大跨度钢结构重型桁架施工技术探析.pdf

3792023年5月工程技术与应用江西建材大跨度钢结构重型架施工技术探析辛岳飞太原国投晋源房地产开发有限公司，山西太原030025摘要：文中结合山西太原国投体育运动中心施工实践，深入探析了大跨度钢结构重型桁架施工技术的工艺流程及技术特点，并就该技术的社会经济效益进行分析，以期为大跨度钢结构精品化施工提供一定参考。关键词：大型体育馆建筑；大跨度；重型桁架；施工技术中图分类号：TU741文献标识码：B文章编号：10 0 6-2 8 90（2 0 2 3）0 5-0 3 7 9-0 3Analysis on Construction Technology of Heavy-dutyTruss of Long-span Steel StructureXin YuefeiTaiyuan State Investment Jinyuan Real Estate Development Co.Ltd.,Taiyuan,Shanxi 030025Abstract:Combined with the construction practice of Sports Center of State Investment Corporation in Taiyuan,Shanxi Province,thetechnical process and technical characteristics of large-span steel structure heavy truss construction technology are introduced in detail.Theconstruction technology of heavy-duty steel truss with long span structure is discussed deeply,and the social and economic benefits of thetechnology are analyzed.In order to provide a certain reference for the quality construction of long span steel structure.Key words:Large stadium construction;Large span;Heavy trusses;Construction technology0引言随着我国经济的快速发展，房屋建筑规模越来越大，这也对房屋建筑的结构型式及安全可靠性要求更高，使钢结构工程向轻量化、大跨度的方向发展 1-2 。因此，精细分析该技术的施工流程及技术控制要点是保证大跨度房屋建筑安全美观的重要前提。钢结构具有高强度、轻量化、抗震抗噪效果明显等特点-适用于大跨度、大空间房屋结构，现已广泛应用于体育馆、活动中心、图书馆、航站楼、火车站等大空间建筑。随着国家对体育、文化等软实力的重视，大空间建筑将会愈来愈多，大跨度房屋建筑结构将成为未来建筑行业的发展趋势 5。大跨度钢结构具有设计难度大、施工技术要求高的特点。目前，该技术相关的施工操作基本技术与流程已被建筑从业人员所掌握，但各方面的技术细节尚需严格把控，精细化的施工技术仍需进一步完善，全面系统的施工流程及关键技术要点呕需总结。在此背景下，本文详细介绍大跨度钢结构重型桁架施工技术的施工流程、关键技术要点及相应的解决措施，为进一步改善大跨度钢结构施工技术，实现高质量大跨度工程施工奠定基础，以期达到提升工程建设质量、提高大空间房屋建筑安全性及美观性的目的。1工程概况国投体育运动中心位于太原市万柏林区新义街11号，南侧紧邻新义街与万科蓝山南区隔街相望，规划总用地面积为15514.69m，总建筑面积为3 12 4 7.95m。地面为篮球馆、羽毛球馆、游泳馆、健身馆、配套办公用房、附属服务用房等，地下一层作者简介：辛岳飞（198 6-），男，内蒙古巴彦尔人，本科，工程师，主要研究方向为工程技术。为地下车库、非机动车库（禁停电动自行车），地上建筑的电梯厅、设备用房等。其桁架立面结构如图1所示。23.2519.3815.4811.587.683.780.70.0.00-1.70-5.80l图1大跨度架立面结构示意图/m2大跨度钢结施工流程大跨度钢结构重型桁架施工流程主要包括：施工前准备工作、钢结构桁架工厂加工以及钢结构现场施工安装。其中，施工前准备工作包括对施工图纸进行精细化研究，召集各相关单位进行技术细节沟通和技术交底；钢结构桁架工厂加工包括材料质量验收、桁架拼接、构件后处理等；钢结构现场施工安装包括桁架现场拼装、吊装处理、屋面安装及质量检测等。具体的施工流程如图2 所示。加工工艺计划准备工作施工技术交底材料准桁架梁钢结构桁架梁现场拼装构件处现场吊装施工现场安装现场安装质量检测图2施工流程图3802023年5月工程技术与应用江西建材3大跨度钢结构重型桁架施工技术3.1施工准备施工准备工作主要包括钢构件加工工艺以及施工技术的交底工作，需对设计图纸进行仔细研究，加强各方的技术交流。召集各相关单位对钢构件图纸进行会审及技术交底，明确施工过程的重点和难点，制定全面细化的构件加工计划。3.2钢结构桁架构件加工钢结构桁架构件工厂加工过程主要包括原材料质量检测、原材料切割、钢结构桁架梁的焊接、钢结构构件后期处理以及运输至现场的过程。3.2.1原材料质量检测加工厂技术人员必须严格检查原材料数量及性能指标等，并抽样测试原材料性能，材料性能验收符合相关标准或规范后，才能进行入库堆放处理，3.2.2材料的切割该环节的基本原则是保证钢管长度并减少应力集中现象的发生。分割点必须错开上、下弦杆接口，分割点与上、下弦杆接口间隔1 2 根腹杆间距，每段放焊接收缩量为2 5mm，对于桁架腹杆等杆件，放焊接收缩余量为1mm。完成切割下料后，需立即对构件进行检验验收，如果发现钢管出现不平直或者局部凹陷等情况，应及时对钢管进行矫正；如果长度未达到要求，需重新进行切割下料。3.2.3钢结构桁架的预拼装焊接拼装前，需严格落实操作人员的相关资质以及焊接材料的质量合格证书。施焊前，技术人员应对所焊的构件进行表面除锈处理，清理焊区周边3 0 50 mm范围内的铁锈、毛刺、油污，减少焊接质量的外界影响因素。在影响焊接质量的缺陷处理完毕后，技术人员需严格按照焊接工艺标准进行施焊，如果发现焊缝出现裂纹，焊工必须立即上报技术负责人，查明原因后，方可进行下一步修补。钢架构件长度通常比较大，对拼装精度要求高。为确保现场组拼的精度，需在混凝土地面设置拼装胎架，完成钢结构桁架梁的预拼装，拼装胎架剖面如图3 所示。在加工工厂中，钢结构预拼的顺序应严格按照事先确定的方案进行，腹杆与腹杆、腹杆与上下弦杆相贯切口重叠，按照由主到次的安装顺序，减小因焊接应力造成钢管变形的风险。腹杆的安装顺序为：由中间向两端扩展，先进行点焊后统一进行腹杆的焊接。工作人员焊接完成后，需及时清理掉焊渣，保证所有焊缝的质量达到规范要求。上弦杆斜腹杆5050角钢上弦杆腹杆12080方管 2 0 0 0图3拼装胎架剖面示意图/mm3.2.4构件后处理除锈前，需对构件边缘进行半径R3mm的圆弧处理，圆弧处理完成并验收合格后，技术人员才能进行相关的喷砂工作。技术人员采用喷丸除锈的方法时，应保证钢构件表面具有良好的干燥度。钢构件表面除锈工作完成后，利用真空吸砂机对钢构件表面进行清理，最后对构件进行两遍防锈底漆处理。3.2.5钢结构构件运输运输过程中，所有的构件必须注意打包质量，以成品形式发运到现场。发运前，需在构件下部垫上垫木，并用钢框架进行固定，再捆扎打包，避免运输过程中钢结构构件质量受到损坏。3.2.6钢结构现场拼装技术钢结构现场施工安装过程包括桁架现场拼装、吊装处理、屋面安装及质量检测。（1）现场安装流程包括轴线复测、钢立柱以及水平支撑的安装、钢结构桁架的吊装、钢立柱与桁架梁之间及水平系杆的焊接、屋面条及系统的安装。利用钢丝绳不断调整钢柱的垂直度，并通过相互垂直的经纬仪进行校准，待确定好位置后，采用C50等级混凝土进行灌浆固定。（2）吊装位置的选择。吊点应具有一定强度和刚度，选择靠近箱型桁架加劲内衬板位置，避免吊装构件过程中导致结构出现变形。若需采用多机抬吊，可能由于吊机的不完全同步而产生冲击力，因此，吊点强度必须足够高，防止出现安全事故。（3）钢结构桁架屋面现场安装前，在钢平台上标出控制轴线，支撑架连接如图4 所示。在固定钢平台的圆环与钢梁连接处上面均匀放置千斤顶，保证钢板平台受力均匀。焊工在钢板平台上面进行定位钢板的焊接，用以控制圆环轴线的位置，防止施工过程中轴线发生偏移。钢架上、下圆环中心必须在同一垂直线上，将钢板平台设置在脚手架上，并在钢板平台上放置千斤顶。将单件钢架一端与主桁架连接，另一端放在千斤顶架设的钢板平台，两钢架接头处采用内衬钢套筒进行连接。待吊装环节完成后，对钢梁进行校正，校正完毕后，即可进行固定焊接作业。钢梁安装完成后，拆除临时支撑胎架，完成结构的卸载。30030016预埋件孔d=18M16垫板图4支撑架连接示意图/mm（4）为提高钢结构施工质量，应及时对重要节点及工序进行把控检测。每一步钢结构管桁架施工完成后，都需对焊缝及组装接口进行严格的质量检查，确保其符合设计及施工质量规范要求。大跨度钢结构重型桁架施工过程中，施工人员应关注的技术要点包括钢结构构件的加工过程、现场安装过程的拼装工艺以及整个施工环节对焊接缝的质量控制等，只有严格把控上述施工环节要点，才能大幅提高整个工程的施工质量，打造高品质建筑工程。4效益分析建筑钢结构具有强度好、质量轻、灵活方便以及经济性的特点，越来越受到建筑领域工作者的关注，加之其符合当下国家提出的双碳战略，该类型结构具有更加显著的社会、经济与环境效益。（1）钢结构强度高且重量轻。钢材强度显著高于其他类型建筑材料强度，承受相同荷载所需钢结构构件截面积较小，可（下转第3 8 4 页）384上接第3 8 0 页）2023年5月江西建材工程技术与应用方案三（双柱加大挑臂预应方案四（双柱加预应力盖梁）力盖梁）图1桥梁下部结构比选方案构造图4.2.2方案评价四个高架桥下部结构方案，造价由高到低为：方案二方案三 方案四 方案一（详见表6）；从美观性考虑，结构美观性由好至差为：方案二 方案三 方案四 方案一。考虑到该项目桥墩普遍高度不高，方案二、三、四景观效果不明显，本着节约造价、减少施工难度、缩短工期的原则，故将方案一作为推荐方案。5结语路桥工程两阶段设计中，初步设计方案的比选与优化，对施工图设计具有重要的意义。文中针对疏港快速路初步设计，通过路线、路面、桥梁三部分设计方案的比选与评价，最终推荐出符合本工程实际需要的设计方案，为后续施工图设计提供技术依据。节约4 0%左右的建筑材料，大幅降低建筑工程造价，且增加建筑物的空间。（2）钢材具有较好的塑性和韧性，更容易适应波动荷载，抗震效果较好，显著提升建筑结构构件的安全性。（3）钢结构施工周期短。钢结构的组合构件可在加工厂中进行机械加工和连接，构件加工和现场安装两种工艺过程可同时进行，互不影响，大幅缩短了施工周期。这一方面可减少贷款利息，另一方面可尽快完成建筑工程，具有良好的经济效益。（4）钢结构构件在加工厂制作，运输至现场进行安装，可节约大量石料、水泥等建筑材料，起到节能减排的作用，且降低由于混凝土浇筑过程带来的噪音污染，具有显著的环境效益。钢结构重型桁架技术具有更强的力学性能、更好的抗震抗噪性能及显著的环境与经济效益，被广泛应用于大型大空间建筑。此外，未来多种多样新型的钢结构材质、结构形式以及智能互联的施工科技为钢结构重型桁架技术应用具有很好的发展前景，有助于提高钢结构重型桁架技术的施工组织效率、质量控制及安全性能，助力国家建设高品质大型房屋建筑。表6桥梁（3 0 m箱梁）下部结构方案比选表项目单位方案一方案二方案三方案四C50混凝土m一61.68 34.3234.32C30混凝土m32.13一一一盖梁或墩柱普通钢筋kg3374916036043604预应力钢筋kg一142815451545C25混凝土m26.51一22.922.9立柱普通钢筋kg5302一45804580C30混凝土m一50.6950.6950.69承台普通钢筋kg一506950695069直径m1.51.21.21.2桩基根数根3444估算金额万元/墩18.9926.5025.2424.54参考文献1郝鹏炜，武颖颖.高庄互通式立交方案拟定与方案比选【J】.交通世界，2 0 2 19（12）：14 4-14 6.2 爲学永.基于CSD的龙永高速公路高架桥和隧道方案比选研究J.公路工程，2 0 14，3 9（6）：18 9-192.3赵亘.高速公路路线方案综合评价D.西安：长安大学，2 0 16.4刘子剑.互通式立体交叉设计原理与应用【M.北京：人民交通出版社股份有限公司，2 0 15.5朱全军，谭余嵩.城乡接合部一级公路接入口布局与设计优化研究J】.湖南交通科技，2 0 18（2）：3 5-3 8，51.6胡朝印，毛红飞环保选线在3 8 省道梅林至深酬段公路改建工程中的应用J】.公路交通科技，2 0 17（11）：13 2-13 5.5结语随着国内经济的快速发展，体育、文化等交流活动数量增多，大跨度钢结构型式在大空间结构建筑中，应用越来越广泛。该技术具有更好的力学性能，可节约建筑材料，减少能源消耗，减少二氧化碳等温室气体的排放，且施工周期短，经济成本低，抗震抗噪效果好，具有十分显著的社会、经济和环境效益。参考文献【1徐炎生，陈霞.大跨度空间钢管桁架结构平台施工技术J.建筑技术开发，2 0 10，3 7（8）：4 9-51.2蔡瑞琦.重型大截面桁架拼装施工技术在电子厂房大跨度钢结构屋面中的应用J.工程建设与设计，2 0 19（12）：18 4-18 5.3王勇培.超高大跨度钢结构空中连廊的吊装方案优选和技术创新J.浙江工商职业技术学院学报，2 0 13，12（3）：92-96.4潘正玉.某超高层建筑大截面大跨度屋顶钢梁高空安装施工的可行性分析J】.广东土木与建筑，2 0 17，2 4（1）：59-6 1.55张宏，侯向阳，杨杰，等.超大截面大跨度高空钢桁架施工技术研讨J.山西建筑，2 0 15，4 1（3 2）：98-99.6曾志文，尹昌洪，鲁伟，等.阿布扎比机场空间三角拱桁架吊装技术C./2 0 14 年全国建筑钢结构行业大会论文集，2 0 14：4 8 5-4 90.