆件所占比重较大，拼装杆件弧度曲线的精度要求较高，多管相贯的节点形式复杂；控制桁架预拼装精度，选择正确的吊装方法，严格控制结构吊装变形，是保证整个屋盖拼装质量和曲线外观的前提条件。

关键词：桁索结构；弧形桁架屋盖；曲线外观；质量控制

中图分类号：TU323.4文献标识码： A 文章编号：

浙江某体育馆工程总建筑面积16500m2，地下一层，地上二层；平面直径106 m，下部主体框架结构，上部为桁索结构，钢结构网架金属屋面，采用玻璃幕墙；其中屋盖钢结构系统由桅杆斜拉索系统、金属屋盖结构系统、周圈支撑钢柱系统以及低屋面周圈挑檐系统组成。整个体育馆的外形圆滑流畅，结构形状独特，所采用的桁架金属屋盖系统与索结构相结合的结构设计形式在省内是独一无二的，在全国也较为罕见。

1、控制桁架预拼装精度

由于屋面主梁单根构件长度为41m，在充分考虑并结合原材料规格、形状、吊装、运输等施工的各种限制以及最终确定的安装方案的基础上分三段加工制作、运输，现场拼装完成后整体吊装，单根构件安装重量最大为18吨，离地高度为22.8米。

桁架的弦杆和腹杆在工厂制作完成后，需进行工厂预拼装，预拼装的精度控制是保证整体桁架安装精度前提，通过对构件的预拼装及时掌握构件的制作装配精度，对某些超标项目进行加工调整，并分析原因，在后续的加工过程中及时加以控制。

桁架预拼装控制要点：

（１）根据桁架的几何结构及深化设计详图，利用经纬仪在拼装场地上放出桁架上下弦杆的地面投影控制线，将弦杆分段（拼接）点、腹杆与上、下弦杆轴线交点作为控制特征点，在拼装平台内放出各特征点的地面投影点，最后将设计三维坐标转换成相对坐标系，采用极坐标法用经纬仪检查复核。

（２）利用经纬仪在胎架设置点精确测定胎架位置，作出十字线，用水准仪校正胎架上部调节构件顶面高度，确保同一水平构件下部所有胎架顶平；并用水准仪确定特征点胎架的标高，根据理论数据对胎架进行调整，使误差在微调范围内，并根据桁架的截面尺寸确定胎架的尺寸形式和安装位置，进行胎架搭设；

（３）使用钢尺检测单个待拼单元件的长度、端面的几何尺寸，根据深化设计图，将单元件吊上胎架按编号排放好，保证待拼构件的位置准确后临时固定，吊线锤检测桁架分段拼接点平面位置并调整；

（４）补充之间散件，根据左右桁架分段的弦杆的点位标记进行整置关系的测量并调整；

（５）对预拼装的桁架尺寸进行复核，预拼装控制项目及允许偏差列于下表：

（６）构件调整固定后，根据待拼件上的点位标记及地面投影点，使用钢尺、吊线锤等进行检测，用点焊固定并将检测数据记录保存，与设计图纸比较分析，如构件不符合要求，则进行调整；若符合要求并确认无误后可开始进行每一段桁架的焊接作业，以保证单元桁架及整榀桁架的安装精度。

桁架预拼装界面示意图

（７）预拼装完成后在距离分段接头中心150处两相邻面内划出安装标记线，并用洋冲冲眼。

２、选择正确的吊装方法

根据屋盖桁架与索结构的受力情况，屋盖桁架结构在未安装索结构并形成整体受力之前需将桁架屋盖安放在临时支撑上，使桁架形成稳定的受力体系；在屋盖桁架吊装前，在桁架两头设置的临时支撑架，需从地面开始设置，地面基础经过处理后，能够满足承受桁架及其支撑的重量。支撑架每个标准节间尺寸采用1.2×1.2×2 m，钢材材质采用Q345，其中竖杆采用截面L140×10，腹杆采用截面L75×6。该支撑架现场搭设情况如图：

现场临时支撑桁架屋盖安装临时支撑位置图

由于桁架屋盖施工时，地下室部分与主体结构部分已经完成，内部大型吊车无法进入场馆内部进行吊装作业，综合考虑结构特征和施工现场的实际情况，屋盖桁架吊装时选用一台350吨履带吊（QUY350）和二台150吨履带吊（QUY150）进行场外侧拼装和整体吊装作业，具体吊装顺序与方法如下：

步骤1：搭设临时支撑架，按照从左往右的顺序，2台150履带吊同时对称安装内侧周期钢柱，一台350履带吊开始安装钢桁架，相邻两榀桁架安装完成后及时安装相关支撑杆件，并且拉好揽风绳，以提高整体稳定性。

步骤2：继续施工中部凸屋面构件部分、刚性屋盖及周边支承柱，350吨履带吊负责安装钢桁架，其余构件均由2台150履带吊完成。

步骤3：继续施工中部凸屋面构件部分、刚性屋盖及周边支承柱，桁架两两之间的支撑在相应桁架安装完毕后及时加设，确保结构稳定。

步骤4：结构安装完成，履带吊退场。

3、吊装变形控制

吊装变形控制采用美国大型通用结构分析软件sap2000 v9.1.6版本进行分析计算，为了模拟中部凸屋面各桁架及主梁的施工起吊以及主结构组装施工时的实际受力情况,在分析中相应考虑了1.2倍的动力系数，并对每一榀桁架进行受力分析，将轴力、变形、杆件内应力控制在规范容许值范围以内，下图为中部凸屋面桁架主梁布置轴测图：

凸屋面桁架及主梁布置图桁架杆件轴力图

桁架变形图 桁架杆件应力比图

单榀桁架吊装完成后，校正桁架的位置并复核桁架轴线及标高是否与其控制线吻合，复核完成后用限位板卡住；完成相邻两榀桁架后及时安装相关支撑，以提高整体稳定性，依次完成所有桁架及支撑吊装。整个安装过程中，用全站仪全程跟踪测控，确保安装偏差控制在允许范围内。

结语：体育馆工程独特的造型，复杂的结构形式，在施工中，通过控制桁架预拼装精度，选择正确的吊装方法，控制结构吊装变形等有效的控制手段，保证了屋面桁架的精度，达到预期的外观效果和质量目标。

参考文献：

[1]郭彦林，张化振大跨度复杂钢结构施工过程中的若干技术问题及探讨 [J].工业建筑，2004,34（12:）：1-5

[2]郭彦林，刘学武大型复杂钢结构施工施工力学问题及分析方法 [J].工业建筑，2007,37（9:）：1-8