大跨度钢结构施工技术

大跨度钢结构施工技术

1工程概况

2工程特点及施工难点

3施工技术

4浅谈几点施工体会

（1）建筑概况：中山博览中心(又名中国轻工博览中心)由常年展厅、综合展厅、会议中心组成，地下一层，地上局部三层，地下室为钢筋混凝土结构，地上展厅主要为钢结构（局部为钢筋混凝土），建筑面积10万多平方米。建筑外观如下图所示。

建筑鸟瞰图（效果图）钢结构图片（现场施工照片）

（2）结构概况：综合展厅钢屋盖结构形式为大跨度管桁架结构，主要由组合钢管柱、托架、主桁架、次桁架、屋面支撑及檩条组成，各类型桁架均采用平面管桁架。

托架支撑于钢柱上,跨度36m，为折线形多跨连续桁架，桁架最大高度为10m 。主桁架分为三跨，包括一个90m跨和两个54m 跨。主桁架垂直连接于托架上，沿南北方向布置，间距18m，相邻两榀主桁架间有4.5m的高差。次桁架平行于托架，连接于主桁架上，沿东西方向布置，跨度为18m，间距为9m。主桁架下弦水平，上弦成折线形，这样使屋面呈双向起伏形状（钻石状效果）。

综合展厅典型部位结构效果图

•组合钢柱为钢管格构式柱，每根组合钢柱由四根圆管柱肢组成，钢管直径为700mm，最大壁厚为28mm。组合钢柱外轮廓最大尺寸

2700mm×2700mm（柱脚底板处），柱顶通过铸钢支座与屋顶桁架结构连接，钢柱下端埋入钢筋混凝土承台内。

综

合

展

厅

组

合

钢

柱

效

果

图

桁架节点形式：主要采用管管相贯焊接节点，部分多管相交节点采用插板型式连接，桁架上的多管交汇处采用了梭形节点加强区，整个钢屋盖

通过铸钢支座固定在大型组合钢柱或钢筋混凝土柱上，如下图所示。

桁架上多管相贯效果图

桁架支座处节点效果图

支座处节点效果图

屋面

插板

节点

照片

柱顶铸钢节点照片

相贯节点照片

•2、工程特点及难点

•（1）场地条件差，交叉施工多

•综合展厅钢结构吊装对应的施工场地被两栋展厅土建结构隔断为三部分，且每部分又被管沟地下室分割，施工场地布置、构件运输及吊机行走路线严重受阻，钢结构吊装受土建施工牵制较大。同时，由于不良天气条件影响等原因，导致土建施工和钢结构施工作业面发生较多冲突、交叉作业多。

综合展厅吊机行走路线

•（2）桁架跨度大、断面高，吊装难度大

•主桁架跨度为90m和54m，断面最高度10m，桁架吊装分段单元单重约65t，吊装时的变形控制和起吊直立较为困难，因此需要对吊装过程进行计算机仿真模拟和吊装工况分析，得出理论数据，指导现场安装施工，对关键部位的应力和应变实施有效监控。同时，主桁架与托架、次桁架与主桁架之间均采用相贯焊缝连接或插板连接，构件进裆和就位难度大。另外，本工程桁架采用了截面较高的平面桁架，在结构未形成整体之前，桁架侧向稳定性较差。

典型桁架吊装计算有限元模型

吊装过程结构变形分布图结构最大拉应力分布图

结构最大压应力分布图

桁架翻身计算有限元模型翻身时钢丝绳轴力分布图翻身过程结构最大拉应力分布图

翻身过程结构最大压应力分布图

•（3）高空作业多，安装精度要求高

•本工程屋面为管桁架结构，且双向高低起伏，安全通道和操作平台设置困难，高空作业点多面广，施工安全要求高。在屋盖结构之上设计有三角形金属百叶或金属屋面板，屋盖桁架和支撑的安装几何尺寸直接影响到百叶的进挡和落位，钢檩条的直线度、桁架的安装误差则直接关系到屋面板的安装精度。

•（4）焊接量大，质量要求高

•综合展厅除屋面檩条采用螺栓连接外，其余部位均采用相贯焊缝或连接板形式连接，高空焊接作业量大，操作平台搭设较困难，而且相贯焊缝焊接质量要求高，焊接难度大。

•（5）采用梭形加强节点,制作难度大,精度要求高。

•（6）雨季施工难度大

•综合展厅的钢结构施工高峰期在8～10月份，正值中山地区的雨季和高温季节，同时受台风的影响，吊装安全控制和焊接作业难度大。

•（7）工期压力大

•综合展厅钢结构约8000t，构件数量众多，需进行大量的现场拼装和高空对接作业，高空作业多、难度大，而钢结构施工条件差，安装工期却相对较短，仅两个多月，工期压力很大。

• 3.1

、方案比较与确定

序号 方案描述

优点 缺点 备注 方案一：采用传

统大型吊机吊装 根据桁架、钢柱的重量和现场条件，选用一台200吨履带吊跨内安装GK 和KN 两个54米跨屋盖桁架，采用

一台200吨履带吊分段跨内吊装BG 跨（90米跨）屋盖桁架，另外选用两台50吨履带吊和两台50吨汽车吊进行

桁架拼装、钢柱吊装及屋面支撑的安装。

（1）技术成熟，吊机行走线路明确。 （2）履带吊作业灵活机动，吊机有效利用率高，劳动力效率高，经济性好。 （3）易形成流水作业，有效利用作业面。 （4）上述方案采用的大型吊机

为我公司自有资源，型号较为

常见，在广东当地租赁市场资

源丰富，价格适中且能保证吊

机按期到位。

（1）采用了大型吊机跨内吊装，行走路线上道路处理和进出场费用较大。 （2）90米跨分段吊装需要搭设临时胎架，跨内拼装和吊装需避让管沟和土建建筑物。

现场施工方案

针对本工程的结构特点，可行的施工方案主要包括大型吊机吊装和累积滑移两种思路，以下表格对两种方案优缺点进行详细的分析，经比较论证，综合展厅现场施工采用传统的大型吊机跨内吊装。

序号

方案描述 优点 缺点 备注 方案二： 采用累积滑移工艺。 钢屋盖采用“分段制作、低空拼装、高空成型、累积滑移”的施工方法。即厂内根据运输条件和现场组装吊机工作能力，桁架的主弦管分段进场，各种桁架进行地面拼装，然后高空对接成36m 的滑移单元，最后采用液压同步技术累积滑移。屋盖安装采用的吊装设备为一台150吨履带吊、两台100吨履带吊、三台80吨履带吊及6套滑移设备，钢柱安装需要两台50吨履带吊。

（1）受跨内场地条件限制小，技术先进，工艺成熟。 （2）作业平台位置固定，便于安全和质量管理。 （1）钢屋盖均采用累计滑移工艺需要搭设大量的滑移设施，需要架设在已有的土建结构和钢柱上，而本工程由于土建施工滞后而且工作面移交不规律，致使滑移设施的架设不能达到滑移工艺要求。 （2）本方案虽受跨内场地条件限制小，但我公司中标后经过再次现场勘查发现，总包在施工区域外侧开挖了一条人工河道，恰好占据了部分地空拼装的场地，使作业面大幅缩小，不利于滑移工艺实施。

（3）采用滑移需要投入大量的滑移梁、滑移支撑柱及轨道等临时设施，

另外由屋盖与其下部钢柱或土建结构连接节点复杂，滑移时需要特殊处

理。因此滑移工艺措施量较大，施工成本高。

（4）大型吊机投入多，利用率低，而且低空拼装和高空成型的施工过程占用主导工序，加大施工周期。

(5)需要土建同时提供三跨的工作面

本方案为我公司投

标阶段采

用的方案