鋼結構技術論文
中國建筑金屬結構協會
建筑鋼結構分會主辦
摘要：文章主要介紹江蘇省泰州博物館懸挑鋼桁架梁的安裝施工工藝，重點在于大跨度桁架懸挑結構借助臨時支撐胎架的定位和卸載，保證施工安裝精度和現場焊接的變形控制。
關鍵詞：懸挑大 臨時支撐胎架 卸載
1、工程概況
泰州博物館位于江蘇泰州市文化中心，東臨鼓樓南路，南臨圖書館，西臨藝術廣場，北臨規劃展覽館，詳見圖1。建筑面積22251平方米；結構層次分為：地下一層和地上四層的框剪結構；主體鋼結構件約為1110噸，鋼柱為十字柱和H型柱總體重量約321噸，鋼桁架及鋼梁約789噸；東側懸挑主桁架共4榀，最大桁架懸挑長度18米，西側懸挑主桁架共5榀，每榀桁架長約18米；屋面采光頂主桁架7榀，每榀長度約為13.5米。此工程由中國建筑北京設計研究院設計，主體結構為型鋼混凝土結構，基礎頂到二層結構有17根鋼柱，在二層以增加鋼柱數量達到25根。西側四層至屋面有兩層懸挑桁架中心高度為6.95米，桁架懸挑長度為18米。東側二層開始有三層外懸挑桁架，三層桁架高度為13.8米，最大懸挑長度為18米。鋼柱構件單重比較重，最大截面鋼柱每米重量約為800kg，懸挑鋼梁截面比較大最大規格為H1150*570*34*34，每米重量約為593kg/m。
圖1 泰州博物館效果圖
2、工程重點及難點分析
（1）本工程重點鋼構件制作精度要求比較高，焊接量比較大，焊縫等級要求比較高，節點位置比復雜，組裝比較困難。
（2）鋼柱及懸挑鋼梁截面積比重比較大，單根構件重量比較大，現場塔吊不能滿足吊裝要求，必須采用大型吊裝機械進行場施工，由于現場周圍建筑同時施工，施工道路受限，構件及吊裝機械不能直接運到施工區域，必須進行回填滿足構件運輸及吊裝要求。
（3）東、西兩側懸挑跨度比較大，最大懸挑長度18米，單榀桁架重量比較大，最大單榀桁架重量約為38T，單榀桁吊裝比較困難，必須合理分段進行吊裝，安裝精度要求比較高，懸挑桁架下撓度控制比較困難。
（4）四層以上鋼梁型號規格比較大，現場塔吊不能滿足吊裝要求，必須進行利用自制吊裝安裝，安裝難度比較大。
（5）本工程與土建單位交叉作業同時進行，安裝工藝及工序比較復雜，必須混凝土強度達到一定等級要求時，我鋼構件方能進行安裝，須配合工作比較多。
主要結構特點
型鋼柱主要節點模型（見圖2）：
圖2 泰州博物館 主要節點模型圖
懸挑部分鋼結構整體模型：
A東懸挑部分（見圖3）：
圖3 泰州博物館東懸挑部分模型圖
B西懸挑部分（見圖4）：
圖4 泰州博物館西懸挑部分模型圖
3、施工方法
3.1 東側、西側懸挑桁架安裝：
東、西兩側懸挑桁架安裝，在混凝土主體結構澆注完畢并強度達到100%時，東西兩側懸挑桁架同時進行安裝。
西側懸挑桁架安裝思路（見圖5）：
懸挑桁架地面組裝 根據吊裝圖進行桁架分段 安裝支撐架格構柱設立 內側與鋼柱相連接桁架安裝 桁架間鋼梁安裝 外側桁架安裝 桁架間鋼梁安裝 組裝焊接完畢與東側懸挑桁架同時卸載
圖5 泰州博物館西側懸挑桁架支撐架
東側懸挑桁架安裝思路（見圖6）：
懸挑桁架地面組裝 根據吊裝圖進行桁架分段 安裝支撐架格構柱設立 二三層懸挑桁架安裝 桁架間鋼梁安裝 四層桁架及腹桿安裝 桁間鋼梁進行安裝 組裝焊接完畢與西側懸挑桁架同時卸載
支撐格構架設立（見圖7）
根椐桁架支撐點的位置進行放線定位，格構柱支撐點平面圖（見圖8）：
圖6 泰州博物館東側懸挑桁架支撐架
圖7 泰州博物館支撐架示意圖
圖8 格構柱及攬風繩柱腳圖
根據懸挑桁架的位置考慮施工現場實際情況及運輸要求，在工廠內對桁架分段制作，現場分段拼裝、吊裝。現選取典型吊裝單元進行吊裝演示：
3.2 西側懸挑桁架分段吊裝：
西側懸挑桁架分段后最大重量約為16.1T，吊裝采用130T汽車吊進行吊裝
桁架吊裝鋼絲繩選擇
圖9 泰州博物館桁架吊裝示意圖
圖10 受力簡圖
最大桁架重量16.1T，用兩根鋼絲繩進行起吊，F=G=16.1T
F1=F/（2cos30）=161000/(2*0.866)=92956N
鋼絲繩選型號為6×37+1，鋼絲繩抗拉強度為1770N/mm2
P破=0.3×d2×σ P破/k=P許 吊裝用鋼絲繩安全系數K取值為8。
P許=92956=0.3×d2×σ/k
d=37.4mm,鋼絲繩取值d=38mm，滿足吊裝要求。
3.3 桁架吊裝步驟
第一步：HJ-1-1、HJ-2-1、HJ-1A-1、HJ-2A-1桁架進行吊裝（見圖11）
圖11 泰州博物館桁架進行吊裝
第二步：HJ-1-1、HJ-2-1、HJ-1A-1、HJ-2A-1斜撐腹桿安裝（見圖12）
圖12 斜撐腹桿安裝
第三步：HJ-1-1、HJ-2-1、HJ-1A-1、HJ-2A-1桁間鋼梁安裝（見圖13）
圖13 泰州博物館桁間鋼梁安裝
第四步：HJ-1-2、HJ--2、HJ-1A-2、HJ-2A-2桁架進行吊裝（見圖14）
圖14 桁架進行吊裝
第五步：HJ-1-2、HJ-2-2、HJ-1A-2、HJ-2A-2斜撐腹桿安裝（見圖15）
圖15 泰州博物館斜撐腹桿安裝
第六步：HJ-1-2、HJ-2-2、HJ-1A-2、HJ-2A-2桁架間鋼梁安裝（見圖16）
圖16 桁架間鋼梁安裝
第七步：HJ-3安裝及外側相連鋼梁安裝（見圖17）
圖17泰州博物館 HJ-3安裝及外側相連鋼梁安裝
全部安裝就位后，進行對稱焊接，應以偶數位焊接工人對稱進行，焊接時應由內向外，順時針進行，保證焊接應力的釋放。全部焊接完成后，經檢測合格后，進行卸載。
3.4 支撐卸載:
東、西兩側懸挑桁架整體安裝完畢后，兩側同時進行卸載，卸載次序：首先卸載次要支撐格構柱，再次進行卸載重要支撐格構柱。HJ-1，HJ-1A、HJ-2、HJ-2A、HJ-4、HJ-5外側支撐格構柱為主要支撐，其余支撐為次要支撐格構柱。
桁架卸載步驟：
第一步：次要支撐卸載（此卸載以西側為例）（見圖18）
圖18 泰州博物館西側次要支撐格構柱卸載立面圖
西側次要支撐在卸載時，四根支撐同時按10mm的層次進行調節區割除，同時觀察桁架下弦變化情況，在沒異常情況發生后再次進行割除下一個層次，直至支撐柱與桁架下弦脫離。（見圖19）
圖19 泰州博物館次要支撐脫離桁架下弦立面圖
第二步：次要支撐拆除（見圖20）
圖20 次要支撐拆除后方面圖
第三步：主要支撐卸載
所有次要支撐卸載完畢后進行卸載主要支撐格構柱，拆除方法與次要支撐格構柱方法相同，在主要支撐拆除過程中進行測量桁架下撓度，發現異常急時停止。（見圖21）
圖21 泰州博物館主要支撐卸載圖
卸載完畢后進行主支撐格構柱移除，卸載完畢。
至此，本工程鋼結構安裝全部結束，經過無損檢測，應力測定及基礎沉降和桁架繞度觀測均符合設計及規范要求。
4、結束語：
因篇幅有限，未對全部施工過程進行敘述，本文僅對大跨度懸挑桁架的安裝過程進行簡單描述。從本文可以看出大跨度懸挑桁架的施工應根據施工現場的實際情況科學、合理的選擇施工方法，在有可能的情況下架設支撐點，使懸挑桁架兩端受力平衡，保證施工安全。
參 考 文 獻
[1] 董石麟,羅堯治,趙陽:新型空間結構[J].人民交通出版社,2006(34):31-34.
[2] 鋼結構設計規范,GB50017-2003.
[3] 王秀麗.大跨度空間鋼結構分析與概念設計[J].機械工業出版社, 2001, 30(5):70-85.
[4] 孫建琴.大跨度空間結構設計[J].科學出版社,2009（2）：75-80.
作者簡介：何海（1978-），浙江中南建設集團鋼結構有限公司銷售副總，工程師
聯系地址：杭州市濱江區長河街道（310052）
：