超大型异性钢结构安装施工技术分析

超大型异性钢结构安装施工技术分析
摘要：本文以工程实例研究了超大型异性钢结构安装施工技术，针对施工中出现的施工工期紧、结构重量分布不均匀、精度要求高、钢屋架跨度很大等难题，通过研究分析工程特点及难点，找到相对应的解决措施及技术，以供参考。

关键词：超大型；异性钢结构；安装；
1工程概况
该工程为重要赛事所建，总投资达到20亿人民币，占地总面积达到3475万m2 ，整个工程包括多个单体工程，如综合体育馆、室外跳水池、大平台、服务中心、室外大平台及游泳馆等。

2结构概况
本工程结构的长、宽、高分别是166m、172m 、43m，共包括4层，其中3层地上结构，1层地下结构。

该工程结构体系主要是由10榀管拱架组台而成，管拱架跨度达15m。

在该工程中，钢管规格不尽相同，主要包括以下几种Φ813mm×80mm、Φ813mm×40mm、Φ762mm×40mm。

在该工程中，按照吊车起重性能，钢架可分为5-7段，包括钢架柱、钢架梁等分段。

在空间上，钢架柱为一上粗下细的棱台型结构，而钢架梁为1个倒三角管的桁架；从重量上看，钢架柱最重达到148t，钢架梁最重达到68t。

3工程特点及难点
(1)结构空间大，单榀构件超大超重
该工程钢结构具有较大重量，总重量达到6000t，而且具有较大的平面尺寸，钢结构的投影面积达到2.8万m2 ，其中长约166m、宽达172m，结构高43m。

由于工期比较紧张，要求施工单位在较短的时间内完成大量的钢结构，对选择施工方案带来很大的难度，因此需要总承包商具有较高的管理协调能力来解决这个难题。

大体量的钢结构伴随的是超太超重的钢构件。

根据初步设计图纸计算，最大的拱架质量在4.5t。

172m大跨无柱钢拱架体系更是达到了550t以上的质量。

因此面对超大超重构件的吊装，选择何种的吊装方案来解决此项技术难题，并确保施工质量的前提下完成施工任务是工程中的一个难点。

(2)吊装异性钢架柱索具要求高
本工程中20榀钢架柱要确保高31m、长25m、宽16m．重达148t的异型钢桁架的安全，存在吊点布置难度高和吊装重心难以确定等因素，这使得吊耳的设
置以夏吊装索具难以设计。

(3)大跨度拱架测量、安装精度控制难
本工程10榀拱架均采用管形结构组台而成的拱架系统，主要管柱和弦杆均有单向或双向倾斜，由此对现场拼装时的定位以及高空对接过程的安装精度，提出了很大的难度。

(4)钢结构施工平面部署要求高
拱架系统的吊装基本采用整体吊装或者分段吊装，由此对拱架的拼装位置的布置难度非常大．即要满足大型吊装设备的允许吊装半径内拼装胎架的布置，又要和土建、幕墙、机电等相关单位进行协调，以确保钢结构施工过程中对相关专业的施工影响降低到最低。

4钢结构安装方案
该工程是我国目前科学含量较高的工程．其主结构采用了大跨度异型桁架+两侧环形桁架+BRB耗能支撑组成的结构体系。

包括主体钢桁架、环形桁架、劲性柱在内，钢结构净重总计约6000t。

其异形钢桁架构件复杂多变，桁架曲率均以相切圆为设计理念。

为使本工程钢结构吊装施工顺利，以确保整个工程的按期竣工，我们依照“减少高空焊接，提高拖工质量”、“加快施工进度，降低高空施工安全隐患”的旋工原则，采用了“两侧布置大型履带吊先中问后两边逐攻施工，加支撑分段安装，中间段跨内拼装，整体提升，塔吊补缺，整体卸载“的施工方法。

5临时支撑解决施工阶段结构稳定
(1)钢架柱支撑稳定
单榀桁架吊装施工后，由于头重脚轻，单独安装的钢架柱必须安装侧向支撑。

待相邻两榀钢架间水平桁架安装完成并形成空间稳定体系后，其余各榀钢架可不设置侧向支撑。

但安装过程中，必须有辅机配台安装联系水平桁架形成侧向稳定。

(2)钢架梁支撑稳定
具体做法为：先在混凝土看台柱顶预先埋设钢埋件，待混凝土达到100%强度后，再利用Φ609mm支撑把混凝土看台高差进行调平，并利用980mm×800mm×20mm×40mm的箱梁组成一个底框，次杆为[20双拼，形成搁置Φ609mm支撑转换承载钢平台，最后在转换承重钢平台面上方便设置格构支撑．以解决桁架分段安装时支撑支点搁置的难题。

6钢架柱吊装技术
（1）吊装索具的设计
本工程吊装构件在最重、最大和最异性复杂的情况下，要按照“3点确定一个面”的原则来确定“3点吊”，但确保钢架柱回直后如何满足安装精度是施工中关键技术。

为此．我们设计了一侧选择固定钢丝绳，剩余同侧采用一套走通滑轮组的方法。

这是利用滑轮组内钢丝绳可调整长度的优点，以解决钢架柱起拌时3点受力不同步，以及回直后利用滑轮组自动寻找重心的问题．从而提高安装精度并降低施工成本。

（2）钢架柱的吊装
单榀钢架柱吊质量为148t，结构最大安装标高45m。

所以本工程采用了600t 履带吊和400t履带吊各1台，并采用主臂超起工况沿施工的流水方向南北布置施工。

同时，困钢架拄为现场胎架拼装，所以拼装完成后要由1台150t履带吊作辅机拎与拱架柱跟部进行起扳。

直至构件回值后150t履带吊松钩．最后由主机负责吊装到位。

7拱架梁吊装技术
因本工程钢架梁均为变截面倒三角管桁架结构，其最大构件质量约为57t。

所以，吊装施工时要待钢架柱全部安装完成后，将履带吊改换成主副臂超起工况．直接从胎架上进行逐段吊装。

为了施工操作的方便被吊构件对接处应略低另一侧，要先确保被吊构件对接处管口吻台，再考虑另搁置点管口的位置标高。

8拱架提升技术
（1）拼装胎架
本工程4榀钢架梁利用了在原结构底板上设置的拼装胎架，具体做法为：拼装胎架应按每榀钢架梁的安装位置的投影面进行布置，胎架采用BH400mm×300mm×12mm×14mm工字钢，约10m设置1组搁置支撑，每根支撑顶部设置调节刀板，以确保拼装钢架梁的几何尺寸(本工程设计未要求预起挠)。

(2)钢架梁提升前加固
这是在每个上部提升桁架上设置提升支架，并在其上布置两个上部提升吊点，在每个上部提升吊点布置l台l00t油缸，总共布置4台100t油缸。

如图1所示，对应的两个下吊点设置在被提升桁架的两个上弦杆上，并要进行d325mm×12mm局部加固处理，如图2、图3所示。

图1 钢架梁拼装
图2 上部提升支架加固立面
图3下部提升支架加固立面
(3)钢架梁提升
提升钢架自身须在结构的顶部安装提升设备，运用钢绞线与液压提升装置，并采用计算机控制将钢架梁一次性提升到位。

(4)钢架梁的提升变形控制
根据建模计算分析，钢架梁与两侧的桁架结构在提升过程中产生的变形比较大，我们运用计算软件进行分析验算，结论是．两侧悬挑桁架结构变形值28.1mm，钢架梁的自重挠度7.3mm。

因而须预先加以控制．我们采取的相应措施是：运用全站仪对每榀钢架梁的实际拼装尺寸与两侧的间距尺寸进行测量，由此使钢架梁提升间隙得到精确控制，以确保钢架梁正常提升到位。

9结构整体卸载技术
卸载的方法,首先在施工阶段过程中按照施工方制定的方案拆除外圈钢拱柱临时支撑，拆除顺序“从中间往两侧连根拆除”，其次考虑到中圈支撑下部为混凝土立柱，在卸载过程中所承受荷载不宜过大，所以在卸载时逐步“从外往里，从中间往两侧”进行循环拆除，使其荷载由支撑承受转换成结构自行承受。

10结语
本钢结构工程以超大型异形空间结构为研究对象，针对工程的施工工期紧，结构重量分布不均匀，精度要求高．钢屋架跨度很大的难题，我们研究出了顺利解决上述难题的施工技术及相关措施，以期为类似结构的施工积累经验。

参考文献
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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。