连载丨大型钢管桁架空中拼装技术的应用研究（1）

1  工程概况

某篮球馆钢结构屋面主要采用管桁架+钢檩条承重的结构形式。桁架主跨宽65.6 m,主跨两侧有附跨，总跨度为12.6 m（边跨）+65.6 m（主跨）+16.6 m（边跨）；柱间距12 m。

篮球馆平面尺寸为124.5 m×94.8 m，建筑面积为11 802 m²，建筑高度约26.5 m，整个主结构由六榀长度为94.8 m，中间主跨度为65.6 m的倒三角形管桁架组成，上下弦杆采用299×10和273×10的热轧无缝钢管，腹杆采用180×7、168×7、168×5、140×6、140×4.5、121×4等热轧无缝钢管，无缝钢管材质为Q345B；主管桁架之间采用平面连系桁架和支撑杆连接，与柱的连接支座为钢板刚性支座。管桁架支座为钢板刚性支座，钢板支座与柱顶采用M30螺栓（Q235B）连接；柱顶标高+19.090 m，支座处所有连接焊缝为一级焊缝，钢板、型钢、圆钢管的对接焊缝为一级焊缝。

2  管桁架钢屋盖安装难点

该工程的技术难点是六榀主桁架吊装，主桁架为三联跨位于馆内中部区域，中部主跨度65.6 m，重量大，在跨外吊装需使用超大型设备，费用较高；馆内前后侧从二层开始有阶梯看台，左右两侧有二层的功能房，馆内中部可供利用空间场地面积为65 m×35 m，主跨采用跨内吊装，经济合理，但主跨分两半跨单独起吊，空中对接拼装，需设计技术措施控制好对接精度。采用200 t汽车式起重机进入场馆内作业，结构预留出入口高度需保证4.5 m以上，满足汽车式起重机通行空间，因此出入口处要降低现有临时路标高，降至基础地梁的顶面，重新处理好临时路面。

3  钢管桁架的空中对接工艺和关键技术

3.1  空中对接工艺技术策划

整榀桁架在地面拼装台上分两段拼装，拼装后进行空中对接；空中对接是安装技术的关键。经多个方案对比研究，在馆内地面铺碎石层碾压整平，铺路基板，制作拼装台定位，确保拼装的精度。跨中设临时支撑架在空中对接成型。

地面拼装台按倒三角主桁架形状作拼装胎架：采用HW250×250×9×14的热轧H型钢焊接成型，长、高、宽尺寸根据主桁架放样确定。胎架的支撑点位置在主桁架节点附近，确保桁架拼装稳定。空中对接半榀桁架的最大重量见表1，最远吊装距离为20 m，主桁架安装高度不大于25 m，根据200 t汽车式起重机性能参数，选用主臂工况，吊装半径20 m，主臂长度44.9 m，额定垂直起重荷载22 t＞18 t，满足要求。如图1所示。

表1  半榀主桁架参数

图1  主桁架整榀示意

3.2  空中对接技术难点

两个半榀主桁架梁的空中对接受两方面的影响：一方面场地受限制；另一方面两侧共4榀主桁架的下部已有成型的混凝土结构看台，要保证看台结构不遭受承压变形破坏。

经测算，采用格构支撑架满足要求，在跨中位置设置一个临时格构式支撑架作为空中对接时的控制平台，支撑架上部2/3位置处设置直径15.5 mm钢丝绳缆风绳（抗拉强度为1 550 MPa，6×19 mm），4个角各1根。对已成型混凝土看台下部采用支撑架进行回顶，保证看台结构不遭受破坏。

3.3  空中对接支撑架的设计

支撑架中心位置位于图1的跨中间位置，支撑架与看台的位置如图2所示；支撑架采用格构式塔架结构，平面尺寸为1 500 mm×1 500 mm，支撑架立杆为L140×10，斜腹杆、横腹杆为L80×6，材质Q235B；在地面位置设路基箱作为支撑架的基础，由长5.5 m×宽1.3 m×厚0.14 m钢路基箱两块平拼接组成。采用构造相同的撑架在看台楼板下部进行回顶，确保撑架与看台混凝土楼板顶牢。

图2  支撑架的位置示意

支撑架设置在主桁架的跨中；ZCJ–3、ZCJ–4落位于场内地面路基箱上（高约22.12 m），ZCJ–1、ZCJ–6落位于标高+11.350 m的轴线和轴线处的混凝土看台上（高约10.77 m），ZCJ–2、ZCJ–5落位于标高+4.250 m的轴线和轴线处的混凝土看台上（高约17.87 m）。支撑架构造如图3所示。

图3  支撑架结构示意 

经对支撑架工况进行模拟验算（采用迈达斯软件验算），杆件的应力比及变形位移均满足承载设计要求，支撑架基础承载力满足要求。

3.4  支撑架上部对接平台设置

支撑架顶端按着主桁架的尺寸和高度，制作高空拼装胎架；胎架用Q345B钢，HW200×200×8×12的H型钢，用L80×6角钢设八字形拉撑，连接焊缝为满焊贴角焊缝（焊缝高度8 mm或同腹板厚度），胎架高度按主桁架的设计高度控制，支座垫板考虑起拱高度进行控制，宽度按三角桁架的管外尺寸加调节校正尺寸控制，调节校正尺寸取50 mm；胎架按三角桁架设3个支点，上部支点设调节钢板和调节螺栓，下部支点设调节钢板；空中拼装胎架的详细做法如图4所示。

图4  高空拼装落位胎架设计示意

胎架下部支点的调节板的设置非常重要，调节板的各层钢板的数量和厚度按卸载时的分步卸载高度设置。见表2、表3（表中J–1对应ZCJ–1）。

表2  下部支点垫板总数量 

表3  下部支点分层卸载拆除板数量