大跨度超高钢管桁架安装技术

大跨度超高钢管桁架安装技术

朱 明

(攀钢冶金工程技术有限公司, 四川 攀枝花617063)

摘 要:本文以实际工程为例,通过图文并茂的详实内容,介绍了114m 大跨度超高钢管屋

桁架结构的安装工艺技术,特别是如何保证大跨度超高钢管屋桁架组装施工过程中的结构稳

定。

关键词:大跨度 超高 钢管桁架 安装

Erection Technology of Super-huge Span Tubular Trusses

Zhu Ming

(Metallurgical Engineering Technology Co.,Ltd. Panzhihua Steel Group, Panzhihua, Sichuan 617063,China)

Abstract :In this article, with the example of practice engineering, explain through paper and

pictures, construction technology of 114m super-huge span tubular trusses are introduced. Be

worthy of special mention the super-huge span tubular trusses structure safety at the construction

stage.

Key words: huge span; super-heigh tubular trusses; construction technology

1 工程简介

四川省旺苍焦化厂干煤棚是由12根钢管桁架柱及6榀钢管屋桁架主体构成的管桁架结

构系统,钢管桁架柱高21.3m ,桁架柱截面尺寸为4m ×5m ,钢管屋桁架跨度114m ,外形

长121.2m ,钢管屋桁架中点高11m ,两侧端部高5.3m ,宽5.3m,全部采用相贯节点管桁结

构形式。每榀钢管屋桁架重75t ,总建筑面积12300m 2,干煤棚内并行设置两台轨距为5m

的斗轮堆取料机,施工时两台堆取料机下部的皮带机应保持通行,主断面示意图见图1. 。

该工程的特点及难点就是钢管屋桁架跨距大,属国内最大跨度的干煤棚,超高超大跨度

钢管屋桁架也是一种新的结构形式,施工区条件限制多,尤其是沿着干煤棚纵向两条皮带机

的运行,给钢管屋桁架的组合和吊装增加了相应的难度,施工措施钢材料用量大,每榀钢管

屋桁架用措施钢材近35t ,施工时间短,并时逢雨季给焊接和组合吊装都增加了困难,且柱

体和钢管屋桁架外形尺寸太大,只能在现场制作拼装。由于干煤棚有一侧纵列柱紧靠高挡墙,

当选用2台150t 履带式起重机吊装作业时,其中一台履带式起重机被限制在高于地面1.5m

的条形堆取料机基础和钢管桁架柱侧的高挡墙之间,移位十分困难。在使用汽吊配合进行桁

架组装作业时,也将被关在桁架之间。作业区为大面积大开挖回填区,未经硬化处理,给施

工带来极大隐患。而大跨度超高管桁架如若组装工艺选择不当,极易造成施工事故。

2 总体施工方案确定及实施

在总体施工方案中最重要的应是钢管桁架组合及吊装方案的确定,外形长121m 高11m

的钢管屋桁架在组装中可形象地喻为柔软地像面条一样,选用正确的组装方式和吊装方案尤

为重要,例如组吊方案可采用管桁架分为两个在地面组装成两个60m 长的桁架,在安装管

桁架跨度中点设临时高支承架,将组装后管桁架再吊装至临时支架上组合,或在搭设的高空

胎架上整体组装钢管屋桁架直接就位,然后对胎架卸载等多种方案。在综合考虑施工成本、

工期、组装质量和安全稳定性等多个指标后,最终确定了在跨越两条皮带机的低空小吊车配

合组装,大吊车整体抬吊安装的方案,特大钢管屋桁架组合安装流程见图2。

2.1钢管桁架柱的拼装

大跨度干煤棚的管桁架柱共12根,柱基础下部为13m 深的挖孔桩,每根柱子是由4根

φ245×8钢管焊连成截面为4×5m 、长21.3m 的钢管桁架柱结构,钢管桁架柱的拼装见图

3、图4。钢管桁架柱安装时,使用数字式全站仪配合测定柱间跨距及柱列中心线等。

2.2 钢管屋桁架的拼装 外形尺寸长达121.2m 、最高达11m 的钢管屋桁架组合拼装是此次施工的难点,钢管屋桁架上下弦均是采用材质为Q345-B 的φ351×10钢管,在节点处采用杆件直接焊接的相贯节点,钢管屋桁架起拱400~450mm ,管桁架卸去中间支撑后在无檩条负载时实测下弦下降100mm ,安装檩条后实测下弦拱度值250mm ,与原设计预测值相同,所有上下弦主管件对接焊缝均要求等强焊透,其焊缝质量等级为一级,为了保证焊接质量和加快焊接速度,全部主对接焊缝处加內衬环。所有的钢板翼缘板与腹板的T 连接K 型焊缝均要求剖口焊透,焊缝质量等级为二级。为了降低施工费用,集中时间段使用大型起重机械,采取将6榀钢屋桁架拼装完后,再依次将钢屋桁架吊装到位的方式,每榀桁架组装用措施钢材约35t ,钢管屋桁架拼装位置见示意图5。为了保证钢管屋桁架拼装时在两台堆取料机下的皮带机的运行不受影响,拼装用的临时支架跨越两条皮带机,其顶部标高离地为3m ,这样就要求管桁架整

6 。

钢管屋桁架拼装是先在临时管支架上将钢管屋桁架下弦面组焊好,这时需用水准仪配合

标定桁架起拱值,然后拼装钢管屋桁架上弦面,在中间114m 内设置10个临时钢支架,在

钢管对接处可加临时小支撑。下弦桁架面组装完成后就直接在桁架下弦面上组装上弦桁架,

上弦桁架总重24t ,以中间为界面分为两段。桁架组装完成后进行焊接。起吊上弦桁架可用

φ159×10钢管制成的门型架起吊,每根φ159×10钢管可承载5t ,每个门架可承载10t 。

靠近跨中部位的门型架最高的为16m ,每榀钢管屋桁架用8个门型架。用三台汽车起重机共

同分别提升起2片钢管屋桁架的上弦面,并用门架上手拉葫芦固定,依次装入中间杆件,最

后将上下弦平面组合起来,形成钢管屋桁架整体结构。对于钢管桁架交汇点的杆件相贯切口,

主受力杆件只宜一个相贯切口,次受力杆件可设多个相贯切口。K 型节点的不可见搭接焊缝,

见图7,应保证主受力杆件与主管的全焊接,特别是隐蔽焊缝必须专人检查确认。使用数字

式全站仪测算组装的钢管屋桁架114m 支点间准确间距和对角线距。

2.3

单榀的钢管屋桁架重75t ,钢管屋桁架的吊装采用2台150t 履带式起重机抬吊的方式进

行,在确定起吊重量和起吊高度后,还应用计算机按比例作图确定吊臂和起吊桁架间是否“卡

杆”,起重机主要吊装参数最后确定为:吊臂长49m ,吊装幅度10m ,额定起重量59t ,符

合双机抬吊按起重负载的0.8系数的规定,提升吊钩高度在45m 。钢屋桁架的长细比45.6,

远小于100,可单独吊装置于柱顶,钢管屋桁架吊装前应将柱间支撑桁架安装完毕,2台150t

履带式起重机行走区进行换填硬化处理并铺垫30mm 厚钢板,采用8个吊点自平衡受力方

式,由于吊臂吊装高度限制,吊装用钢绳不能太长,所以吊点处钢绳受力14.5t ,选用φ44mm

钢绳为主吊绳,由于吊点会引起桁架局部杆件内力变化,吊装前应进行校核验算,采用空间

杆件有限元分析技术,见图8、实际施工见图9。

3 结语

管桁架结构在我国建筑结构中的应用越来越多,且正向超大型化发展,超长超高型钢管

屋桁架的施工,是施工中的技术考虑重点,选择最佳的管桁架组装工艺,来保证管桁架组装

过程中的稳定性和组装质量,而采用大型吊车进行整体管桁架抬吊在目前也是可行方法。一

次组装整体完成,不再翻身或移位,采用多门架式的组装方案是安全而可靠的。该组装工艺

2011年被评定为国家级工法。工法编号GJEJGF096—2010。

注:原文刊载于北京《安装》2012年第2期

作者:朱明 男 1957年出生 高级工程师 总工程师

Email : Tel :[1**********] 0812—6664525 6666022(传真) 邮编:617063 地址:四川省攀枝花市攀冶机电分公司

大跨度超高钢管桁架安装技术

朱 明

(攀钢冶金工程技术有限公司, 四川 攀枝花617063)

摘 要:本文以实际工程为例,通过图文并茂的详实内容,介绍了114m 大跨度超高钢管屋

桁架结构的安装工艺技术,特别是如何保证大跨度超高钢管屋桁架组装施工过程中的结构稳

定。

关键词:大跨度 超高 钢管桁架 安装

Erection Technology of Super-huge Span Tubular Trusses

Zhu Ming

(Metallurgical Engineering Technology Co.,Ltd. Panzhihua Steel Group, Panzhihua, Sichuan 617063,China)

Abstract :In this article, with the example of practice engineering, explain through paper and

pictures, construction technology of 114m super-huge span tubular trusses are introduced. Be

worthy of special mention the super-huge span tubular trusses structure safety at the construction

stage.

Key words: huge span; super-heigh tubular trusses; construction technology

1 工程简介

四川省旺苍焦化厂干煤棚是由12根钢管桁架柱及6榀钢管屋桁架主体构成的管桁架结

构系统,钢管桁架柱高21.3m ,桁架柱截面尺寸为4m ×5m ,钢管屋桁架跨度114m ,外形

长121.2m ,钢管屋桁架中点高11m ,两侧端部高5.3m ,宽5.3m,全部采用相贯节点管桁结

构形式。每榀钢管屋桁架重75t ,总建筑面积12300m 2,干煤棚内并行设置两台轨距为5m

的斗轮堆取料机,施工时两台堆取料机下部的皮带机应保持通行,主断面示意图见图1. 。

该工程的特点及难点就是钢管屋桁架跨距大,属国内最大跨度的干煤棚,超高超大跨度

钢管屋桁架也是一种新的结构形式,施工区条件限制多,尤其是沿着干煤棚纵向两条皮带机

的运行,给钢管屋桁架的组合和吊装增加了相应的难度,施工措施钢材料用量大,每榀钢管

屋桁架用措施钢材近35t ,施工时间短,并时逢雨季给焊接和组合吊装都增加了困难,且柱

体和钢管屋桁架外形尺寸太大,只能在现场制作拼装。由于干煤棚有一侧纵列柱紧靠高挡墙,

当选用2台150t 履带式起重机吊装作业时,其中一台履带式起重机被限制在高于地面1.5m

的条形堆取料机基础和钢管桁架柱侧的高挡墙之间,移位十分困难。在使用汽吊配合进行桁

架组装作业时,也将被关在桁架之间。作业区为大面积大开挖回填区,未经硬化处理,给施

工带来极大隐患。而大跨度超高管桁架如若组装工艺选择不当,极易造成施工事故。

2 总体施工方案确定及实施

在总体施工方案中最重要的应是钢管桁架组合及吊装方案的确定,外形长121m 高11m

的钢管屋桁架在组装中可形象地喻为柔软地像面条一样,选用正确的组装方式和吊装方案尤

为重要,例如组吊方案可采用管桁架分为两个在地面组装成两个60m 长的桁架,在安装管

桁架跨度中点设临时高支承架,将组装后管桁架再吊装至临时支架上组合,或在搭设的高空

胎架上整体组装钢管屋桁架直接就位,然后对胎架卸载等多种方案。在综合考虑施工成本、

工期、组装质量和安全稳定性等多个指标后,最终确定了在跨越两条皮带机的低空小吊车配

合组装,大吊车整体抬吊安装的方案,特大钢管屋桁架组合安装流程见图2。

2.1钢管桁架柱的拼装

大跨度干煤棚的管桁架柱共12根,柱基础下部为13m 深的挖孔桩,每根柱子是由4根

φ245×8钢管焊连成截面为4×5m 、长21.3m 的钢管桁架柱结构,钢管桁架柱的拼装见图

3、图4。钢管桁架柱安装时,使用数字式全站仪配合测定柱间跨距及柱列中心线等。

2.2 钢管屋桁架的拼装 外形尺寸长达121.2m 、最高达11m 的钢管屋桁架组合拼装是此次施工的难点,钢管屋桁架上下弦均是采用材质为Q345-B 的φ351×10钢管,在节点处采用杆件直接焊接的相贯节点,钢管屋桁架起拱400~450mm ,管桁架卸去中间支撑后在无檩条负载时实测下弦下降100mm ,安装檩条后实测下弦拱度值250mm ,与原设计预测值相同,所有上下弦主管件对接焊缝均要求等强焊透,其焊缝质量等级为一级,为了保证焊接质量和加快焊接速度,全部主对接焊缝处加內衬环。所有的钢板翼缘板与腹板的T 连接K 型焊缝均要求剖口焊透,焊缝质量等级为二级。为了降低施工费用,集中时间段使用大型起重机械,采取将6榀钢屋桁架拼装完后,再依次将钢屋桁架吊装到位的方式,每榀桁架组装用措施钢材约35t ,钢管屋桁架拼装位置见示意图5。为了保证钢管屋桁架拼装时在两台堆取料机下的皮带机的运行不受影响,拼装用的临时支架跨越两条皮带机,其顶部标高离地为3m ,这样就要求管桁架整

6 。

钢管屋桁架拼装是先在临时管支架上将钢管屋桁架下弦面组焊好,这时需用水准仪配合

标定桁架起拱值,然后拼装钢管屋桁架上弦面,在中间114m 内设置10个临时钢支架,在

钢管对接处可加临时小支撑。下弦桁架面组装完成后就直接在桁架下弦面上组装上弦桁架,

上弦桁架总重24t ,以中间为界面分为两段。桁架组装完成后进行焊接。起吊上弦桁架可用

φ159×10钢管制成的门型架起吊,每根φ159×10钢管可承载5t ,每个门架可承载10t 。

靠近跨中部位的门型架最高的为16m ,每榀钢管屋桁架用8个门型架。用三台汽车起重机共

同分别提升起2片钢管屋桁架的上弦面,并用门架上手拉葫芦固定,依次装入中间杆件,最

后将上下弦平面组合起来,形成钢管屋桁架整体结构。对于钢管桁架交汇点的杆件相贯切口,

主受力杆件只宜一个相贯切口,次受力杆件可设多个相贯切口。K 型节点的不可见搭接焊缝,

见图7,应保证主受力杆件与主管的全焊接,特别是隐蔽焊缝必须专人检查确认。使用数字

式全站仪测算组装的钢管屋桁架114m 支点间准确间距和对角线距。

2.3

单榀的钢管屋桁架重75t ,钢管屋桁架的吊装采用2台150t 履带式起重机抬吊的方式进

行,在确定起吊重量和起吊高度后,还应用计算机按比例作图确定吊臂和起吊桁架间是否“卡

杆”,起重机主要吊装参数最后确定为:吊臂长49m ,吊装幅度10m ,额定起重量59t ,符

合双机抬吊按起重负载的0.8系数的规定,提升吊钩高度在45m 。钢屋桁架的长细比45.6,

远小于100,可单独吊装置于柱顶,钢管屋桁架吊装前应将柱间支撑桁架安装完毕,2台150t

履带式起重机行走区进行换填硬化处理并铺垫30mm 厚钢板,采用8个吊点自平衡受力方

式,由于吊臂吊装高度限制,吊装用钢绳不能太长,所以吊点处钢绳受力14.5t ,选用φ44mm

钢绳为主吊绳,由于吊点会引起桁架局部杆件内力变化,吊装前应进行校核验算,采用空间

杆件有限元分析技术,见图8、实际施工见图9。

3 结语

管桁架结构在我国建筑结构中的应用越来越多,且正向超大型化发展,超长超高型钢管

屋桁架的施工,是施工中的技术考虑重点,选择最佳的管桁架组装工艺,来保证管桁架组装

过程中的稳定性和组装质量,而采用大型吊车进行整体管桁架抬吊在目前也是可行方法。一

次组装整体完成,不再翻身或移位,采用多门架式的组装方案是安全而可靠的。该组装工艺

2011年被评定为国家级工法。工法编号GJEJGF096—2010。

注:原文刊载于北京《安装》2012年第2期

作者:朱明 男 1957年出生 高级工程师 总工程师

Email : Tel :[1**********] 0812—6664525 6666022(传真) 邮编:617063 地址:四川省攀枝花市攀冶机电分公司


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