某理工大学体育馆大跨度管桁架安装技术

1、北京理工大学体育馆大跨度管桁架安装技术【摘要】北京理工大学体育馆为86.826m大跨度管桁架钢结构，拼装工艺困难，相贯焊接节点复杂，焊接质量要求高，在施工中采用高空拼装，由于采取科学、合理、可靠的技术和有效的质量控制，成功地施工了该项工程，满足了施工和设计要求。【关键词】大跨度主拱 管桁架 预拼装 高空拼装 相贯焊接1、          工程概括1.1 北京理工大学体育馆位于北京市海淀区中关村南大街5号，下部结构为混凝土结构，屋盖部分为钢结构。钢结构部分主要有主拱、空间桁架和钢梁组成，主拱共两榀，每榀跨

2、度为86.826米，其上弦中心设计标高为28.200米，主拱的断面形式为平行四边形和三角形的组合断面，主拱两端支撑在混凝土承台上，与混凝土拱脚预埋钢板焊接。主拱支座为万向转动支座，万向支座具有承压、转角、承受水平力等功能，两榀主拱均向内倾斜65°。主拱之间共设置了6榀纵向空间支撑，主拱下面悬吊了10榀空间桁架，空间桁架的三跨总长最大约76米，两边分别悬挑7.4米，三跨总长最小的约47米，两边分别悬挑7米。10榀空间桁架的两端均为滑动支座，以释放对混凝土圈梁的水平推力，滑动支座与圈梁上预埋钢板焊接。主拱与空间桁架均为钢管相贯的管结构。主拱上、下弦杆采用480×20无缝钢管，腹

3、杆采用203×12及245×14无缝钢管。根据设计要求，室外主拱桁架钢管材质采用q345c，纵向支撑和室内主次桁架均为q345b；所有全融透杆件的对接焊缝为一级焊缝，相贯线焊缝为二级焊缝。结构设计新颖独特，造型美观，曲线流畅，大气宏伟。1.2         本工程的施工特点1.2.1原先考虑采用1台120t汽车吊完成吊装，由于本工程位于校园内，道路狭窄，场馆内施工场地狭小及受土建结构的限制，大型吊机无法进场，基于上述因素，放弃了大型吊装、运输设备进场的方案，后调整为在环岛内搭设满堂脚手架，配合

4、50吨汽车吊，采用高空拼装方法施工，但在工程整体进度上受到一定影响。1.2.2由于本工程钢结构为管桁架结构，其拼装工艺难度较大，节点复杂，相贯焊接较困难，因此构件在制作后事先在加工车间进行预拼装，及时对构件调整，避免了现场拼装过程出现的一些问题，减少了现场高空拼装的工作量。在本工程拼装过程中，对主拱各个节点的三维尺寸的控制（轴线、标高、垂直度）做为施工的重点和难点。2、施工准备2.1根据业主提供的设计图纸进行深化设计，结合施工现场、原材料及运输的要求对构件进行分批、分段处理，深化设计完成后，提请设计及相关单位人员审核确认。2.2由技术负责人组织施工技术人员共同审图，明确其中制作、安装的重点及难

5、点，对制作难度大的节点制定相应的措施，编制了详细的加工工艺流程。2.3 根据钢结构施工进度计划，制定了材料采购、材料检验及劳动力计划，落实机械设备进场计划。2.4 针对本工程施工难度较大，精度要求高、管管相贯拼装焊接量大，对制作、安装人员进行了详细的施工技术交底。3、工厂加工3.1材料检测3.1.1 对进场的原材料检查其质量合格证明书、炉批号、数量、规格等是否符合要求，不符合材料标准的严禁使用。3.1.2 原材料进厂后进行外观检查和尺寸检查，表面无明显锈蚀、麻坑等缺陷，并按照结构用无缝钢管gb/t 8162-1999要求对原材料进行抽检，合格的材料做好材质和工程色标，并摆放整齐。3.2 下料、

6、切割3.2.1根据工程总体部署，主拱桁架和空间桁架主管采用切管机进行下料，腹杆采用六维数控相贯线切割机进行下料。3.2.2 对于桁架腹杆，下料时根据工艺实验所得值放焊接收缩余量1mm，下料后立即对杆件进行检验，特别检查相贯线坡口方向。支管的检验应以首件为样品，检验后，根据图纸对杆件进行编号，以便装配。3.2.3 特别值得注意的是，大跨度管桁架的钢结构工程两管、三管直至多管相贯、多模式相贯的情况较多，就造成杆件数量比较多以及杆件规格的繁多。由于杆件制作是采用数据编程后，利用六维数控相贯线切割机进行杆件相贯线的切割，依据计算机自动生成的形状以及其它一些辅助参数值便可对杆件进行自动切割加工，各种任意

7、形式相贯的支管端头相贯线截面以及主管开孔形状就会自动生成，使生产效率、制作精度得到大幅度提高。同时也对我们的深化设计人员提出了更高的要求，特别是在建立复杂结构的三维模型时，需要设计人员有足够的耐心以及认真、仔细的态度去绘制，否则有可能因为空间线条过多、过于复杂而出现一些错误，使得绘制出的三维模型与图纸要求不符，最终会造成所有杆件的加工错误而造成巨大的损失，这一点应特别注意。3.2.4 本工程杆件共计8000余件，且全部散件发运，在现场进行拼装。为了便于对杆件更好的识别，对杆件的编号和打包也是十分重要的。在施工前和深化深化设计人员对构件的编号进行充分的探讨，如弦杆编号为xg-xx、直腹杆编号为z

8、fgxx、斜腹杆编号为xfgxx等等；每榀桁架的杆件分别打包发运。以上措施的实施给现场拼装带来了很大的便捷。 3.3工厂预拼装由于本工程主拱桁架管径较大，相贯节点复杂，且主拱向内倾斜65°，为保证现场钢结构的顺利拼装，同时检验杆件的加工制作精度，经和驻场监理共同分析确定，对主拱1/8段进行立体预拼装。预拼装主要检查主弦管的弧度及腹杆相贯线切割精度，1/8段预拼装完成后检查，各几何尺寸均满足规范要求，达到了预期目标。3.4 构件的除锈及涂装工艺3.4.1钢结构表面采用抛丸除锈方法。除锈完成后，钢结构表面清洁度及其除锈等级达到gb8923-88标准，sa2.5级，现场补漆，采用电动工具除

9、锈达到st3级。3.4.2当抛丸作业全部完成，涂装工件的表面应有良好的干燥度，锈、焊渣、砂尘、油脂都应清除,并经过检验合格后，开动真空吸砂机，进行表面清理工作，吸丸、吸尘、全面清除钢材表面的灰尘及杂质。3.4.3 涂装全部在涂装车间进行，涂装条件（空气条件、湿度、钢结构表面湿度）应符合设计，涂装采用高压无气喷涂。按照设计要求，在出厂前，所有杆件涂装水性无机富锌底漆两道，每道漆膜厚度为50m，用干漆膜厚度仪进行检测，每遍涂层干漆膜厚度的允许偏差为5m。涂装完成后，构件的标志、标记和编号应清晰完整。3.4.4对杆件在运输过程中及安装过程中损坏的涂装层进行补漆修复，在喷涂最后一道油漆前应对钢结构外表

10、面进行全面清洁处理去灰尘、油污及其它杂质。 4、主拱安装4.1 按照经技术负责人和监理单位审批的本工程脚手架搭设施工方案，在环岛内搭设满堂脚手脚，在脚手架上面做好胎架支撑。4.2 主拱安装的主要顺序：胎架标高、轴线复测主拱下弦管安装下弦水平腹杆安装主拱上弦管安装斜腹杆安装上弦水平腹杆安装主拱间空间桁架下弦管安装下弦水平腹杆安装上弦管安装斜腹杆安装上弦水平腹杆安装4.3 施工测量4.3.1 本工程测量工作主要选用一台dtm-352c型全站仪、一台ds3水准仪和一把50m钢卷尺，所有测量仪器均已经过鉴定。4.3.2 基础复测：在钢结构安装之前，土建单位已施工完基础，为确保钢结构安装质量，

11、进场后首先要求提供体育馆建筑物轴线、标高及其轴线基准点、标高水准点，接测量中交资料后，对两榀主拱四个拱脚支座预埋钢板、十榀屋架二十个滑动支座预埋钢板、b/l轴外预埋钢板进行轴线、标高、预埋件方向进行复测。全站仪在环岛内中心点设站，仪器对中整平后，检查南北、东西控制轴线。照准一边控制线标志，倒转望远镜检查另一边，顺时针转动望远镜90°，检查另一条控制轴线，测角中的误差±9"。把轴线控制线标志投设在不容易破坏的混凝土梁上，并作好明显清晰的标志，以此南北、东西控制轴线作为钢结构安装时的一级控制网。     对主拱预埋钢板中心线进行

12、复查，预埋件轴线允许偏差为±10；对主拱拱脚预埋钢板标高进行复测，标高允许偏差为±5。（如下图）  全站仪在环岛内中心点设站, 仪器对中整平后,把棱镜立在环梁埋件上，按设计半径值(38.2)把点投设在预埋件上，在预埋件上投设三个点，并用钢针打上洋冲眼。在南北轴线上投设两点在看台上并做好标记，全站仪在该点设站，仪器对中整平后，以环岛内中心点定向，转动望远镜90°，按每榀屋架轴线距离投设测点并做好标记。在每个测点设站，把屋架轴线投设在预埋钢板上并做好标记，该轴线与38.2半径弧线交点为埋件的中心点。滑动支座预埋件轴线距离允许偏差±10。4

13、.3.3 安装测量：环岛内脚手架搭设完毕后，要把主要轴线控制点从地面引测到施工平台上，以满足安装需要。用经纬仪采用正倒镜法把东西、南北轴线引测到施工平台上的槽钢上，并用油漆做好清晰标志。为了在安装过程中使用方便，在东西轴线两侧各5投测两条轴线平行线并做好清晰标志。在二级控制点设站，把每榀屋架的轴线投设在施工平台的槽钢上并做好清晰标志。利用高程控制点，采用悬吊钢尺传递高程的方式把高程从控制点传递到施工平台上，并做好相应的标记。安装前用经纬仪和水准仪对轴线和标高再次复核。为确保钢结构安装工程的安装精度和质量，对主拱弦杆必须控制二个方面的精度，平面位置相对精度（轴线）、立面的相对标高精度。根据深化图

14、纸把主拱平面节点标高、横向位移、经向位移根据投设的东西轴线控制线刻在槽钢支撑架上，待把弦管、水平腹杆定位后，再次检查各个节点处的标高方可施焊。为保证屋架安装的精度，吊杆位置确定是十分关键的，用投设在施工平台上的每榀屋架控制线确定吊杆的位置，这样确保屋架吊杆位置和屋架支座在同一控制轴线上。4.4主拱架安装：主桁架上弦管共分11个自然段，下弦管共分13个自然段，主、次桁架均在高空散件拼装。主拱从中间向两端同时开始安装，用全站仪把体育馆中心控制点引测至支架平台上，平做好标记，在支架平台上投出主桁架轴线控制线点，平做好标记用水平仪把基准点标高引测至通视良好，满足仪器假设要求的平整处，并做好标记。在拼装

15、前，首先检查胎具支架定位的标高、桁架经向位置线。从b轴至l轴方向将下弦管吊至胎具支架上并对好定线，对桁架对接处进行微调处理，对组对好的下弦管检查，各几何尺寸符合设计要求后，方可进行焊接工作。同样的方法进行桁架上弦管的拼装工作，待上、下弦杆焊接完毕后，进行桁架腹杆的拼装，腹杆点焊定位后，再次检查桁架的几何尺寸，无误后方可进行焊接。主拱桁架2榀焊接完毕后，安装联系次桁架，次桁架一端与主拱弦管相贯焊接，一断通过与焊接套管焊接于主拱弦管连接。次桁架上、下弦管定位后，即可拼装腹杆。4.5 主拱桁架挠度值观测：设计院通过计算提供的理论下挠最大值为10mm，大多数情况下，结构理论计算挠度值与结构安装后的实际挠度有一定的出入，除了计算模型与实际的情况存在差异，还与杆件的加工精度、安装精度、安装顺序和方法等有着极为密切的联系，一般来说，实际挠度值都比理论计算值大。本工程经充分考虑，主拱最大预起拱为30mm，待主桁架焊接完毕支撑架拆除之前，在每榀主桁架中部设置一观测点，进行第一观测并做好记录