受限空间大跨度钢桁架高空原位单元拼装施工技术

受限空间大跨度钢桁架高空原位单元拼
装施工技术
摘要：本文以忠州大剧场及附属设施项目EPC(设计、采购、施工)工程施工
为背景，阐述一种大跨度钢桁架高空原位单元拼装的施工关键技术，通过创新受
限空间大跨度钢桁架的施工方法、优化安装工艺流程、研发设计装配式操作平台
及优化分段等技术措施，全方位的保证受限空间下大跨度钢桁架的安装精度要求。

关键词:受限空间；大跨度桁架高空原位单元拼装
0引言
目前，大多数城市场馆建筑均采用四周闭合上部加大跨度钢桁架的结构形式
形成开阔的内部空间，然而在进行该类型屋面大跨度钢桁架施工时，其地下室、
框架结构、四周支撑结构等均完成施工或同时施工，导致大跨度钢桁架安装时若
选择场内吊装，起重设备易对已完工的地下室等结构造成破坏；若选择场外吊装，吊装半径大且大跨度钢桁架重量重，需选用较大吨位的起重设备，进而易对周围
建筑物的地基等地下结构造成干扰，内外部多种因素限制给受限空间大跨度钢桁
架的施工造成不利影响。

因此，对此类受限空间大跨度钢桁架的施工技术仍具有
一点的研究价值。

1工程概况
忠州大剧场及附属设施项目EPC(设计、采购、施工)工程位于重庆市忠县行
政中心旁，大剧场屋面顶部为伞式结构，周围是悬挑结构，屋面顶部最高标高为29.135m，最低标高为23.700m，高度相差约5.435m。

屋面结构采用钢桁架结构
形式，该钢桁架共计五榀，跨度为33m，最重一榀约重23.8t，钢桁架位于屋面
中部位置，周围被悬挑结构包围,大跨度桁架由焊接H型钢拼装焊接而成，一榀
钢桁架规格及结构形式如下：
1）上弦和下弦为焊接H型钢，规格为H550x300x20x28；
2）斜腹杆和立杆为焊接H型钢，规格为H300x300x10x15。

剧场大跨度桁架因桁架空间位置及场地限制，无法使用大型起重机械整体吊装，需采用搭设满堂脚手架支撑方式进行高空原位分段拼装，现场焊接量大，需
采取一定的技术措施保证其安装精度要求。

2大跨度钢桁架施工关键技术
2.1创新受限空间大跨度钢桁架的施工方法
针对安装场地受限，场内外均无法使用大型起吊设备的特殊情况，创新的施
工方法为：深化设计阶段，根据规范及设计要求确定大跨度钢桁架的预起拱值，
将一榀钢桁架分为端部单元、下弦单元、上弦带立杆和斜腹杆单元的方式进行分段；大跨度钢桁架在工厂预制单元散件，将分段单元运输到施工现场；现场借助
已有的塔吊设备，在剧场内待安装钢桁架对应下方空间搭设满堂支架，在满堂支
架顶部的可调U形顶托上搭设装配式操作平台，在装配式操作平台完成大跨度钢
桁架的单元拼装。

2.2 运用BIM技术对大跨度钢桁架优化分段，避免倒焊
以BIM软件建立项目三维模型，对大跨度钢桁架进行深化设计，深化设计的
核心是在充分理解设计意图并符合相关现行规范的前提下，对结构进行合理、具
体的深化设计，运用BIM技术重点处置大跨度钢桁架分段等深化设计问题。

根据
现场塔吊的覆盖半径及其对应的起吊重量，将一榀钢桁架分为端部单元、下弦单元、上弦带立杆和斜腹杆单元的方式，每段单元在吊装重量范围内的原则进行分段，该分段方式可减少现场倒焊工作量和安全隐患。

2.3 研发设计装配式操作平台
装配式操作平台依据方便吊运及安拆，并便于存放的原则，制作成标准节段，采用螺栓连接。

装配式操作平台由若干根横梁和铺设于横梁上的两条走道构成，
每根横梁与钢桁架纵向垂直且所有横梁沿钢桁架纵向间隔设置，两条走道沿钢桁
架纵向可拆卸设置在横梁上且两条走道之间间隔一定距离，从而在横梁上形成间
隔槽，用于放置待拼装钢桁架。

横梁的间距按照满堂支架立杆的间距设计，进而
每根横梁可安装在满堂支撑架立杆顶端的可调U形顶托内，通过转动各U形顶托
的调节螺母即可实现装配式操作平台不同点位标高的调节，这样既保证满堂支架
支撑体系对装配式操作平台的有效支撑，又确保在大跨度钢桁架安装过程中对其
不同监测点标高的精确调整。

该操作平台用料省，安装、拆卸方便，能重复使用，且有利于提高工作效率。

2.4 大跨度钢桁架高空原位单元拼装
2.4.1 优化安装工艺流程
将传统的拼装流程优化为：先进行两侧端部单元的安装，再将下弦单元安装
形成一通长结构，最后由两端向中心对称安装上弦单元，优化的安装工艺流程有
利于减少应力集中，便于安装过程中标高的及时修正，从而提高了大跨度钢桁架
的安装质量。

优化的大跨度钢桁架高空原位单元拼装流程如下：
施工准备→钢桁架拼装单元进场验收→复核幅度半径可吊重量→混凝土柱顶
轴线、标高复测→混凝土柱顶测量放线→操作平台起拱值放控制线→安装端部钢
桁架单元→校正端部钢桁架单元→下弦单元吊装初焊→起拱值监测→上弦单元吊
装初焊→起拱值监测→拼装焊接→探伤→起拱值监测→检查验收。

2.4.2 钢桁架高空原位单元拼装
（1）钢桁架拼装单元吊装前准备工作
大跨度钢桁架拼装单元吊装前的准备工作，除了复核塔吊幅度半径可吊重量，混凝土柱顶轴线、标高复测，混凝土柱顶测量放线等，重点是进行操作平台起拱
值的放控制线。

根据大跨度钢桁架安装的起拱值，对装配式操作平台走道板相应
监测点下方的U形顶托进行准确调整，使装配式操作平台起拱值达到大跨度钢桁
架安装的要求。

并在安装过程中，设专人监测每个监测点的起拱值并记录。

（2）安装端部钢桁架单元
大跨度钢桁架高空原位单元拼装的施工顺序是两端向中间对称安装，以减少
焊接应力的收缩变形。

首先安装的端部钢桁架单元，安装过程中要注意端部桁架
单元支座节点与混凝土柱顶的可靠连接。

（3）安装钢桁架下弦单元
根据大跨度钢桁架高空原位单元拼装的安装方式：将钢桁架上弦与腹杆焊接
为多组单元构件、下弦自分段为单元构件，现场将上弦与腹杆组成的单元构件与
下弦构件平焊，该方式有利于减少现场倒焊工作量。

按照该安装方式，在钢桁架
端部单元与混凝土柱形成可靠连接后，继而进行钢桁架下弦单元的定位固定，下
弦单元由两端向中间对称吊装并按板厚1/3初焊固定，固定后形成一通长结构。

下弦吊装固定后需对起拱值进行监测并调整。

（4）安装钢桁架上弦单元
钢桁架上弦单元构件在进行单元吊装过程中，采用纵方向放主轴控制线和横
方向放垂直度控制线的双向控制方式，并利用激光经纬仪实时监测，以降低分段
单元吊装过程中钢桁架主轴线和垂直度的安装误差。

上弦单元采取从两端向中间
对称吊装的方式将各上弦拼装单位按板厚1/3初焊固定。

（5）拼装焊接
下弦单元与上弦单元由两端向中间对称吊装并按板厚1/3进行初焊固定形成
整片桁架结构后，进行大跨度钢桁架高空原位单元拼装焊接，即拼装单元的终焊。

终焊采取中心向两侧对称施焊的方式，同时在终焊过程中要做好焊前预热、过程
层间温度监测、焊后保温，多方位控制焊接过程中的收缩变形。

在下弦单元与上
弦单元拼装焊接过程中，应设专人按起拱值监测点布置图对大跨度钢桁架每个监
测点的起拱值进行实时监测，若有偏差，及时调整，确保大跨度安装后的成型精度。

2.4 逐级卸载
大跨度钢桁架结构全部安装完成，各连接部位焊缝探伤验收合格，且形成整
体受力体系后，根据大跨度钢桁架的下挠变形特点，对大跨度钢桁架的支撑体系
实行逐级卸载。

卸载过程中设专人对钢桁架标高、起拱值等数据进行监测。

根据
大跨度钢桁架的下挠特点分多步下调U形顶托逐级卸载支撑体系，直到大跨度钢
桁架与装配式操作平台分离时，再逐段拆卸装配式操作平台。

3结语
受限空间大跨度钢桁架因施工场地和设备选型等原因施工受限，选择了高空
原位单元拼装的施工技术。

在实施中，针对性的采取了相应的精度控制技术措施，提升受限空间大跨度钢桁架的安装精度。

参考文献
［1］方源.浅谈如何提高受限空间交错大跨度桁架结构安装的精度组装技术［J］.建筑工程技术与设计,2020,(12):571．
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