摘要：通过对上海某51.8m跨单层研发大厅钢结构工程的精心设计、详细计算、组织、施工及论证，并结合实际成功地解决了大跨度单层钢结构厂房的施工安装技术问题，可供类似工程借鉴。
关键词：管桁架; 大跨度; 安装; 组织; 设计
1 工程概况
上海市某工程试验大厅为全钢结构，跨度51.8m，进深146.95m，柱距8m（10，10.45，6.5），管桁架下弦标高20m，在下弦设2台悬挂吊车，分别为5t及3.2t。跨度管桁架重量21t(图1)。
图1 试验室大厅主体结构建模 （大跨度单层管桁架吊装技术）
2 工程特点、难点
本工程中的技术重点、难点为屋面桁架的大跨度吊装。屋面桁架梁共19榀，最大跨度为51.8m，矢高5m，净重21t。如此大跨度的单层厂房工
程在公司实为首列，在全国钢结构单层厂房中也均为少见。
3 施工方法、措施及要求
根据试验大厅结构件的外形尺寸、吨位、起吊高度及桁架须在现场拼装后需进行多次倒运方能就位等因素考虑，以及桁架顶高度约为25m，加上起吊钢丝绳长度，顶高约为35m，回转半径为约为13m，所以拟选取100t履带吊为主吊机及50t汽车吊各1台，以用于厂房钢柱、管桁架吊装及屋面结构件吊装及构件卸车、倒运等。
4 屋面系统结构
4.1 拼接
屋架分3段制作及运输。管桁架于现场拼接，因受其外形尺寸及考虑构件吊、运车辆的出入需要，只能与跨中呈横向立放拼装。即在平整吊装场地内，采用胎架将三段屋面梁先对接，以测量仪器检测三段屋面梁，保证屋面梁不挠曲不变形，而三片屋面梁垂直度在一条直线，然后对拼接接头进行施焊。采用现场拼接方式，搭设拼接台架（图2拼接台架）,现场焊接均达到1级焊缝。
图2 现场焊接示意 （大跨度单层管桁架吊装技术）
4.2 钢管桁架的吊装
1）钢管桁架吊装时，对柱子横向进行复测和复校确保柱子安装精度。
2）钢管桁架吊装时，对钢管桁架进行验算管桁架平面外刚度。另外管桁架的吊点的选择，除应保证管桁架的平面刚度外还需保证。a．管桁架的重心位于内吊点的连线之下，否则应采取防止管桁架倾倒的措施（即在管桁架屋脊处多增加一个保险吊点和吊索）。b．对外吊点的选择应使管桁架下弦处于受拉状态(图3)。
图3 梁就位示意
3）管桁架吊装前，应在管桁架上下弦绑扎扶手栏杆。平面应搭设上下登高用爬梯。
4．3 钢管桁架校正
1）钢管桁架吊装到位后，第一榀和第二榀管桁架应拉设管桁架缆索固定，此时采用松紧缆索对管桁架进行垂直度校正；第三榀及以后的管桁架采用管桁架临时固定支撑来进行校正，它的垂直度(图4)。
2）钢管桁架校正。采用经纬仪校正管桁架上弦垂直度方法，在管桁架上弦2端和中央夹三把标尺，待三把标尺的定长刻度在同一直线上，则管桁架垂直度校正完毕。
图4 管桁架校正里面示意2 （大跨度单层管桁架吊装技术）
3）钢管桁架校正完毕。拧紧管桁架临时固定支撑两端螺杆和管桁架两端搁置处的螺栓，随即安装管桁架永久支撑系统。
4）管桁架两端采用螺栓与钢柱顶连接，所以需待固定螺栓安装完后方可松钩。
5）因管桁架下弦设置4道与列线平行的悬挂吊梁，为确保各桁架上设置用于吊梁联结的节点处在同一条直线上(相对同一轨道上的对应点)，则桁架安装找正必须以试验大厅厂房一侧列线为基准，否则彼此桁架间的对应节点易发生错位而影响悬挂吊梁的安装质量。为此要求：试验大厅钢柱安装找正固定后且于桁架安装前，必须重新将大厅的轴列线引涂到柱顶侧面，并用红色油漆标三角示出。这主要是考虑钢柱在安装过程中所产生的垂直及位移偏差不可避免，因此柱体上事先标出的中心轴线则不能用作桁架安装定位基准线而必须以重新引出的轴列线作为安装基准线，才能保证各桁架上的吊梁节点位置相对准确，以利后续悬挂吊梁安装。
4.4 屋面系统支撑的安装
1）管桁架上、下弦的水平支撑安装一般采取整体安装方法。如发现螺孔有错位现象，一般处理支撑系统，并应观察管桁架的垂直度情况的变化，
2）垂直支撑的安装与桁架安装方法基本类同。
4.5 吊车机械的选用
根据对桁架梁重量计算统计，下段钢柱最重的约为21t，最大安装高度为25+18=43m，（图5示意）查100t汽车吊性能表可知臂杆52m，工作幅度12，起重量为23t，满足吊装要求。
图5 管桁架吊装示意
第一步：梁起吊就位。梁临时摆放H型钢焊接胎架。
第二步：梁进行调整。设2台经纬仪和1台水准仪进行垂直度和标高的调整。标高和垂直度较大调整利用千斤顶进行调节。
4.6 钢丝绳的选择与受力分析
桁架梁最重量约为21t，设置四吊点进行起吊，吊钩与桁架梁的距离约为18m，四根钢丝绳与水平的夹角分别为56。和77。。
钢丝绳受力分析如下。
每根钢丝绳承受拉力：F=21/2(sin56+sin77)=5.83t=58.3KN。
根据结构选择普通Φ30钢丝绳6×37+1，其抗拉强度1550MPa，近似值计算其破坏拉力P破=φ*i*л*d *d*σ=529KN.吊装用钢丝绳安全系数k=8，Φ30钢丝绳许用拉力P许=P破/k=529/8=66.13kN
P许＞F, 即Φ30的普通钢丝绳满足吊装要求。
4.7 吊点的验算
由于吊装时管桁架轴力放线和安装时的轴力及轴力方向发生改变，为防止构件吊装时发生变形及其他质量问题，吊装前必须经过吊点的验证及轴力计算。
经受力计算，吊点设置达到要求（图6）。
图6 配筋包络和钢结构应力比 （大跨度单层管桁架吊装技术）
4.8屋面及墙面支撑系统构件
桁架就位一旦形成单元跨间后，应随即进行屋面上、下弦系杆支撑、檩条及天沟板等结构性安装，支撑等构件安装应从垮中往两边对称进行。而柱顶钢短柱及柱顶以上方的墙皮檩条，宜在屋面结构安装时穿插进行。
屋面檩条等构件就位，可拟用100t履带吊或50t汽车吊(须加设9m副杆)进行吊装，在未设屋面上、下弦的局部跨间，该部位屋面檩条亦可采用25t汽车吊于跨间(但臂杆不跨越桁架)；而柱顶以下墙皮檩条可拟用25t汽车吊或卷扬机就位。
5 钢结构现场焊接工艺
本工程中钢结构现场焊接为结构保证的重点，必须严格执行以下工艺标准。
5.1 工艺标准
5.1.1焊材的选用
Q235手工焊采用E4316型低氢焊条，焊材化学成分及熔敷金属的机械性能见表1。
表1 焊材化学成分 %
5.1.2 焊口形式
主拱的主管和支管的连接有T、Y、K或复合形相贯节点，支管端部为马鞍形曲线（相贯线）。此类接头一般分为4个区，即趾部、两侧部、根部区。（见图7管桁架相贯线焊接示意）。
图7管桁架相贯线焊接示意
5.2 焊接技术要求
相贯形节点的焊缝可以分为全焊透、部分焊透和角焊缝三类。马鞍形端部的边缘管壁处必须切割出一定的坡口面角度以与弦杆表面之间形成焊透的坡口角度。切割采用数控相贯线切割机，在切割曲线的同时一次形成坡口面的角度。
主管与支管斜角小于30°时，根部区难于施焊，必须在夹角底部填焊至一定宽度后才可正常施焊，其焊缝有效厚度值必须用截取断面试样作酸蚀宏观检验的方法进行焊接工艺评定加以验证（图8）。
图8 相贯线焊接工艺示意
5.3 无应力拼装
拱在焊接时要保证处于无应力拼接状态，即保证拼装、安装和构件设计受力状态一致。具体措施有：拼装时，接口处采取自由对接，禁止强制对口焊接。
6 安全防护选择
1）安全登高措施、作业平台反映柱子上安装钢爬梯，便于登高。
在柱间联系梁上铺设操作平台便于屋上行走、防止踩空，使用20脚手、板铺设，用卡扣连接。柱顶拉设安全绳，登高必须挂双带安全带。设置操作平台（图9操作平台示意）。
图9 平台示意
2）屋面梁现场拼接台架平台，选用活动脚手架（图10 移动式脚手架示意）。
安全带固定在脚手架上。钢管脚手架的立柱，应置于坚实的地基上，立柱钢管加垫座，用混凝土块或用坚实的厚木块垫好。脚手架的立柱要求垂直。
图10 移动式脚手架示意
7 结语
本方案实施前组织了方案专家论证审查。由于方案设计正确、规范施工、构造措施合理及防护措施得当，得到了专家组的认可并通过了审查。该工程目前已经竣工，施工整体过程未出现任何质量及安全问题。本文对大跨度管桁架吊装的组织及施工具有借鉴意义。如何对大跨度管桁架吊装、防止构件吊装变形，发展新的施工工艺和控制方法将是值得今后研究的问题。
参考文献
[1] JGJ 81：2002 建筑钢结构焊接规程[S].
[2] JGJ 82：91 钢结构高强螺栓连接的设计、施工及验收规程[S].
[3] GB 50205：2001 钢结构工程施工质量验收规范[S].
[4] GB 50017 钢结构设计规范[S].
[5]施工技术调查资料和设计文件审核资料[K].
[6]马鞍山马钢钢结构工程有限公司施工工艺标准[S].
（马鞍山马钢钢结构工程有限公司, 安徽马鞍山 243000）
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摘要：通过对上海某51.8m跨单层研发大厅钢结构工程的精心设计、详细计算、组织、施工及论证，并结合实际成功地解决了大跨度单层钢结构厂房的施工安装技术问题，可供类似工程借鉴。
关键词：管桁架; 大跨度; 安装; 组织; 设计
1 工程概况
上海市某工程试验大厅为全钢结构，跨度51.8m，进深146.95m，柱距8m（10，10.45，6.5），管桁架下弦标高20m，在下弦设2台悬挂吊车，分别为5t及3.2t。跨度管桁架重量21t(图1)。
图1 试验室大厅主体结构建模 （大跨度单层管桁架吊装技术）
2 工程特点、难点
本工程中的技术重点、难点为屋面桁架的大跨度吊装。屋面桁架梁共19榀，最大跨度为51.8m，矢高5m，净重21t。如此大跨度的单层厂房工
程在公司实为首列，在全国钢结构单层厂房中也均为少见。
3 施工方法、措施及要求
根据试验大厅结构件的外形尺寸、吨位、起吊高度及桁架须在现场拼装后需进行多次倒运方能就位等因素考虑，以及桁架顶高度约为25m，加上起吊钢丝绳长度，顶高约为35m，回转半径为约为13m，所以拟选取100t履带吊为主吊机及50t汽车吊各1台，以用于厂房钢柱、管桁架吊装及屋面结构件吊装及构件卸车、倒运等。
4 屋面系统结构
4.1 拼接
屋架分3段制作及运输。管桁架于现场拼接，因受其外形尺寸及考虑构件吊、运车辆的出入需要，只能与跨中呈横向立放拼装。即在平整吊装场地内，采用胎架将三段屋面梁先对接，以测量仪器检测三段屋面梁，保证屋面梁不挠曲不变形，而三片屋面梁垂直度在一条直线，然后对拼接接头进行施焊。采用现场拼接方式，搭设拼接台架（图2拼接台架）,现场焊接均达到1级焊缝。
图2 现场焊接示意 （大跨度单层管桁架吊装技术）
4.2 钢管桁架的吊装
1）钢管桁架吊装时，对柱子横向进行复测和复校确保柱子安装精度。
2）钢管桁架吊装时，对钢管桁架进行验算管桁架平面外刚度。另外管桁架的吊点的选择，除应保证管桁架的平面刚度外还需保证。a．管桁架的重心位于内吊点的连线之下，否则应采取防止管桁架倾倒的措施（即在管桁架屋脊处多增加一个保险吊点和吊索）。b．对外吊点的选择应使管桁架下弦处于受拉状态(图3)。
图3 梁就位示意
3）管桁架吊装前，应在管桁架上下弦绑扎扶手栏杆。平面应搭设上下登高用爬梯。
4．3 钢管桁架校正
1）钢管桁架吊装到位后，第一榀和第二榀管桁架应拉设管桁架缆索固定，此时采用松紧缆索对管桁架进行垂直度校正；第三榀及以后的管桁架采用管桁架临时固定支撑来进行校正，它的垂直度(图4)。
2）钢管桁架校正。采用经纬仪校正管桁架上弦垂直度方法，在管桁架上弦2端和中央夹三把标尺，待三把标尺的定长刻度在同一直线上，则管桁架垂直度校正完毕。
图4 管桁架校正里面示意2 （大跨度单层管桁架吊装技术）
3）钢管桁架校正完毕。拧紧管桁架临时固定支撑两端螺杆和管桁架两端搁置处的螺栓，随即安装管桁架永久支撑系统。
4）管桁架两端采用螺栓与钢柱顶连接，所以需待固定螺栓安装完后方可松钩。
5）因管桁架下弦设置4道与列线平行的悬挂吊梁，为确保各桁架上设置用于吊梁联结的节点处在同一条直线上(相对同一轨道上的对应点)，则桁架安装找正必须以试验大厅厂房一侧列线为基准，否则彼此桁架间的对应节点易发生错位而影响悬挂吊梁的安装质量。为此要求：试验大厅钢柱安装找正固定后且于桁架安装前，必须重新将大厅的轴列线引涂到柱顶侧面，并用红色油漆标三角示出。这主要是考虑钢柱在安装过程中所产生的垂直及位移偏差不可避免，因此柱体上事先标出的中心轴线则不能用作桁架安装定位基准线而必须以重新引出的轴列线作为安装基准线，才能保证各桁架上的吊梁节点位置相对准确，以利后续悬挂吊梁安装。
4.4 屋面系统支撑的安装
1）管桁架上、下弦的水平支撑安装一般采取整体安装方法。如发现螺孔有错位现象，一般处理支撑系统，并应观察管桁架的垂直度情况的变化，
2）垂直支撑的安装与桁架安装方法基本类同。
4.5 吊车机械的选用
根据对桁架梁重量计算统计，下段钢柱最重的约为21t，最大安装高度为25+18=43m，（图5示意）查100t汽车吊性能表可知臂杆52m，工作幅度12，起重量为23t，满足吊装要求。
图5 管桁架吊装示意
第一步：梁起吊就位。梁临时摆放H型钢焊接胎架。
第二步：梁进行调整。设2台经纬仪和1台水准仪进行垂直度和标高的调整。标高和垂直度较大调整利用千斤顶进行调节。
4.6 钢丝绳的选择与受力分析
桁架梁最重量约为21t，设置四吊点进行起吊，吊钩与桁架梁的距离约为18m，四根钢丝绳与水平的夹角分别为56。和77。。
钢丝绳受力分析如下。
每根钢丝绳承受拉力：F=21/2(sin56+sin77)=5.83t=58.3KN。
根据结构选择普通Φ30钢丝绳6×37+1，其抗拉强度1550MPa，近似值计算其破坏拉力P破=φ*i*л*d *d*σ=529KN.吊装用钢丝绳安全系数k=8，Φ30钢丝绳许用拉力P许=P破/k=529/8=66.13kN
P许＞F, 即Φ30的普通钢丝绳满足吊装要求。
4.7 吊点的验算
由于吊装时管桁架轴力放线和安装时的轴力及轴力方向发生改变，为防止构件吊装时发生变形及其他质量问题，吊装前必须经过吊点的验证及轴力计算。
经受力计算，吊点设置达到要求（图6）。
图6 配筋包络和钢结构应力比 （大跨度单层管桁架吊装技术）
4.8屋面及墙面支撑系统构件
桁架就位一旦形成单元跨间后，应随即进行屋面上、下弦系杆支撑、檩条及天沟板等结构性安装，支撑等构件安装应从垮中往两边对称进行。而柱顶钢短柱及柱顶以上方的墙皮檩条，宜在屋面结构安装时穿插进行。
屋面檩条等构件就位，可拟用100t履带吊或50t汽车吊(须加设9m副杆)进行吊装，在未设屋面上、下弦的局部跨间，该部位屋面檩条亦可采用25t汽车吊于跨间(但臂杆不跨越桁架)；而柱顶以下墙皮檩条可拟用25t汽车吊或卷扬机就位。
5 钢结构现场焊接工艺
本工程中钢结构现场焊接为结构保证的重点，必须严格执行以下工艺标准。
5.1 工艺标准
5.1.1焊材的选用
Q235手工焊采用E4316型低氢焊条，焊材化学成分及熔敷金属的机械性能见表1。
表1 焊材化学成分 %
5.1.2 焊口形式
主拱的主管和支管的连接有T、Y、K或复合形相贯节点，支管端部为马鞍形曲线（相贯线）。此类接头一般分为4个区，即趾部、两侧部、根部区。（见图7管桁架相贯线焊接示意）。
图7管桁架相贯线焊接示意
5.2 焊接技术要求
相贯形节点的焊缝可以分为全焊透、部分焊透和角焊缝三类。马鞍形端部的边缘管壁处必须切割出一定的坡口面角度以与弦杆表面之间形成焊透的坡口角度。切割采用数控相贯线切割机，在切割曲线的同时一次形成坡口面的角度。
主管与支管斜角小于30°时，根部区难于施焊，必须在夹角底部填焊至一定宽度后才可正常施焊，其焊缝有效厚度值必须用截取断面试样作酸蚀宏观检验的方法进行焊接工艺评定加以验证（图8）。
图8 相贯线焊接工艺示意
5.3 无应力拼装
拱在焊接时要保证处于无应力拼接状态，即保证拼装、安装和构件设计受力状态一致。具体措施有：拼装时，接口处采取自由对接，禁止强制对口焊接。
6 安全防护选择
1）安全登高措施、作业平台反映柱子上安装钢爬梯，便于登高。
在柱间联系梁上铺设操作平台便于屋上行走、防止踩空，使用20脚手、板铺设，用卡扣连接。柱顶拉设安全绳，登高必须挂双带安全带。设置操作平台（图9操作平台示意）。
图9 平台示意
2）屋面梁现场拼接台架平台，选用活动脚手架（图10 移动式脚手架示意）。
安全带固定在脚手架上。钢管脚手架的立柱，应置于坚实的地基上，立柱钢管加垫座，用混凝土块或用坚实的厚木块垫好。脚手架的立柱要求垂直。
图10 移动式脚手架示意
7 结语
本方案实施前组织了方案专家论证审查。由于方案设计正确、规范施工、构造措施合理及防护措施得当，得到了专家组的认可并通过了审查。该工程目前已经竣工，施工整体过程未出现任何质量及安全问题。本文对大跨度管桁架吊装的组织及施工具有借鉴意义。如何对大跨度管桁架吊装、防止构件吊装变形，发展新的施工工艺和控制方法将是值得今后研究的问题。
参考文献
[1] JGJ 81：2002 建筑钢结构焊接规程[S].
[2] JGJ 82：91 钢结构高强螺栓连接的设计、施工及验收规程[S].
[3] GB 50205：2001 钢结构工程施工质量验收规范[S].
[4] GB 50017 钢结构设计规范[S].
[5]施工技术调查资料和设计文件审核资料[K].
[6]马鞍山马钢钢结构工程有限公司施工工艺标准[S].
（马鞍山马钢钢结构工程有限公司, 安徽马鞍山 243000）
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