.湖南国际会展中心工程屋面钢管拱架吊装

摘要：中建五局在湖南国际会展中心工程巨型空间管桁架结构屋盖工程施工中，采用现场拼装，多机抬吊，高空对接等工艺，成功地完成了大跨度、大吨位屋面拱架的施工。

关键词：钢管拱架现场拼装高空对接
一、工程概况：
湖南国际会展中心工程为湖南省标志性建筑，位于湖南省长沙市金鹰影视文化城内，长沙世界之窗以西、湖南省广电中心以东、湖南国际影视会展中心以南。

湖南国际会展中心占地面积为76000m2，总建筑面积95760m2。

建筑物东西长242.8m、南北宽141m，地上二层、局部六层、架空层一层，建筑物檐口最低处30m、最高处39m。

屋面拱架设计呈巨龙腾飞的形态。

本工程上部屋盖结构形式为巨型空间管桁架结构，水平支撑为焊接“Ι”字型蜂窝梁。

下部为大跨度钢框架结构，主要构件为卷制钢管柱、焊接“Ι”字钢梁和轧制型钢桁架。

屋架为钢管拱架结构，共10榀，分五种（WJ1、WJ2、WJ3、WJ4、WJ5）规格，长度136.6m～159.25m，单榀拱架重88t～155t，失高3m～8.5m，拱架最大跨度为84.0m（WJ2），截面为倒三角形或菱形。

屋架主要工程量如下：
构件名称
轴线长度（m）
单榀重量（t）拱架WJ1 117.25m
88
拱架WJ2 122.5m
126
拱架WJ3 129.5m
155
拱架WJ4
133m
146
拱架WJ5
133
142
檩架
21
5.7～12.5
本工程施工工期紧张，施工周期短,屋盖结构复杂。

工程边设计、边施工，给施工带来困难，且施工场地狭窄，构件组装及吊装作业面小，每次只能组装一榀拱架。

二、屋盖拱架制作：
(一)、杆件制作：
由于屋盖钢管拱架长度136.6m～159.25m，截面尺寸为3500×8500mm，不便于整体运输，故屋盖管拱架的杆件全部在工厂下料，煨弯、除锈，一次涂装，散件运输到施工现场，在现场进行拼装、组装，焊接和二次涂装。

1、拱架主杆件对接：主杆件的拼结位置不允许在同一截面上，要求每两根弦杆至少要错开300mm以上，且分段点不允许在不同管壁处，拼接焊缝采用CO2气体保护焊。

2、拱架排版工艺：根据深化设计的杆件长度进行计算机排版，排版时要考虑拱架的预起拱高度，预起拱高度为拱架自重引起的下挠度的反向变形量，起拱值如下：
部位
跨度（m）
预起拱值（mm）
屋架
84
120
屋架63
80
屋架49
60
屋架25以下0
屋架
悬臂L
L/400～L/200
具体工艺顺序：实物排版→放样→号料→对接焊坡口加工→对接接头焊接→无损检测→煨弯→检查→构件标识。

3、腹杆制作：所有腹杆的切割均采用马鞍型切割机下料，杆件长度的焊接收缩量通过实验确定。

4、管管相贯时，接口切割：
切割机具：进口数控马鞍形切割机；
工作流程：计算机准备→置入被加工物→夹头对中→夹紧作业→原点复归→选择切割方式→加工准备→切割→检验→校正。

5、钢管煨弯：
主要设备：中频煨弯机；
工作流程：计算机准备→置入被加工物→夹紧作业→中频加热→煨弯→校正→冷却→取出加工物。

煨弯时，加热温度宜控制在900°C～1000°C之间，温度降至800°C之前，应结束加工并缓慢冷却。

(二)、屋盖钢管拱架现场拼装
根据现场实际情况，拱架、檩架物件堆放及拼装场地只能选择在建筑物的南侧。

主拱架及檩条的杆件运至现场后，即可进行拼装，主拱架拼装时分整体预拼，分段焊接，分段运输和吊装，整体就位校正后焊接。

由于拼装场地不平整，为砂卵石干铺地面，且地基承载力低，为防止拼装过程中地基变形，拼装前，在支点位置铺设路基箱，然后用18工字钢焊接拼装胎架。

胎架做完后，根据弦杆整体外形测量放好地样于胎架上，将分段杆件置于胎架上按制作编号拼装成整体。

拼装顺序：主弦杆→下部斜腹杆→中部斜腹杆→顶部水平腹杆。

主拱架拼装完之后，分段运输至使用部位进行吊装。

三、屋盖钢管拱架安装：
（一）吊装设备选择
考虑到公司的设备能力和起重量及吊装距离，选用M900行走式塔吊一台，布置在建筑物的中间（L-M轴），在E-F轴之间和Q-R轴之间各布置一台150t汽车吊，建筑物南侧临时道路和北侧48.0m平台各布置一台136t汽车吊，可以满足下部钢框架结构和屋盖钢管拱架结构的吊装需要。

（二）吊装方法选择
根据设备情况及现场实际情况，采用单机或双机抬吊整榀拱架。

考虑到吊机的吊装吨位不够，同时因拱架吊装前，平台板砼尚未浇筑，在12m平台上组装拱架难度太大，故选择分段吊装的方法。

采用M900塔吊或136吨汽车吊单机吊装，分段重量过大或M900臂长不够的情况下136吨汽车吊或150t履带吊双机抬吊的方式。

为减少误差积累和温度差的不利影响，吊装时从中间开始向两边对称进行吊装。

（三）临时支撑
因拱架跨度最大达84m，而拱架分段长度最大为21m，为满足WJ1、WJ2、WJ3、WJ4、WJ5吊装固定的需要，必须从12m平台上增设临时支撑。

待拱架和檩架吊装完毕，经过焊接使各段拱架连为一个整榀拱架并固定后方拆除临时支撑。

因拱架安装高度太高，临时支撑的截面选择较大来增加刚度，以利于拱架的整体稳定性，同时为节约成本，减少投入，利用C区方柱作拱架的临时支撑。

临时支撑设置位置在±0.00m层钢柱顶面，以保证分段拱架的重量通过平台柱可靠地传递给地基。

临时支撑与一层平台柱顶焊接，并在支撑柱上焊接临时操作平台。

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试论钢筋混凝土高层结构设计几个常见问题
（四）钢管拱架吊装
拱架在南侧场地组装完毕，经检测符合设计和规范质量要求后，分段运输至吊机部位，利用M900塔吊或136t吊机吊至屋面使用部位，利用缆风绳加倒链进行临时固定。

主拱架宽3.5m，在支座处为点状支撑，只有当两榀相邻主拱架用檩架和型钢檩条连接后，方能与下部支撑钢柱形成空间刚性单元。

单榀主拱架就位后无法稳定。

故吊机在吊装第一榀拱架就位临时固定后，应随后进行第二榀拱架的吊装。

缆风绳应根据主拱架的长度考虑每榀设置5组，每组间距约25m，缆风绳与地面角度小于45度，缆风绳采用钢丝绳，每根缆风绳近地面端部用5 T倒链连接，每组缆风绳在拱架两侧对称设置，可调节主拱架垂上下弦杆的垂直度并保持拱架稳定。

1、拱架高空对接：
因拱架长、重量大，需要分段吊装，故无法避免各段在高空进行对接作业。

拱架高空对接时首先应设置好组装平台，组装平台使用型钢从支撑柱顶焊接并在平台侧面设置安全栏杆，平台上铺设钢跳板。

空中弦杆接头处设置对接工装件，用间断焊接的方法连接在接口管的一侧，工装件每个接口设三块，均布在钢管下半圆范围内，拆除时采用气割切除焊缝部位，并用砂轮机打磨平。

2、檩架与拱架空中对接：
主拱架之间通过檩架和型钢檩架连接，其中檩架为主要水平支撑构件。

当相邻两榀拱架安装就位后，方可进行檩架的安装，故檩架与拱架必须在空中接头。

吊装机具采用M900行走式塔吊。

檩架与拱架弦杆连接方式为相贯口连接，拱架就位后，因弦杆突出部分阻挡，檩架无法从垂直方向吊入，故先将檩架一侧端部杆件切头，长度不小于300mm，在檩架弦杆长度方向预留50-100mm余量，作为安装调节间隙，通过内置套管与弦杆角焊缝连接。

套管外径比弦杆内径略小2-3mm。

但壁厚大于弦杆以保证接头刚度。

通过檩架杆件调节余量缩短檩架整体长度，将檩架整体吊装至安装位置并进行固定端接口，移动调节端切头至合适位置两端焊接固定。

根据实测调节间隙，用同弦杆管径圆管制作两半圆，合拢后焊接并将焊缝余高打磨平、补漆，保证接头处外观质量并对接头起一定加强作用。

3、树状支撑安装：
主拱架WJ1、WJ2、WJ3在南侧均设有一个树状支撑，WJ4、WJ5每榀在北、南侧和中部设三个树状支撑，每个树状支撑由四根树状支撑杆件和一个固接或铰接支座共同组成。

最大的树状支撑杆件长度约11m（WJ3 C支座）。

若树状支撑与主拱架分两次安装，势必增加空中接口的难度，且安装质量也难以保证。

为便于控制安装质量，减少接口难度，在组装主拱架时将树状支撑与分段主拱架组装在一起，整体外形形成“T”形与分段主拱架整体吊装，但增加了吊装和二次倒运的难度。

四、钢屋拱架分段吊装应注意的安全事项：
1、屋架落位找正好后必须拉好缆风绳，在主檩架安装完成前，严禁擅自拆除风绳。

每日必须对风绳的完好情况作检查，发现问题后必须及时处理。

2、严禁不挂安全带、不戴安全帽进行作业。

3、下雨或起雾等恶劣天气情况下不能吊装，晚间不吊装。

4、两榀屋架成形后必须在屋架间架设安全网。

5、吊装之前必须对吊机机具进行检查，严禁使用断股或缺损的钢丝绳。

6、操作台架必须焊接牢固，操作平台上要做好护栏，拉好安全绳，钢跳板必须绑牢固。

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