大跨度H型钢桁架结构制作和安装施工工法

大跨度空间H型钢桁架结构

制作和安装施工工法

1前言

i.i汕头大学新体育馆工程位于广东省汕头市金平区汕头大学

校园内，总建筑面积53643布，建筑高度23.2m。屋盖主结构为8根

大跨度H型钢桁架，H型钢桁架最大跨度为56m,最大拱高6.948m。

图1：效果图

1.2本工程主材均采用Q345B材质，每根主桁架下口均设有较支座。

主桁架上弦杆H型钢规格为H400*400*18*22,H400*400*18*25,

11400*350*16*20。下弦杆H型钢规格主要为11400*350*16*25,

H400*350*16*20。腹杆H型钢规格主要为11250*250*8*14,11300*300*10*16。

M型钢桁架总重约为2100吨。

图2：H型钢主桁架立面示意图

体育馆主桁架构件信息表表1

序号名称重量t长度mm拱高nm两端高度mm

1ZHJ-130.45232641002217

2ZHJ-241.26592456002537

3ZHJ-340.65600065003540

4ZHJ-438.25600069483666

5ZHJ-538.25600069483666

6ZHJ-640.65600065003540

7ZHJ-741.26592456002537

8ZHJ-830.45232641002217

1.3体育馆屋面为三个层面弧形过度，中间弧形屋面东西贯通,

外围两侧的弧形屋面与中间弧形屋面在东西两端融为一体，屋面最大

高差约2m,外围两侧弧形屋面最大宽度约11.5mo

1.4汕头大学新体育馆工程钢结构于2014年6月开始施工，9

月18日安装完成。

1.5通过该工程应用，编写了《大跨度空间H型钢桁架结构制

作和安装施工工法》。

1.6通过本工程在技术上进行的研究、探索和总结，多项专利

已经申报。

2工法特点

2.1II型钢构件的制作、弯曲、坡口的加工全部在工厂进行，

既保证构件加工精度又解决了构件运输的难题，节约成本。

2.2现场拼装设拼装平台，构件在拼装平台上进行拼装。构件

在地面整体组装焊接完成，拆分成若干吊装单元，分单元吊装，最大

限度避免H型钢桁架结构在空间作业过程中资源的投入，保证对接接

口的吻合，有效降低施工成本。

2.3H型钢桁架下口设置临时组合支撑胎架，临时组合支撑胎

架一次布置完成，施工完毕后整体卸载，安装方法简单，结构合理、

技术先进、安全可靠、实用性和可操作性强。

3适用范围

本工法适用曲面H型钢桁架、平面H型钢桁架、大跨度H型钢桁

架、空间II型钢桁架等各类H型钢桁架结构的制作和安装施工。

4工艺原理

4.1H型钢桁架结构的杆件制作、弯曲加工，坡口切割，防腐

底漆和中间漆全部在工厂加工，运输至现场。H型钢桁架结构现场整

体放样，设置拼装平台，H型钢桁架结构构件在拼装平台上整体拼装

(2)复核的内容包括构件外形、几何尺寸，焊接外观质量、工

艺要求、坡口、支库预埋件定位尺寸、埋件轴线和标高、平整度进行

测量，满足安装要求。

5.2.2施工准备

(1)拼装前，施工瓶装平台基础硬化，拼装平台所使用的材料、

机械设备、工具器具准备齐全。

(2)吊装机械拼装和吊装行走道路满足要求。

5.2.3拼装平台定位、固定

(1)建立平面坐标系，对主桁架节点坐标进行转换，用全站仪

测定主弦杆及H型钢桁架节点处在地面上的水平投影位置，H型钢主

桁架节点交点、弦杆中心线等作为控制点在地面设固定标示，并对原

始控制点和控制线的位置进行复核。

在主桁架节点相交处恻面附近1m处定位、加工制作拼装平台，拼装

平台设置位置应避开桁架节点位置，满足焊工的施焊空间。

(1)拼装平台采用H型钢地梁，如标高不满足施焊要求可设立

柱，拼装平台间距2.5m左右，对基础条件较好的部位可以制作预埋

件，把立柱直接焊接在预埋件上。

图4：主桁架现场拼装图

（2）在拼装平台横梁上放出上下弦杆端面定位线、中心线及分

段长度位置线，作为H型钢桁架拼装验收的依据。

（3）单桶主桁架拼装焊接完毕后，可在其上铺设H型钢梁，调

整拼装平面标高，进行另一根桁架的拼装和焊接。

（4）拼装平台之间设置支撑保证拼装平台结构的整体稳定性。

（5）拼装过程中对拼装平台随时进行测量，防止拼装过程中拼

装平台受外力作用发生位移，从而影响安装精度。

5.2.4H型钢桁架拼装、组装

先拼后焊，整体拼装完成，尺寸检查验收后开始焊接。先

（1）拼装H型钢桁架主弦杆，再拼装H型钢桁架腹杆。先焊接

主弦杆，再焊接腹杆。

（2）为减小焊接应力，控制焊接变形，主弦杆和腹杆的焊接从

桁架中间往两侧开始焊接。

（3）为保证对接接口对接质量，工厂制作时在接口位置设置H

型钢杆件对接接口调节装置，使用螺栓夹板进行对接固定，通过千斤

顶和铁楔调节H型钢对接接口参数，拧紧螺栓后进行焊接作业，控制

焊接变形。节点形式如下图所示：

图5：H型钢桁架构件对接口调节节点示意图

5.2.5临时组合支撑胎架定位、安装和固定

（1）为了避免单根桁架单重及外形尺寸较大，吊装时容易造成

结构构件塑性变形，同时满足选用吊装设备经济性的要求，主桁架分

成三段，分段拼装，分段吊装。

匡6：临时组合支撑胎架设置图

（2）临时组合胎架的现场组装成标准节，采用镀锌螺栓连接，

安装完成后测量临时组合支撑胎架的垂直度及二口标高，并在每个角

设一层钢丝绳校正收紧，钢丝绳与地面连接处设置地锚，连接牢固，

并用紧线器和地锚连接。

（3）临时组合支撑胎架顶部设置可调式桁架搁置支撑点，可以

对支撑搁置点标高尺寸在一定范围内进行调节。

（4）钢支架内部设钢爬梯，方便施工人员从钢支架上安全的山

下通行。

（5）通过调整临时组合支撑胎架基础钢支架的高度尺寸来进行

调节临时组合支撑胎架的支撑高度。

图7：临时组合支撑胎架基础支架图

5.2.6H型钢桁架结构安装准备

（1）主桁架整体拼装、组装和焊接完成后，拆分成吊装单元,

把构件从拼装平台里吊离，倒运至吊装位置。

（2）使用临时组合钢支架四个角上设置的钢丝绳，校正钢支架

空间位置，并收紧。使用其顶端的标高调节装置，把支撑点的标高调

节到设计标高位置。

（3）为满足在H型钢桁架上行走操作的要求，在H型钢桁架上

设置生命线，操作人员高空作业时安全带扣在生命线上作业，确保安

全。

5.2.7H型钢桁架结构安装

（1）构件吊点的设置、分段位置、结构吊装顺序等等施工过程

应进行施工验算，按施工方案进行施工。

（2）计算单元吊装构件的重心，并计吊装算钢丝绳长度，采用

两吊点起吊。

（3）H型钢桁架两端分别系好两根缆风维，保证吊装过程中构

件受控。

（4）起吊前在桁架上下弦之间设置简易钢爬梯，方便操作人员

由桁架下弦杆爬到上弦杆进行操作。

（5）高空对接节点部位挂设吊篮，待吊装就位后，操作人员进

入吊篮进行高空连接作业。

图8：H型钢桁架吊装作业图1

图9：H型钢桁架吊装作业图2

（6）主桁架从一端按顺序往另一端开始安装。主桁架结构构件

吊装就位校正尺寸后，另一台吊车随即安装与之相邻主桁架结构之间

的联系杆件，连接牢固后主桁架结构构件方可摘钩，确保结构的稳定

性。

图10：H型钢桁架间联系杆吊装作业

图11：屋面主桁架结构现场图

5.2.8钢结构卸载作业

（1）为了保证卸载时相邻支撑胎架的受力不会产生过大的变化,

同时保证结构体系的杆件内力不超出规定的容许应力，避免支撑胎架

内力或结构体系的杆件内力过大而出现破坏现象，保证结构体系可

靠、稳步形成，卸载必须遵循以下原则：

①、以结构计算分析为依据；

②、以结构安全为宗旨；

③、以变形协调为核心；

④、以实时监控为手段；

（2）卸载方法，卸载顺序，卸载分区分级，卸载过程应力变形

监测等应进行卸载计算并编制卸载方案，严格按照卸载方案实施。

（3）卸载前，对各工序的卸载人员进行必要的岗位培训和卸载

演练，并对其进行书面技术、质量、安全交底，预防发生安全和质量

事故。

（4）卸载信息传递应及时准确，并有备用信息传递系统。

（5）卸载由专人指挥作业，保证卸载的同步，一次哨令，只进

行一次行程的卸载，应力变形检测数据收集汇总分析，满足要求后方

可进行下一级卸载作业。

（6）支撑胎架上口设置卸载装置，卸载作业时，通过可调节千

斤顶装置达到卸载的目的。

1500

图12：临时组合支撑胎架卸载节点示意图

（6）汕头大学新体育馆工程采用单根同步依次卸载的方法，经

计算整个卸载过程中，最大位移发生在第五根桁架卸载时，最大位移

值为23.5mmo

H13：结构卸载模拟分析图

6材料与设备

6.1材料

本工法所需材料为H型钢桁架结构所使用的材料，包括所需的各

种规格型钢散件、拼装平台材料、支座、临时组合支撑胎架等。

6.2设备

木工法所需要设备见表1

设备表表2

序号设备名称型号数量备注

1汽车吊2台根据实际情况选择

2拼装平台若干

3临时组合支撑胎架若干

4C02气体保护焊机NB-50025台

5碳弧气刨ZX5-6302台返修

6角向砂轮机中1257台

7气割设备5套

8防风布300m,焊接挡风

9安全网3000m2

10撬棍10支

11超声波探伤仪1台焊缝探伤

12经纬仪DJJ2-21台

13水准仪DNS3-11台

14全站仪1台

15钢卷尺20把

16线锤5只测量

17水平尺4把测量

18直尺2把

19角尺10把测量

20墨斗5只测量

21记号笔若干

22高音喇叭2台

23对讲机18台

24手拉葫芦40只

25千斤顶5026个

26吊装钢丝绳800米

27缆风绳4)141000米

28索具卸扣120只

29安全带60条

30爬梯10m若干

31吊篮若干

32活动扳手10把

7质量控制

7.1施工执行质量标准

7.1.1《钢结构工程施工规范》(GB50755-2012)；

7.1.2《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001；

7.1.3《建筑施工高处作业安全技术规范》JGJ80-1991

7.1.4《建筑钢结构焊接技术规程》(JGJ81-2001)执行；

7.1.5《建筑结构荷载规范》GB50009-2001

7.1.6《钢结构设计规范》GB50017-2003

7.2执行的其它标准

本工程中现行国家规范及标准未明确的，检测项目及允许偏差执

行下列标准见表2。

检测项目及允许偏差

表3

序号检测项目允许偏差备注

-H/1000<e^H/1000

1建筑总高度偏差

-30WeW30

2本建筑定位偏差e^L/20000±3

3桁架跨中垂直度H/250eW10.0

4桁架侧向弯曲H/1000eWlO

节点处杆件轴线

54.0

错位

L/200

6拱度

(L为桁架长度)

7接口截面错位2.0

8杆件长L±2.0mm

9杆件轴线平直度L/1000,且5mm

10支座中心偏移L/3000,且30mm

11相邻支座局差LI/400,且15mm

12容许挠度值L2/500,L2为跨度

8安全措施

8.1施工现场严格执行《建筑施工安全检查标准》(JGJ59-99)、

《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)、《施工

现场临时用电安全技术规范》(JGJ46-2005)o

8.2各项验收完成后，方可进行吊装；试吊，试吊一般离地高

2()()-3()Omm之间，对构件吊装过程中的安全性进行计算，并采取相应

措施，保证构件吊装过程中的安全。

8.3构件当天吊装，当天就位，同一构件吊装过程应连续完成,

避免构件吊装滞空时间过长，吊装就位后应立即进