大型钢桁架整体吊装施工技术的研究与应用|钢桁架吊装专项方案
时间：2019-05-17 03:28:01 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：通过技术经济分析，大跨度钢桁架的施工采用整体吊装的施工技术，通过对吊点位置的负荷和节点内力的验算，均满足结构变形的规范要求。大跨度钢桁架采用整体吊装进行施工，节约了机械费、人工费等，降低了施工成本，提高了经济效益。
关键词：大跨度钢结构；整体吊装；吊点验算
Abstract: through the technical and economic analysis, big span steel truss by the integral hoisting construction of construction technology, through to the load of hoisting position and the node of the internal force analysis, can satisfy the requirements of structural deformation. Big span steel truss by the integral hoisting construction, saving machine fee, such as artificial cost, reduce the construction cost and improve the economic benefit.
Keywords: big span steel structure; Integral hoisting; Lifting point checking
中图分类号：TU391 文献标识码：A文章编号：
以大连市体育馆工程为例，介绍大型钢桁架整体吊装的施工技术。
1 大连市体育馆工程概况
大连市体育馆工程总建筑面积约8.1万平方米，座位数1.8万个。钢结构的核心是屋盖部分的弦支穹顶结构。上弦为倒三角形的空间管桁架，下弦为张拉索；它包括4道环向桁架梁、24根径向桁架梁，环桁架梁与径桁架梁的节点处设向下的垂直撑杆，撑杆下部通过索夹连接环向和径向拉索，中间斗屏通过销轴与环向桁架连接在一起，整个结构只有最外圈的环梁通过46个支点支撑在主体混凝土结构柱上，其他部分通过索的张拉使索作为承力点和传力点，使整个屋面结构作用在钢柱上，从而使整体结构形成稳定安全的体系。这部分结构平面投影长145.4m，宽116.39m，最高点标高45.76m。
屋盖图如下：
2 施工工况
本工程主体结构横向跨度116.39m，纵向跨度145.4m，屋盖系统由径向桁架和环向桁架连接而成。最长桁架52m，重约30吨，安装高度30～45m，桁架安装时，体育馆的看台等结构已施工完，桁架需要从场馆外吊装至场馆内安装就位，吊装难度大。
3 技术经济分析
技术经济分析比较如下：
4 整体吊装对吊点的验算
4.1双机抬吊吊装示意图
为了保证主桁架吊装过程的安全，需对主桁架的吊装过程进行验算。桁架整体吊装示意如下图所示：
桁架吊装示意图
4.2吊装分析计算
吊装分析计算选用了美国Computers And Structures公司研制开发的大型有限元程序SAP2000（V12.0.1版）。计算模型采用空间三维实尺模型；网格的钢构件选用两个节点，六个自由度的frame单元，该单元可以考虑拉（压）、弯、剪、扭四种内力的共同作用。
荷载为结构自重作用，同时考虑1.2倍的动力系数，工况COMB1为1.2DEAD。
经过分析，起吊时最大轴力出现在桁架单元跨中区域，最大拉力为307.975kN。桁架跨中最大变形13.292mm，满足规范要求，桁架单元的跨中和吊点处的弯矩较大，最大弯矩为-20.556kN.m。杆件的应力比均小于0.35，具备较大的安全储备能力，可以保证施工的安全。
5 吊装机械的选择
根据吊装机械的性能和综合经济分析，桁架吊装选用2台150t履带吊、1台70t履带吊和1台150t汽车吊进行吊装作业。2台150t履带吊在场内、外各一台，在吊装径向桁架时，场外的150t履带吊先单独吊起桁架，然后在桁架重心通过钢环梁时，将桁架放在已固定好的钢环梁上面支撑架上，同时场内的150t履带吊的吊装带捆扎在场内桁架的一端，固定住桁架，在场外的70t履带吊吊起桁架那一端，让场外的150t履带吊松钩变换吊装点，然后70t履带吊松钩，靠场内外两台150t履带吊抬吊将桁架就位。吊装方向按逆时针方向，最后在合拢缝位置拆除场内150t履带吊退场，剩余构件靠场内的150t汽车吊和场外150t履带吊分别吊装。
2台吊车抬吊时，每台车的吊装负荷应不超过额定负荷的85%，故150t吊车的额定负荷必须达到24.7t，70t吊车的额定负荷必须达到10.5t。查吊车性能资料，150t履带吊车伸臂66m、回转半径16m，额定负荷27.8t，负荷比率为79%，有较大余量；70t履带吊伸臂39m、回转半径14m时，负荷11.5t,负荷比率78.2%，有较大余量。
6 施工方案
6.1先安装内环1桁架，将内环1分8段加工制作，最大分段重量15t，均在150t履带吊的吊装范围之内。分段吊装就位之后相互之间连接牢固，并精确定位。吊装后的情况如下图：
6.2其后安装滑移支座，滑移支座需精确定位。滑移方向必须与设计图纸保持一致。
6.3吊装外环4，外环4按整个圆周方向划分为12段，最大分段长度20.8米，重量为22吨。下图为第一段外环桁架安装。
下图为外环桁架连续吊装图：
内环1和外环4吊装后，即吊装径向桁架。径向桁架计24根，长的16根，短的8根，均按整根长度进行加工制作，最长件约51米，重约32t。
6.4径向桁架吊装
第一步，用一台150t履带吊和一台70t履带吊车吊装桁架，从场外吊装至场内，150t吊车在前，负荷22t，70t吊车在后，负荷10t。
在桁架起升后，150t履带吊定位转动，而70t履带吊需行走，故70t履带吊余量稍大，以确保安全。桁架可视为均质桁架，平均单重为0.59t/m，弧形总长取54m，平面投影长取52.6m，150t履带吊车负荷弧形长度36m（平面长37.1m），70t履带吊负荷弧形长度18m（平面长15.5m）。
两台吊车抬吊移动时，桁架下弦离地面约0.3m，当桁架到达体育馆墙外边时，两台履带吊缓缓起杆，当桁架移动到体育馆外墙边时，两台吊车均需起杆，此时，150t履带吊到达设定位置后，不再行走，而70t履带吊仍需缓慢行走。
径向桁架的吊装采用150t履带吊和70t履带吊双机抬吊的方式由外部进行，如下图：
抬吊到超过外环桁架高度后向内转，由场内的150t履带吊接住，此时处于中部的150t履带吊摘钩，转到70t履带吊的吊点附近把70t履带吊替下来，由两台150t履带吊把第一榀径向桁架抬吊就位。
第一榀、第二榀径向桁架吊装找正后，吊装之间的内环2、内环3环向桁架，完成焊接。
然后向两侧展开吊装第三榀径向桁架，而后再吊装第三榀与第二榀之间的内环2、内环3，依次类推。如下图：
桁架合拢的闭合点放在150吨履带吊退出时的长边角部，剩一个内环3不吊装，以保证吊车吊装完成后大臂能够顺利的下放退出。这段内环3由150吨履带吊从外部吊装就位。
布置在内环的150吨履带吊的进出通道由位于正北方的运动员通道进入，由于其楼板设计承载力不够，需要从地下室用钢支架对通道楼板进行加固。为了保证通道的高度，位于通道上方的较低部位的混凝土看台暂时预留不施工。
每个吊装单元就位时，其中心及标高等均用全站仪、水准仪等精确定位，直至全部桁架安装完毕。
主体结构索的张拉工作在上部管桁架焊接完成后进行。屋面主檩条经设计验算可在张拉前提前安装就位，次檩条需在张拉工作全部完成后安装就位。次檩、主檩的吊装在主场地内选用25吨、65吨汽车吊进行。
随着主体钢结构的吊装就位，吊车吊装时所占用的场地逐步腾了出来，即可安排土建进行附跨基础部分的施工，给下一步附属结构安装创造条件。
7 结束语
随着国民经济的发展、国家对体育的重视，各大中城市体育中心的建设越来越多。体育馆大跨度钢结构的设计得到了普遍的应用。
本工程的顺利实施，对今后大型场馆建设和大跨度钢结构的施工，具有良好的应用前景，可以进行安全、快速的文明施工。在低碳环保上，一些新技术的采用，使施工材料可以得到充分合理的使用，降低了碳排放，减少了能源消耗。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
