3.大跨度空间管桁架高空组装施工工法（详述）

1、大跨度空间管桁架高空组装施工工法中冶建工集团有限公司徐国友 刘从学 叶太军 邱文波 宋 林1.前言 随着科学技术的发展和社会进步，管桁架结构大量应用于各体育场馆、展厅、机场建设工程等。因其结构稳定性好、刚度大、建筑美学效果好等特点得到广泛应用。钢桁架结构安装采用的较为成熟的技术有：采用大型吊装设备整体吊装技术和高空滑移组装技术。在结合本钢结构工程实施中，因受施工场地、安装高度高、工程成本、环境因素等影响；通过技术方案分析对比，采用了地面分段组装,塔式移动起重机高空组装安装技术，并总结形成工法。本钢结构工程屋面采用大跨度大截面管桁架结构，大跨度大截面屋面三肢双梭形管桁架单榀重量为85吨，最大中心

2、截面高度为7.136m，宽度为5.000m，跨度为96m，两端悬挑各18m，总跨度132m。17榀管桁架安装在两排共34根钢筋砼支承柱上，其安装高度59.098m。 该成果于2009年通过中国冶金科工集团公司组织的科技成果鉴定，其关键技术水平达到国内先进水平。并获得高空大跨度屋面管桁架安装方法发明专利，授权号ZL2009101908658。 在某国际会展中心钢结构工程实施中，采用本工法指导施工，提高了工程质量，节约了工程成本，并取得了较好的经济效益。2.工法特点2.1 结合施工现场的特点采取与常规吊装安装不同的施工工艺，即充分利用现场条件合理布局和设置移动式塔吊设备，采取分段组装和吊装工序，采

3、取设置拼装胎架和高空移动组装台架工序。2.2管桁架地面分段组装对施工进场及场地要求条件低；先进行地面预拼装，更能保证高空施工质量。2.3高空组装单元分段吊装，对起重设备、牵引设备要求低，采用小型塔吊即可，安全性较好，不会对主体结构造成影响；而且只需搭设局部的拼装支架，如建筑物端部有平台可利用，可不搭设脚手架。2.4安装条件好，可充分利用管桁架下部的钢结构平台楼面或地面结构，降低了结构的安装高度，同时不需要大量的脚手架及脚手架搭拆人员，降低了设备及措施材料投入成本。管桁架的组装、吊装和安装同步进行，屋面管桁架安装完的同时，室内钢结构平台也安装完毕,节约安装的工期。3.适用范围3.1本工法适用于工

4、业与民用建筑的各种高空大跨度钢结构桁架工程的吊装，如：大跨度会议中心、展厅等屋面管桁架、大跨度工业厂房钢桁架架、大跨度屋面梁等结构。3.2特别是适用于施工场地狭窄、跨度大、高度高的屋面管桁架及屋面梁钢结构工程。 4.工艺原理4.1地面分段组装和预拼装管桁架4.2高空设置安装平台 在高空组装管桁架处设置左安装平台梁和右安装平台梁，左安装平台梁和右安装平台梁上分别设有相互平行的水平轨道，左侧水平轨道上设有左组装支架，右侧水平轨道上设有右组装支架，左组装支架和右组装支架分别通过底部安装的滚轮可在对应侧的水平轨道上移动；所述水平轨道上设置有可防止左组装支架和右组装支架位移的阻挡器。4.3移动式塔吊高空

5、吊装 采用移动式塔吊吊装管桁架，所述移动式塔吊选用吊装重量为单片管桁架重量的1.31.6倍，移动式塔吊的回转半径跨度的1/2。将左片管桁架的组装端吊放在左组装支架上，另一端吊放在左钢筋混凝土立柱上；右片管桁架的组装端吊放在右组装支架上并与左片管桁架的组装端对应，另一端吊放在右钢筋混凝土立柱上；利用千斤顶来进行矫正，调整两片管桁架之间的上下错位量和拱度值。所述左组装支架和右组装支架的标高根据左钢筋混泥土立柱和右钢筋混泥土立柱的标高确定。4.4高空焊接高空碰头组装焊接；采取先焊接管桁架下弦主管，再对称焊接上弦主管，并采用反变形措施，监控管桁架的下挠度。4.5焊接检验合格后，即可对管桁架落位，从管桁

6、架上松开左组装支架和右组装支架，移动左组装支架和右组装支架到下一轴线安装处；1000吨/米移动式塔吊吊装管桁架段运行到下一轴线安装处进行下一榀的安装。4.6管桁架吊装组装工艺（见示意图）说明：1-混凝土柱 2-混凝土柱 3-左片管桁架 4-右片管桁架 5-左安装平台 6-右安装平台 7-水平轨道 8-左组装支架 9-右组装支架 10-移动式塔吊 11-钢扁担 12-吊绳图4.1 管桁架吊装示意图5. 施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程图地面分段组装预拼装设置高空安装平台组装移动式塔吊设备设备前期准备管桁架吊装管桁架高空组装高空精确定位及焊接高空落位质量检测结构验收 图5.1-1施工工艺流

7、程图5.2前期准备5.2.1技术方案论证通过常规的吊装方法，即采用两台300吨以上的履带吊进行双机抬吊，高空进行组装合拢焊接；采用特大型履带吊进行整体吊装，但需要足够的组装场地，在24m的区间内采用大型履带吊施工较困难（跨度大、高度高、重量重），并且大跨度的管桁架的加固措施较多。同样若采用高空滑移施工方法，对管桁架支承列柱加设埋件，产生施工附加力；对耳房框架柱加设埋件，也要产生施工附加力；其高空滑移措施支承桁架安装、拆卸十分困难，施工周期长，吊车无法覆盖，并且管桁架高空组装和安装量较大。传统吊装方法已经无法满足高空大跨度管桁架的安装要求，因此就必须借助移动式塔吊来完成。5.2.2管桁架分段 管

8、桁架是支承在混凝土列柱上，以管桁架中点以及两侧支承点为参考点；根据TQ1000/60型塔吊的平面位置及额定起重量，是管桁架进行高空分段组装的重要依据；按照管桁架的设计分段示意图，将S1、S3、S5和S2、S4、S6合为两大段，S7和S8为两小段，整合为两大段和两小段进行分段吊装，其中两个高空组装大段能满足塔吊起重量的要求，两个安装小段采用150吨履带吊进行跨外安装就位。 图5.2-1 管桁架的设计分段示意图5.2.3标高控制点的设置 沿管桁架纵向设置个5监测点，确定相应的标高位置。在管桁架的吊装、焊接过程中起控制作用。标高控制点1、5为混凝土立柱与管桁架接触点，标高控制点2、4为组装支架与管桁

9、架相接触的点，标高控制点3为管桁架中点及高空组装合拢点。图5.2-2 管桁架标高控制点示意图 图5.2-3 管桁架测点标高详图5.3地面分段组装预拼装为了确保管桁架的高空组装质量，高空组装的管桁架在地面进行预拼装，分段组装时，将管桁架的设计分段S1和S2相连接段在地面组装支架上预拼装，设置好管桁架的上、下主弦管高空合拢的位置，然后拆开分别进行S1、S3、S5、S7和S2、S4、S6、S8的组装，将S1、S3、S5和S2、S4、S6整合为两大段，S7和S8为两小段进行吊装。 图5.3-1 地面预拼装断面示意图 图5.3-2 弦杆支承节点详图5.4组装移动式塔吊设备根据施工现场条件和待吊装管桁架的

10、分段和重量，参考塔吊的工作幅度、起升高度、起重量和力矩，满足塔吊吊装的覆盖面和施工经济合理性要求对塔吊进行选型，并依据建筑机械使用安全技术规程JGJ33-2001对塔吊进行调试，移动式塔吊的正确选择关系到施工的安全和经济效益。 本实施例中，移动式塔吊选用吊重量为单片管桁架重量的1.31.6倍，移动式塔吊的回转半径跨度的1/2。按照本工法管桁架分段方法，中间段最大长度约为53米，重量为38吨。TQ1000/60型塔吊的吊装半径为24米时，能满足塔吊起重量的要求，将塔吊范围外的两组装段作为独立的安装段，实现塔吊经济合理的利益。5.5设置高空安装平台5.5.1根据现场的施工条件，支承结构特征及起重机

11、械性能等因素，在高空组装管桁架处的左边和右边安装平台梁进行吊装，在左边平台梁和右边平台梁上分别设有相互平行的水平轨道，左侧水平轨道上设有左组装支架，右侧水平轨道上设有右组装支架，左组装支架和右组装支架分别通过底部安装的滚轮可在对应侧的水平轨道上移动；所述水平轨道上设置有可防止左组装支架和右组装支架位移的阻挡器。 整个组装的钢支架采用钢管，支架移动轨道采用钢轨铺设，组装支架平台上设置有千斤顶，通过千斤顶调节管桁架的标高位置，通过支架上方的3个主弦杆支承节点可固定管桁架的空间位置，防止倒三角形管桁架的倾覆。图5.5-1 组装钢支架详图5.5.2根据设计图纸进行选材、制作、安装，试运行、验收和维护等

12、技术环节要严格把关，组装支架必须验算承载力和稳定性，以确保其强度和稳定性。高空组对平台的设置及基本构造要严格按技术标准和安全规程设置组装台架，是保证拼装精度，减少积累误差，防止钢管桁架的下挠，保证设计预起拱，是实现安全生产的重要技术措施。5.6管桁架的吊装5.6.1管桁架吊装前必须完成的工作在关键准备工作完成以后，需要对各项工作进行检查，检查内容如下：（1）管桁架经地面组装检验达到要求，检测跨度的实际误差数据，安装时合理调整偏移值。（2）完成吊装措施的制作安装，经检查达到要求，对吊装使用的塔吊，运行轨道，进行全面的检查和调整，达到使用性能要求,重点检查塔吊的提升、变幅、旋转及行走系统的电控和机

13、械传动运行、制动系统。对塔吊行走轨道、进行高差调整和固定。（3）检查高空安装平台的运行情况，检查其平台梁、支架、滚轮等构件的标高是否满足设计，监控检查安装支架的结构稳定性。（4）检查处理吊装作业区域和空间可能存在障碍物。通过特殊吊装位置,要求事先作上明确标示，以便检查处理。（5）管桁架的球形支座安装采用预埋螺栓与球形支座整体连接安装，再浇灌环氧树脂砂浆的方法。5.6.2管桁架的吊装分段根据图5.2-1所示管桁架地面组装段所示，将S1、S3、S5合为中间段1，S2、S4、S6合为中间段2，S7为边跨段1，S8为边跨段2，整合为两大段和两小段进行吊装，将中间两大段采用TQ1000/60型塔吊吊装，

14、塔吊吊装范围外的两小段，可利用履带吊进行跨外安装就位。图5.6-1 管桁架吊装分段示意图5.6.3管桁架的试吊（1）对一榀管桁架的两大段管桁架分先后试吊，实测确定管桁架1/2段长的重心位置，确定管桁架的最佳吊点，采用钢扁担和8根32的钢丝绳连接吊点。（2）采用两个手拉葫芦调整左片管桁架的斜度和安装位置角度，然后移动塔吊缓慢起升，检查左片管桁架是否平衡及变形情况；按照管桁架就位高度及需留空位，控制吊车的回转半径，确定主构提升高度，避免主臂在重载时变幅。（3）管桁架经塔吊起吊行走一定距离后才能到安装轴线位置，在塔吊行走时，管桁架处于较低位置，即在钢结构安装平台上保持一定空位为好，塔吊行走时控制好吊

15、件平移、摆动及安装就位需要的溜绳。（4）待构件运至安装位置，以管桁架支座为基准，将其支座与柱顶球形支座对准轴、列线；安装支架内侧支撑管桁架上弦的排架，并将调整到安装标高。（5）塔吊吊绳缓慢放松，使管桁架上下弦准确落位到钢组装支架上的支承节点上，在其吊绳不受力时停止松绳，检查所有支架的刚度和稳定性情况，在确定满足要求之后，对该段管桁架上下弦通过支承节点盖帽进行固定，以确保安全。图5.6-2管桁架吊装前高空支架吊装示意图图5.6-3管桁架吊装中高空支架吊装示意图图5.6-4管桁架吊装后高空支架吊装示意图按此方法继续吊装右片管桁架，确定两段管桁架之间距离，用组装支架的顶盒来调整两大段管桁架之间的上下

16、错边量和拱度值，对管桁架进行定位焊接。5.7管桁架高空组装待左右片管桁架吊装就位后，使用经纬仪和水准仪对整榀管桁架的标高位置、结构变形、拱度值及对接精度进行严格监控，形成数据后与设计给定的坐标数据进行对比，通过钢组装支架上的千斤顶对管桁架的标高等进行调整，满足要求后，对管桁架进行正式焊接。5.8高空精确定位焊接 在高空组装焊接过程中，由于管桁架自身的结构特征，不适用自动焊或半自动焊接，因此对焊接人员的要求特别高。针对管桁架高空对接和相贯线节点焊接操作难度大，但是焊接量少的特点，钢管对接选择单面的V型坡口，采用合理的焊接规范，有利防止了焊缝冷裂纹的产生。采用先焊接管桁架下弦主管，再对称焊接上弦主

17、管的焊接顺序，两大段中间组装是在用临时组对平台上进行组装，因此测量观察既要观测中间组对点，又要检测组对平台上的调整装置的标高及位移。制定反变形措施，监控管桁架下挠度及管桁架垂直度发现有变化应即时纠偏，调整标高和下挠度是在组装台支架上进行；高空施工，当风速达到15m/s时，所有工作均须停止。5.9管桁架落位 管桁架合拢焊接完毕后，遵循“变形协调,卸载均衡”的原则，采用分区、分阶段按比例下降或用每步不大于10mm的等步下降法拆除支撑点(临时支座)，对管桁架进行落位，使钢管桁架由临时支承状态平稳过渡到设计永久支座上。5.10质量检测施工过程中制定合理的焊接工艺，焊接顺序，有效防止了焊接变形，选择单面

18、的V型坡口，采用焊接热规范，有利防止了焊缝冷裂纹的产生，确保了工程质量；其管桁架制作安装焊缝，符合I级焊缝标准，一次探伤合格率达到98%。管桁架的组装与安装质量符合现行国家标准，GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范，14项分项工程100%合格，108项检验批100%合格，实现了预期质量效果。 根据有关规定，计划、实施、检查、调整的步骤逐一落实到位，项目的实施采取了理论计算、分析、现场资料收集、现场监测试吊等，使管桁架屋盖的施工质量得到保证。5.11结构验收 管桁架构件加工参照钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001）、屋面工程质量验收规范（GB50207-2002）有

19、关规定执行。施工现场的标高检测参照工程测量规范（GB50026-93）有关规定。根据有关规定，计划、实施、检查、调整的步骤逐一落实到位，项目的实施采取了理论计算、分析、现场资料收集、现场监测试吊等，使管桁架屋盖的施工质量得到保证。 某会展中心钢结构工程，2006年荣获中国建筑金属结构协会“钢结构金奖”，2005年8月荣获中国工程建设焊接协会“优质焊接工程一等奖”，取得良好的社会效益。本工程在2005年度还荣获重庆市“三峡杯”优质结构工程奖，极大地提升了企业的知名度。6.材料与设备6.1材料：工程材料为无缝钢管，符合设计和规范的要求。6.2设备：TQ1000/60型塔吊 焊接设备和测量仪器序号机

20、械或设备名称型号规格数量产地生产能力160吨塔吊TQ1000/601中国60t2履带吊CC10002日本150t3汽车吊TG-900E1日本90t4数控相贯线切割机6301中国5电动切管机中型2中国6电动坡口机ISY-315，-6304中国7重力弯管机6301中国8拖车20t2中国20t9直流焊机500A15中国10电子全站仪122N22日本11普通经纬仪J23中国12水准仪DS31台，S24台5中国13红外线测距仪1中国7.质量控制7.1管桁架的组装分段数量控制根据现场施工条件及管桁架的支承条件，结合塔吊的工作特性，对管桁架进行合理的分段。主要参考管桁架的1/2跨度塔吊的回转半径，移动式塔吊

21、选用吊装重量为单片管桁架重量的1.31.6倍。7.2管桁架吊装质量控制 吊装前必须严格检查安装支架的稳定性，实测确定吊装管桁架1/2段长的重心位；按管桁架就高位高度及需留空位，控制好回转半径，确定好主钩提升高度，按吊装要求，塔吊主臂高度应达到方案要求的高度，避免主臂在重载时变幅。先对桁架进行试吊，试吊成功后，方对管桁架进行正式吊装。7.3管桁架在高空安装位置的标高控制措施管桁架施工质量控制的关键是管桁架吊装、高空组装、焊接变形校正等施工过程中的标高控制。在管桁架上设置5个标高控制点，采用两台全站仪对施工过程中的管桁架的质量控制点的标高进行监测，实际监测数据与设计给定的数据进行对比，并通过高空安

22、装平台措施支架进行校正，使管桁架的起拱度达到设计要求。解除高空组对平台对管桁架的约束，管桁架在高空组对完毕后，管桁架的安装允许偏差和检验方法符合钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2001的有关规定。7.4组装支架在安装平台梁上的水平轨道上移动，设置有可防止左组装支架和右组装支架位移的阻挡器。7.5管桁架在高空组装焊接过程中变形控制和测量监控 在高空组装焊接过程中，除了通过标高检测和组装平台支架调整来控制和调整焊接变形之外，本工法还采用了合理的焊接顺序，即采取先焊接管桁架下弦主管，再对称焊接上弦主管，并采用反变形措施，监控管桁架的下挠度。7.6管桁架落位质量控制因为施工阶段的受力状态与结

23、构的最终受力状态完全不一致，拆除临时支座实际就是荷载转移过程，本工法遵循”变形协调,卸载均衡”的原则.通过施工验算，制定多种工况下的技术措施，将通过放置在支架上的可调节点支承装置(柱帽、千斤顶),多次循环微量下降来实现”荷载平衡转移,卸载的顺序由两柱内侧向柱顶中心对称进行。在卸载过程中，必须严格控制循环卸载时的每一级高程控制精度,设置测量控制点，在卸载全过程进行监测,并与计算结果对照,实行信息化施工管理。保证管桁架结构局部和临时支撑的稳定性。 对不少杆件可能超载的情况应事先采取措施，局部加强或根据计算可事先换加强杆件。为防止个别支撑点集中受力，宜根据各支撑点的结构自重挠度值，采用分区、分阶段按

24、比例下降或用每步不大于10mm的等步下降法拆除支撑点(临时支座)。8.安全措施8.1 地面组装安全措施（1）施工人员都佩戴好安全帽，地面组装胎架搭设过程中做好安全措施，每个胎架用角钢设置支撑，每个架子设置4个方向上的斜向支撑，确保胎架的稳定性，防止倾倒。（2）各工种进行上下立体交叉作业时，在同一垂直方向上操作作业时，上下层间采取交叉隔离。8.2高空吊装安全措施（1）起重吊装施工机械按照施工总平面图规定的位置线路设置，不侵占场内道路。施工机械进场安装后经过安全检查，合格后使用。起重符合GB606785起重机械安全规程规定，安全限位装置齐全有效。超限吊装设备应制定了切实可行的吊装方法和技术措施，保

25、证吊装安全。（2）各类施工、加工机具自身的安全保护装置齐全有效（3）起重吊装设专人指挥，指挥工具、信号统一。8.3高空组装安全措施（1）安装平台上方设置钢丝绳作为安全索，位置控制在上下弦中间，供施工人员组对焊接腹杆时使用，施工人员上高处施工必须系好安全带，并扣在母索上。（2）上弦铺设移动木板（50mm厚），作为腹杆安装时施工人员的作业平台。使用时用铁丝将木板与上弦管捆紧固定。（3）腹杆安装固定后，相邻2根腹杆间焊接100的角钢 ，左右两侧基本保持同一高度，上铺木板（50mm厚），用麻绳将木板与角钢捆紧固定，作为施工人员焊接腹杆的作业平台。（4）在3m及4m以上的施工场地内设置安全网。定期检查安

26、全带，发现破损立即更换。8.4高空焊接安全措施（1）高空焊接人员配备专业的焊接防护服、防护鞋、防护手套、防护面罩及安全帽。（2）高空焊接电焊机一、二次应用接线并加罩防护，二次线应用线板、线鼻子接牢，露天存放应有良好的防雨、防潮设施。合理安放气割用气体，防止高空焊接火花溅落引起火灾。（3）作业人员高空使用工具时，为防滑落，应用绳子将工具系牢，牢挂在固定构件或人体上。（4）油漆喷涂时，在桁架上设置钢丝绳作为母索，工作人员将安全带扣到母索上。9.环保措施9.1 在工程施工过程中，严格遵守国家和地方下达的有关环保法律法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、生产生活垃圾的控制管理，遵守防火及废弃物处理的规章制度。9.2文明施工管理及环保管理措施（1）工程开工前，根据现场条件和工程特点合理规划现场用地，合理布置各临建、临设位置。同时，根据不同阶段施工特点对现场材料堆放等进行修改。 （2）现场内的材料堆场采用瓦楞铁分隔，如模板堆场、钢筋堆场，材料堆放除符合安全要求外，应达到整齐、规范的要求。 （3）在出场大门处设置车辆清洗冲刷地，车辆经清洗后出场，严防车辆携带泥沙出场造成道路的污染。（4）施工场地内的垃圾采用及时收集，清运至指定堆放场，施工现场设立半封闭式的废弃物分类存放地，对有可能造成第二次污染的废弃物必须单独贮存、设置安全防范措施且有醒目标识。建筑结构内的施工垃圾清运，采用