[湖北]超大悬挑异形钢桁架安装和过程监控施工工法(附施工现场照片)_secret要点

超大悬挑异形钢桁架安装和过程监控施工工法完成单位：xx股份有限公司主要完成人：1 前言在xx建工股份有限公司承建的辛亥革命博物馆新建工程中，博物馆三层至屋面外尖头飞檐部分有大跨度悬挑异形重钢桁架结构（见图1.1和图1.2），为V形对称的四榀钢桁架，桁架悬挑跨度达到38m，桁架间设有纵向桁架支撑，结构复杂。

针对这种复杂的超大悬挑异形重钢桁架结构，总结了一套完整的安装和卸载施工方法，并且在施工过程中，融入了计算机仿真分析和施工过程同步监控，将实用的结构测试技术、现场计算分析技术、现代控制技术应用于施工，结合施工过程形成结构计算分析、监测及反馈控制系统。

通过施工现场的结构测试，跟踪计算分析得出合理的反馈控制措施，给施工过程中结构“力”与“形”的变化提供决策性技术依据，也对过程中弹性变形和刚体位移问题进行综合分析，帮助工程技术人员更加全面、真实地把握结构在施工过程中的受力变形情况，确保各种工况下的结构状态符合设计要求，真正实现了对结构生命周期全过程力学性能的评估。

图1.1 辛亥革命博物馆飞檐悬挑钢桁架立面图图1.2 辛亥革命博物馆飞檐悬挑钢桁架模型图2 工法特点2.1结构安全性好。

安装过程由悬挑固定端向悬挑端施工，桁架逐步形成稳定体系。

小行程等距循环多步卸载，卸载过程中桁架杆件内力变化平缓，避免了应力突变。

2.2利用计算机仿真、计算参数与监测数据对比以及反馈技术指导施工，为钢结构施工提供了一体化协同时变分析系统，确保结构安装安全及受力状态符合设计要求。

2.3卸载操作简便，成本低，环保性好。

采用手动螺旋式千斤顶，操作直观，动作准确，并且经济、简单、适用，较计算机中控液压式千斤顶的费用大幅降低，同时无能源消耗，无污染。

3 适用范围本工法适用于大型公共建（构）筑物中，具有复杂立面、曲面外形，超大以及超长跨度的悬挑重钢桁架结构施工。

4 工艺原理主要工艺原理是采用临时支撑体系和空中散装结合的安装工艺，在结构组装完成后拆除临时支撑。

在临时支撑搭设前，分阶段适时模拟安装和卸载过程，用计算参数和监测数据的对比来指导钢桁架安装和卸载操作，并确保安装过程和卸载过程中的安装精度和结构稳定。

首先，以计算机建模分析为基础，对桁架安装和卸载过程中结构的控制性工况状态进行计算机模拟分析，给出安装和卸载时的结构位移、构件内力应力、支撑和约束条件的目标值等，并对各安装步骤和卸载步骤需要满足的条件和注意事项预见性地给出相应的要求和指导。

其次，在桁架安装和卸载过程中以监测、监控为手段，进行施工阶段性的结构位移、应力、变形的实时监测值和模拟值对比。

当对比值结果出现较大偏差时，需分析原因，必要时进行矫正或纠偏，以确保后续步骤顺利及最终成型符合设计要求。

5 施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程（见图5.1）图5.1 工艺流程5.2操作要点5.2.1建立钢桁架结构深化设计和结构分析模型1.建立钢桁架结构深化设计模型。

通过分析深化设计模型，指导工厂的数控下料、构件组装、焊接成型、预拼装等工序。

2.确定钢桁架制作和安装方案。

3.建立钢桁架结构仿真分析模型，模拟各种工况，分析在不同工况下全过程中桁架的受力状态和变形状态，对受力不利和变形较大的部位进行全天重点监控。

5.2.2钢桁架构件制作和预拼装1.根据数控下料情况进行钢桁架构件制作。

2.钢桁架构件应在工厂内将整个钢桁架分段进行预拼装。

5.2.3对钢桁架构件制作和预拼装过程监控在制作过程中应对成型的构件焊缝进行全超探检查；对钢桁架构件制作和预拼装过程采用全站仪进行监控。

将监控值与设计和分析值进行对比，随时对预拼装结果进行修正，对应力和变形较大的节点进行应力监测和拍X 片检查。

5.2.4钢桁架现场分段安装制作和预拼装过程监控1.通过仿真模拟对安装步骤和顺序进行优化比选，依据分析结果对方案进行调整，最后确定安装步骤和顺序，确保桁架在现场拼装的每一步为结构不变体系。

2.钢桁架构件现场安装1）对预拼装的构件进行预检和复检，预拼装的构件在钢结构加工厂质检部门预检的基础上，现场安装项目部要进厂对制造质量进行复检，合格后方可出厂，不允许不合格构件进入安装现场。

2）对桁架支座的连接点进行复测。

600*600*1500图5.2.4-1 悬挑钢桁架支撑体系4）桁架构件吊装:：每榀桁架的安装顺序应严格按照计算机模拟分析的过程进行安装，以辛亥革命博物馆为例：先安装下弦，焊接成整体后，再安装腹杆，只进行连接处螺栓的初拧，接下来再安装上弦，校正好腹杆和上弦后，最后进行焊接，即从下往上安装。

整个悬挑钢桁架的安装顺序则是从与内部结构连接的固定端向悬挑部分延伸安装。

在吊装过程中为了保证施工安全，悬挑钢桁架构件在延伸的过程中与内部结构可连接时，应立即连接，尤其是刚性连接节点，在校正好后，优先焊接牢固，使其形成稳定结构。

桁架的自重均作用在内部结构上，而不是承重支撑体系上。

如此尽量利用原有的结构来承载，减小临时支撑的负载。

5）吊装完毕后进行初检，并进行垂直度、轴线、标高的调整。

6）桁架进行下一榀构件的安装，直至所有构件吊装完毕。

钢桁架安装顺序和安装过程以辛亥革命博物馆为例，见图5.2.4-2和图5.2.4-3。

图5.2.4-2 悬挑钢桁架安装顺序图5.2.4-3 悬挑钢桁架吊装过程图5.2.5钢桁架安装过程监控在钢桁架现场安装过程中，随着分阶段安装的实施，应在构件上设置应力和变形监测点，这些监测点分别通过应变传感器和位移传感器的设置来实现应力和变形的监测。

1.监测点的设置要求1）应力监测点的设置应根据结构的受力特征来布置监测点，测量部位主要集中于钢桁架的弦杆等内力较大的截面，要严格按照能够体现结构受力与方向的实际情况来布设，从而能够真实准确的反映构件的工作状态。

2）变形监测点的设置要有合理的密度，应能反映结构的几何形态和几何变形情况，并易于布设，施测方便，以满足施工监测精度高，速度快的要求。

2.传感器的布设操作要求：1）传感器安装时，先在钢结构表面放线，确定传感器安装位置，然后在安装位置的钢结构表面进行打磨，打磨范围约为50mm×150mm 大小。

2）将应变计自带的基座拆下，装入安装模板。

通过点焊基座的方式，将安装模板焊接在钢结构表面，形成螺栓，点焊位置及安装模板如图5.2.5-1。

图5.2.5-1 安装模板与钢结构焊接示意图3）将安装模板取下，将应变计装入冷却后的基座内，两边带上M6的螺母，先拧紧，如图5.2.5-2“安装示意图”中左侧基座（即没有调节螺母的一端）。

再拧紧时为防止被拧紧螺母带动应变计，导致应变计扭曲，应在拧紧螺母的同时用手扶着左侧的端座施加反力。

图5.2.5-2 传感器安装示意图4）测量应变计读数，调整调节螺母（见图5.2.5-2的6号零件）将应变值调整在1500με左右，若结构体受力变形较大，受压应变值应调至2800με左右，再拧紧图5.2.5-2中右侧基座，拧紧时为防止被拧紧的螺母带动应变计，导致应变计扭曲，应在拧紧螺母的同时用手扶着右侧的端座施加反力。

5）最后将应变计上的调节螺母完全旋松，用小铁锤轻击左右端，防止螺母虚假锁死。

测量应变值应能稳定、否则要重新安装。

6）安装好传感器后，将传感器的数据传输线绑扎在钢构件表面，引至方便到达和测量的地点。

7）到达指定的工况时用便携式数据采集箱采集数据。

对钢桁架分段安装过程逐步成型的结构进行应力和变形的过程监测，并进行分析，反馈调整现场安装工作。

5.2.6钢桁架卸载施工1.通过计算机仿真模拟计算分析，对卸载步骤和顺序进行优化比选，确定最优卸载方案。

2.在卸载之前对结构进行一次系统全面的应力和变形的监测。

3.预卸载为能够进一步了解承重结构的变化情况，在卸载前一天进行预卸载，千斤顶行程为5mm，预卸载完毕后对卸载部位承重架的变化情况、千斤顶的下降高度、结构焊缝的质量情况及桁架挠度的变化情况进行一次全面的检查。

各项检查合格无误后，才可进行正式卸载。

4.正式卸载，采用同步等距循环卸载，操作步骤如下：1）完成所有卸载千斤顶的地面试压和高空卸载点的布置。

2）卸载千斤顶对主结构下弦杆对应位置的顶紧，同时完成结构整体外形的测量验收工作。

3）将原安装支撑点移去每次卸载量相应高度的垫块或将支撑点顶部割除相应高度，行程为5mm。

4）同步将一排的千斤顶下落，使桁架下弦再次与支撑点接触。

5）调整千斤顶的水平位置，使其保持垂直状态和对应支撑点，消除水平位移影响。

6）再次顶紧千斤顶。

7）将原安装支撑点再次移去每次卸载量相应高度的垫块或将支撑点顶部割除相应高度。

重复以上操作，在每次卸载量完成后，对各监测点的数据进行读取，并同理论计算数据相比较，指导后续卸载过程。

直至将整体主结构卸载到位。

卸载点详图见图5.2.6。

5.卸载应急预案对于卸载过程中发生的各种突发事件，宜按表5.2.6确定对应处理措施进行处理。

图5.2.6 卸载节点详图 表5.2.6卸载过程应急预案卸载过程中，移量时，单点失去支撑力5.2.7钢桁架卸载过程监控卸载完成后24小时内对钢桁架分阶段进行4次监测，4次监测时间为卸载完后1小时、6小时、12小时和24小时。

为了减少温度变化对钢桁架的影响，卸载一般在早晨或晚上完成，其24小时内的监测也应该在早晨或晚上完成。

5.2.8钢桁架后期分阶段加荷成型监控1.钢桁架成型后，在每进行一次楼板结构施工和二次维护结构施工前后，对布置在钢桁架上的监测点进行监测。

2.在进行钢桁架外装饰施工阶段前后，对布置在钢桁架上的监测点进行监测。

3.在全部荷载施加完成后，对布置在钢桁架上的监测点进行监测。

5.2.9钢桁架结构验收依据过程监控资料、现场感观，编制钢结构验收资料，经过各个相关责任单位同意通过验收。

6 材料与设备主要材料与设备见表6表6 主要材料和设备吊索具——《钢结构设计规范》（GB50017-2003），《钢结构工程质量验收规范》（GB50205-2001），《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002），《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》（JGJ82-91），《工程测量规范》（GB50026-2007）。

吊索具应符合设计要求与相应企业标准。

7.2钢桁架构件的预检和复检7.2.1构件的预检在钢结构加工厂质检部门检查的基础上，项目部根据现场安装进度要求构件清单监督制造部门是否按要求配套加工，避免由于加工构件不配套造成现场安装间断，影响安装工期和质量。

7.2.2 预检：钢材材质的成品质量证明书及复验报告，焊条、焊丝材质的成品质量证明书及复验报告，构件焊缝外观及超声波探伤报告，以及实际偏差等资料，记录预检的所有资料；构件外观检查包括：钢构件的几何尺寸、连接板零件的位置、角度、螺栓孔直径及位置，焊缝的坡口，节点摩擦面，附件的数量及规格等。

7.2.3 复检：对进场构件，现场项目材料员、质量员应按照构件发运清单及相关技术标准、规范及设计文件进行清点，核查。