双向不等高正交钢管桁架分块整体提升施工工法

双向不等高正交钢管桁架分块整体提升技术1前言近几年我国高速速铁路建设迅迅猛发展，一一大批具有地地域特色和创创新理念的铁铁路站房脱颖颖而出。铁路站房屋面设设计多以大跨跨度钢结构为为主。由我公公司承建的XXX站房屋面采采用巨型空间间桁架支撑网网架结构体系系，其中主站站房屋面网架架部分的下弦弦，两个方向向不在同一标标高平面上，这这种不等高桁桁架结构形式式在国内首次次采用，通过过对桁架自身身的受力进行行研究论证，先先后淘汰了高高空原位拼装装、400T履带吊跨外外吊装等方案案，最终决定定采用计算机机液压分块整整体提升施工工技术。经科科学组织、精精心施工，成成功的完成了了本工程的施施工任务，在在施工过程中中，总结了许许多施工经验验并形成本工工法。2技术特点点2.0.1本工工法充分考虑虑双向不等高高桁架的受力力不均衡性，采采用Midas软件进行分分析，对整个个屋面进行合合理分块，按按分块单元采采取整体提升升就位的施工工工艺，方案案合理科学；；2.0.2提升升吊点设置在在屋盖两侧的的主桁架上，其其中主桁架二二自身为超长长轻薄大跨度度钢管桁架（跨跨度132m，高度23.8m，宽度仅1m）,故施工中既既要考虑屋盖盖自身分块单单元的稳定性性又要充分考考虑提升过程程对两侧主桁桁架的受力影影响，合理确确定分块单元元的提升顺序序，将屋盖安安装对主桁架架二的变形控控制在其设计计允许的范围围内；2.0.3采用用本工法较传传统的原位拼拼装及跨外吊吊装，减少了了大量的脚手手架支撑及大大型机械投入入量，降低了了材料及设备备的投入成本本；2.0.4屋面面钢结构吊装装、组对、焊焊接、防腐及及测量校正等等大量工作均均可在组拼胎胎架上完成，减减少了大量的的高空作业，有有效的提高了了屋面钢结构构施工的整体体质量及工期期要求；2.0.5采用用本工法可避避免不等高桁桁架局部杆件件由于受力不不均而造成破破坏的现象。3适用范围围本工法适用于飞飞机库、汽车车库、铁路站站房、大会堂堂、体育馆、展展览馆、影剧剧院等大跨度度、大体量及及双向不等高正交交钢管桁架屋屋盖体系，同同时也适用于于高层超高层层超大空间（会会议室、展览览厅等）钢管管桁架结构的的钢结构工程程。4工艺原理理4.0.1根据据结构本身的的特点和难点点，确定了“场外小拼、场场内楼面拼装装、整体提升升”的总体施工工方案；4.0.2由屋屋面不等高桁桁架的榀数，采采用计算机模模拟技术对空空间刚度单元元进行受力分分析，并最终终确定提升分分块单元的划划分及合理的的吊装次序；；4.0.3在已已吊装就位的的主桁架上设设置吊装设备备，做为屋面面体系的提升升吊点，安装装过程中采用用支护格构架架与主桁架下下弦主管加固固连接，增加加桁架本身的的受力支点，从从而确保安装装过程中主桁桁架的侧向稳稳定；4.0.4采用用计算机液压压整体提升技技术完成每一一个分块单元元的同步提升升，最终形成成完整的屋盖盖体系。5施工工艺艺流程及操作作要点以XXX站房钢钢结构屋面为为例。5.1厦门西西站钢屋盖特特点厦门西站钢结结构屋盖采用用巨型空间桁桁架支撑网架架结构体系，充充分体现了闽闽南民居“燕尾脊”的意念，其其中站房高架架候车室上部部钢结构屋面面采用双向不不等高正交钢钢管桁架，屋屋面设计曲线线造型高低处处落差达16m，南北向跨跨度为44m及55m，东西向跨跨度为132m，如图5.1-11~图5.1-3所示。图5.1-11高架候车室室上部钢结构构屋面平面布布置图（1/2区域）图5.1-2局部模型示示意图图5.1-3不等高桁架架竖腹杆节点点图5.2施工工艺艺流程施工准备施工准备小拼单元拼装提升分块单元拼装验收合格图纸会审、方案确定构件验收合格整体提升验收合格合拢段安装卸载应力应变监测图5.2施工工工艺流程图5.3操作要点点施工准备考虑运输问题，在在加工厂将所所有屋面桁架架按竖腹杆（SFG）进行分类类做成小段运运至施工现场场，因种类繁繁多，为避免免二次倒运，杆杆件进场一定定要根据每一一榀桁架所需需要的杆件配配套进场，确确保桁架拼装装顺利。1杆件出厂合格格证及各种标标记是否齐全全，尤其是多多面相贯的节节点部位在出出厂时要在管管口用洋冲做做好管口的上上下左右标记记，能够大大大提高现场拼拼装人员的效效率；2各杆件的几何何尺寸如长度度、圆管的管管壁厚度及直直径，平直度度等；3核对相贯口剖剖口尺寸及角角度是否正确确。5.3.2小拼拼单元拼装桁架自身跨度较较大（44m及55m），为便于于运输及吊装装，将每榀桁桁架分成三个个单元在胎架架上部进行卧卧拼，小拼时时将三个单元元同时放样、同同时拼装，分分段点部位采采用临时点焊焊固定，拼装装流程为：测量定位→胎架架制作→竖腹杆定位位→上下弦杆及及斜腹杆拼装装→焊接→脱胎→对胎架进行行复核校正→→下一榀桁架架的拼装1测量定位：次次桁架单元为为弧形，拼装装前应根据桁桁架的尺寸，在在拼装平台上上放出管桁架架主管的外形形线及接头处处各支管位置置的投影线；；2胎架的制作：：胎架要能够够承担桁架自自重、拼装桁桁架荷载及其其它施工荷载载，要有足够够的强度、刚刚度和稳定性性；胎架高度度应便于全位位置焊接，本本工程高度设设置为800mm。先将钢管管桁架主管吊吊上胎架，以以平台所划出出外形线及投投影线为基准准安放到位，进进行弦杆及支支管的对接和和焊接，每榀榀胎架设置的的同时还要考考虑到脱胎及及运输的方便便可行；3拼装：利用汽车吊将每每一榀竖腹杆杆吊装至胎架架上，并控制制好接口位置置，用调节钢钢板及限位板板调节其标高高和平面位置置后进行点焊焊固定，然后后用同样的办办法将上下弦弦杆吊装至胎胎架上进行测测量定位，最最后连接斜腹腹杆。全部点点焊固定后，重重新进行复测测，满足精度度要求后再进进行焊接，如如图-1所示。斜腹杆安装前要要注意上下弦弦杆隐蔽焊缝缝要先进行焊焊接，由于桁桁架拼装段长长度较长，考考虑到焊接收收缩对桁架长长度的影响，因因此每一段的的长度应控制制在比设计长长度长3-5mm；图-1小拼单单元拼装4焊接：焊接前前根据本工程程的施工特点点进行焊接工工艺评定，并并编制详细的的作业指导书书。拼装单元元的焊接由中中间向两边对对称焊接，焊焊接顺序如图图-2所示，禁止止同一根杆件件两端同时焊焊接；图-2焊接顺序图图5脱胎：焊接完完成经验收合合格后即可将将每一片桁架架单元进行脱脱模装车运至至现场进行中中拼单元的组组对，吊离胎胎架前应对每每一个拼装单单元对接口部部位使用角钢钢进行临时加加固，防止由由于运输碰撞撞及应力收缩缩造成杆件变变形。桁架脱脱离胎架后要要重新进行测测量复核校正正，方可进行行下一榀桁架架的组装。5.3.3提升升分块单元拼拼装使用Midass软件进行模模拟分析并综综合考虑各分分块单元在提提升过程中对对已安装就位位主桁架的影影响，达到安安全、科学的的提升目的，如如图-1、图5.3.33-2所示，将屋屋面一（二）、屋屋面三（四）各各分为5个提升分块块单元。图-1屋屋面一（二）提提升分块单元元图-2屋屋面三（四）提提升分块单元元1每一个提升分分块单元按由由中间向两侧侧对称拼装，如如图-3所示：图-3提升分块单单元拼装顺序序图2由于桁架两端端最大高差达达到16米，在顶板板上部不便搭搭设胎架，且且高差较大胎胎架稳定性很很难保证。如如图-4所示将桁架架调整至一定定角度，使桁桁架两端处于于同一平面上上，能够很好好的进行提升升分块单元的的拼装。图-4桁架调整角角度拼装图3注意事项1）拼装前要严严格检查单元元构件的长度度、曲线度，发发现有不合格格及变形的杆杆件要立即进进行整改；2）胎架自身的的水平度、垂垂直度、刚度度及稳定性要要有保证；3）桁架垂直度度的控制，可可采用调节揽揽风绳的方法法，在未形成成稳定刚度单单元前在桁架架两侧对称拉拉设2-4组揽风绳，揽揽风绳固定处处设手拉葫芦芦，通过手拉拉葫芦调节揽揽风绳的长度度，从而达到到控制桁架垂垂直度的目的的；4）在拼装单元元对接部位两两侧各1m位置处设置置支撑胎架，可可有效地保证证对接口拼装装焊接的精度度；5）拼装完毕后后，用全站仪仪及吊线锤的的方法检验桁桁架的起拱度度和垂直度。5.3.4整体体提升每个桁架单元采采用4点提升，提提升上吊点分分别设置在已已安装就位的的ZHJ1、ZHJ2和ZHJ3上。1提升能力计算算每一个提升分块块单元重量约约为100吨，四点提提升每点吊重重为100/44=25吨，使用40吨千斤顶提提升，利用系系数25/400=62.55%，满足提升升功能要求。2提升前准备1）ZHJ2防防变形措施为减少屋盖各分分块单元在提提升过程中对对超长轻薄ZHJ2侧向稳定性性的影响，防防止其产生较较大的变形，在在原ZHJ2提升中设置的9组1.28xx1.28mm格构式标准准节支护格构构架不拆除，将将其调整为标标准节顶部高高于桁架下弦弦水平主管，与与桁架下弦主主管加固连接接，以此来增增加桁架本身身的受力支点点，进而确保保了屋面分块块单元在安装装过程中主桁桁架的侧向稳稳定。如图--1所示。2）其它需检查查及注意的事事项：=1\*GB3①分块单元所有有一、二级焊焊缝已经经过过探伤，并验验收合格；=2\*GB3②分块单元结点点补漆工作完完成，并通过过验收；=3\*GB3③主桁架变形已已经测量，并并在设计及规规范的允许偏偏差范围内；；=4\*GB3④提升工装已经经通过验收，工工装附近脚手手架操作平台台已经搭设完完毕；=5\*GB3⑤提升单元与所所有支架、胎胎具等的临时时固定已经取取消；=6\*GB3⑥联系杆安装用用脚手架已经经搭设完毕，安安全网已经到到位和安全绳绳已设置好；；=7\*GB3⑦提前做好天气气资料收集，确确保提升过程程中不下雨，风风力不大于5级。图-1ZHJ2临时支撑加加固图3吊点的选择1）提升点平面面布置如图-4所示（图中1A-*、1B-*及2A-*、2B-*点）；2）提升点上锚锚及下锚形式式如图-2、3所示：图-2提升上锚点点定位形式图-3提升下锚点点定位形式4根据提升点的的布置及提升升工装的确定定，施工前要要对各个提升升工况下整个个屋盖完成后后的受力和变变形进行仔细细的分析和计计算，采用MIDAS程序，输入入相关参数(上下锚点构构造图)，建立计算算模型，给定定荷载值，准准确地计算出出各个工况下下，屋盖及两两侧主桁架的的受力状态，从从而合理确定定按每一个提提升分块单元元提升次序：：即屋面一（二二）由中间向向两边提升、屋屋面三（四）由由两边向中间间提升,按如图-4所示从提升升段1至提升段10逐个分块单单元吊装。根据计算结果，整整个屋面安装装过程中结构构最大x向位移为0.45mmm，最大y向位移为30.8mmm，最大z向位移为-28mm且所有结构构杆件应力比比均不超过0.5。说明结构构杆件在按照照上述提升工工况下是安全全可靠的。图-4各分块单元元提升次序图图5整体提升实施施阶段1）试提升所有准备工工作完成后，认认真检查提升升系统的工作作情况（提升升油缸、钢绞绞线、液压泵泵站、计算机机控制系统等等），启动液液压泵，使各各钢绞线从自自由状态下逐逐步拉紧，适适当调高油压压，当提升杆杆基本都受力力拉直时，再再观察提升工工装与钢桁架架连接处及钢钢绞线与千斤斤顶之间的锚锚固有无异常常情况。一切正常后后，试提升使使桁架脱离拼拼装胎架，提提升300-5000mm，悬停12小时，如图图-5所示，对对整个提升系系统进行充分分检验，查看有有无异常，方方可正式提升升。图-5试试提升阶段2）调整桁架角角度到达设计计角度。因桁桁架本身为曲曲线造型，高高度相差约16m，将桁架提提升起来后，保保持一侧提升升停止，缓慢慢提升另一侧侧千斤顶，调调整桁架高差差达到原设计计曲段，悬挂挂钢尺，使用用水准仪观测测提升高度，使使整个桁架处处于就位角度度，如图-66所示。图-6调调整桁架角度度至设计角度度3）正式提升：：保持提升速速度在4m/h左右，将桁架架两侧四点千千斤顶同步整整体提升至预预定高度，如如图-7所示，考考虑到控制系系统下降的风风险性较大，提提升结束位置置要稍低于理理论标高值，最最后采用全站站仪或经纬仪仪进行精确调调整至设计标标高。图-7正正式提升合拢:提升完成成精确定位后后，结构体系系仍处于不利利状态，须抓抓紧时间施工工与主桁架相相连接的预留留杆件，使得得提升段与结结构主体间能能够可靠连接接。5.3.6卸载载1卸载的前提条条件1）所有与两侧侧主桁架连接接的杆件已全全部安装并焊焊接完成，设设计要求需进进行UT探伤的部位位检测合格；；2）卸载当天风风力要求不大大于5级；3）卸载前要用用测量仪器对对提升单元的的稳定性进行行监测，确保保其在水平和和竖直方向没没有相对位移移反复出现的的情况下，可可以卸载；4）对参与卸载载的施工人员员进行详细交交底，严格按按照方案执行行，听从现场场总指挥统一一协调，确保保卸载过程在在安全有序的的条件下进行行。2卸载方法对桁架提升点采采取分级卸载载的方法，卸卸载比例为30％、30％、20％、20％；3每一步的卸载载完成后，要要用全站仪对对两侧的主桁桁架以及屋面面结构受力较较大的部位进进行变形监测测，待监测完完毕无大的变变形后方可进进行下一步的的卸载；4卸载完成后拆拆除液压提升升设备。5.3.7应力力及位移监测测为保证屋面不等等高桁架在整整体提升过程程的安全性和和可靠性，在在提升过程中中对其自身结结构及两侧提提升支撑主桁桁架的应力和和位移采用有有限元数值模模拟分析。根根据钢结构屋屋面上关键受受力部位的应应力以及位移移监测数据，确定数数值模拟与实实测值的差异异；将数值模模拟与实测相相结合，对结结构安全性作作出评估，并并跟踪监测在在施工各阶段段主要受力构构件的内力和和变形，发现现问题及时解解决，以保证证结构安全。应力监测系统采采用在构件上上安装钢弦式式传感器进行行，本工程高高架候车室上上部屋面钢结结构共布设应应力测点40个，位移测测点24个。测点随工程进进度在所在桁桁架提升或吊吊装前通过焊焊接安装。监测过程主要针针对结构在提提升前后、支支撑体系拆除除前后、以及及后期荷载和和温度等变化化导致的结构构杆件内力和和变形的变化化而进行。监监控数据为提提升动作指令令的发出提供供了强有力、科科学、有效的的依据。图所所示为其中一一个监控点在在某一施工工工况下的应力力曲线监控数数据值。图整体提升过过程中某一个个监控点的应应力曲线变化化模型6材料与设设备6.1主要材料料6.1.1结构构用钢管序号构件管径（mm）材质1圆钢管直径＜180Q235B高频频焊管2180≤直径<<203mmmQ235B无缝缝钢管3直径≥203mmmQ345B无缝缝钢管4直径≥402mmmQ345C无缝缝钢管注：1钢材均要求求具有抗拉强强度、伸长率率、屈服强度度和硫、磷、碳碳含量的合格格保证及冷弯弯试验的合格格保证；2钢材的屈服强强度实测值与与抗拉强度实实测值的比值值不应大于0.85，伸长率不不应小于20％，应有明明显的屈服台台阶，且应具具良好的可焊焊性和合格的的冲击韧性；；3当圆钢管壁厚厚≤12mm的,可为焊管；；当壁厚>12mm时可按径（内内径）厚比Υ确定，当Υ≥20时可为焊管管。6.1.2焊接接材料序号焊接方法钢材牌号焊接材料1手工电弧焊Q235BE43XX（低低氢型焊条）2Q345E50XX（低低氢型焊条）3Q235B与QQ345E43XX（低低氢型焊条）4CO2气体保护护焊Q235BER49-1Q345B（QQ345C）ER50-3（ER50--2）6.1.3涂装装材料序号涂装要求名称厚度1底漆无机富锌底漆80μm（2xx40μm）2中间漆环氧云铁100μm（22x50μm）3面漆聚氨酯60μm（2xx30μm）6.2主要设备备序号名称型号单位数量起重运输设备1履带吊50t台12履带吊25t台23汽车吊25t台44汽车吊50t台25平板车25t台46叉车5t台2提升设备740吨千斤顶LSD400台20（2台备用用）8液压泵站套49控制柜台210压力传感器台411对讲机台10焊接工具12交流焊机BX1-4000台513直流焊机400A/244KVA台514CO2半自动焊焊机NBC-5000（SD-50001CY）台1515自控焊条烘干箱箱YZH2-1000台516电焊条保温筒W-3个2017碳弧气刨炬W-500型套2测量及检测工具具18水准仪BT28-DSSZ3台319经纬仪DJ2台220全站仪徕卡TCA20003台121超声波探伤仪CTS-22台222数据采集器（IIMP）台523应变计片6024位移计台325干漆膜测厚仪ETA-0688F台326红外线测温仪UT301C台227焊接检验尺把307质量控制制7.1执行标准准序号项目执行标准1钢结构工程施工工质量验收规规范GB502055-200112建筑钢结构焊接接技术规程JGJ81-220023气焊、手工电弧弧焊及气体保保护焊焊缝坡坡口的基本形形式与尺寸GB985—119884钢结构设计规范范GB500177—20035《建筑施工高处处作业安全技技术规范》JGJ80-9916《施工现场临时时用电安全技技术规范》JGJ46-220057《钢焊缝手工超超声波探伤方方法和探伤结结果分级》GB113455-198998工程测量规范GB500266-200777.2桁架结构构允许偏差序号项目允许偏差（mm）序号项目允许偏差（mm）1拼装单元总长±5.05上弦顶面标高±15.02拼装单元弯曲失失高(l弦长)l/1500，15.06拼装单元节点处处杆件偏移4.03对口错边t/10，3..07节点处杆件轴线线错位5.04剖口间隙+2.0，-11.08桁架跨中高度±10.07.3提升轴线线控制偏差序号项目允许偏差（mm）1油压千斤顶安装装轴线偏差≤52桁架上弦提升固固定锚尺寸偏偏差≤53提升瞬间调整偏偏差≤34控制轴线综合偏偏差≤58安全措施8.0.1进入入施工现场所所有施工人员员必须带好安安全帽，高空空作业必须系系好安全带、穿穿防滑鞋。特特殊工种（如起重工、电电焊工、电工工、架子工、信号工等）必须持证上岗，严格执行本工种安全操作规程；8.0.2起重重设备的行驶驶道路必须坚坚实可靠，严严禁超载吊装装及歪拉斜吊吊；8.0.3施工工前应对吊装装用机械设备备、吊具、索索具等进行检检查，凡不符符合安全规定定的，严禁使使用；8.0.4高空空作业人员使使用的工具及及安装用的零零部件，应放放入随身佩带带的工具袋内内，严禁在空空中抛掷；8.0.5焊接接作业要有动动火证、设置置接火盆，作作业区域下方方要将可燃物物清理干净并并配置看火人人及一定数量量的灭火装置置；8.0.6吊装装作业范围内内应设置警戒戒线，树立明明显的警示标标识，非工作作人员严禁入入内；8.0.7所有有设备在提升升前均要进行行保养、检查查，千斤顶要要经过保养清清洗并经压力力试验方可使使用；8.0.8提升升用钢绞线在使用前要进行细致的的检查鉴定，有无断丝和电焊损伤情况；8.0.9施工工现场临时用用电采用“三级配电、二二级保护”，实行“一箱、一机机、一闸、一一漏电保护”；8.0.10施施工过程中应应避免交叉作作业，当无条条件避开交叉叉作业时，不不得在垂直方方向上操作，下下层作业的位位置必须处于于上层可能坠坠落的范围之之外；8.0.11在在各个提升千千斤顶周围用用架子管搭好好平台并配好好护栏、防护护网及生命线线等，以保证证施工人员的操作安全和和方便；加强对施工人员员的安全教育育和培训，并并编制详细的的安全应急预预案。9环保措施9.0.1材料料堆放场地应应平整，构件件按安装区域域分类堆码，下下垫枕木，防防止下雨时浸浸泡在水中产产生锈蚀；9.0.2焊接接时应采取有有效的防护措措施，防止焊焊渣乱溅，剩剩余的焊头、焊焊丝及焊渣要要及时清理至至指定位置；；9.0.3防火火、防腐涂料料在现场要集集中储存，随随用随取，未未用完的涂料料要及时回收收，严禁随地地丢弃；9.0.4提升升设备油管做做好防护措施施，防止油管管损坏污染施施工场地；除锈作业宜封闭闭进行，作业业人员应配备备防护措施；；9.0.6合理理安排施工活活动，减少电弧光、施施工噪声