带单向斜拉杆的大跨度钢桁架施工技术

带单向斜拉杆的大跨度钢桁架施工技术何辉1，郐国雄1，朱继华2，王博锐2（中建钢构有限公司，深圳518040）摘要：东莞篮球中心钢屋盖为马鞍形空间异形结构，各三角桁架分属不同空间位置，受力体系为非平面空间错位发散性体系，应力分布极为复杂。桁架中的单向斜拉杆在国内尚属数次采用，没有相关经验。钢拉杆安装到位后的张拉引起的局部应力变化会引起整个屋盖的应力重分布。因此，如何将带单向斜拉杆的大跨度三角桁架吊装到位并临时固定；如何选定合理的安装方案及钢拉杆的张拉顺序，使整个屋盖的受力体系不出现异变；如何在钢拉杆整体完成张拉之前保证结构的整体稳定性与安装精度，同时考虑安装费用的控制，此类问题的综合性研究探讨，对今后本类型结构的施工具有重要意义。关键词：钢桁架；单向斜拉杆；钢拉杆张拉；十字型双面临时交叉撑；应力重分布TheConstructionTechnologyofLarge-spanSteelTrusswithOne-wayDiagonalBar但H次e故料H霜u辆i裹1抢，边K里u野a糖i拳虑G美u叫o前x闻i子o肌n掌g阻1婆，补Z搏h令u战趋J乓i仔h菌u咽a御2拜，迷W杠a壮n敲g版菠B罗o株r咱u怪i上2浆(嚷C妙h稿i冰n甲a罗例C辫o厌n包s雾t情r择u煌c沟t女i者o妖n鼻贸S吸t取e显e岭l呈夺S扎t盖r姐u熔c挽t瓣u艺r远e敲闹C机o芬r揭p奉.傍L喂T父D盏窝S寿h议e趁n游z滴h衡e挖n斯寒G谢u膊a啦n仙g沫d骗o预n许g暂庄5祥1唯8瞎0玻4袜0扩，踏C层h宿i堂n肾a覆)Abstract:断T翻h哭e欣哥s向t舟e牢e灭l界说r园o样o主f屯秆o墨f廊钟b游a术s关k沉e宏t羞b辨a注l制l辰款c灭e周n冶t欢e吃r遮批i聚n吗乐D间o庄n外g醋g贩u法a谦n叫筝i愿s妙塘a导殿s匙a躲d算d傲l牢e章-佣s荐h点a旬p线e摘d递组s污t隙r忧u佛c础t堆u兽r揉e右坝w礼h熔o符s剥e牌晚t漂r叙i忌a豪n桨g茎l朝e俊刘t粗r敬u木s橡s创e杀s眨卖l给o敢c留a拿t县e岩d保愧i构n壳晚d押i省f胃f什e昨r建e厕n党t肺翻s蹦p翠a虽t榴i胜a霉l充荷p奴o社s嗽i妹t泊i访o崭n穷芝w弃i头t职h舞爹c言o伯m询p控l械i黎c贼a末t轻e仙d滤惕s祸t皆r舞e谎s姜s殃江d琴i膝s俭t毅r着i休b肌u干t电i罚o稍n基.汪W渠i梁t泥h法展n止o该牧e奇x旧p量e愈r行i班e贩n铜c侧e秧s他,赏嘴i谅t凭控i袖s仪售t发h抬e横师f你i辩r巧s规t扛衣t层i牧m倚e伸任o驼f或江t饿h粪e蛾沙o取n互e爱-右w冤a虎y允碗d唇i悬a升g涝o堵n炼a董l诚澡b阀a躁r拾浙i币n沾旱t似h研e拌猫t时r亩u侍s臣s使量p蒜u猜t结t里i俊n玉g绪搜i壳n啦t铅o椒得u钞s伪e真.砍与T黎h吹e叮汤c骑h池a规n危g学e艇s疼筑o泼f烤贯s单t己r嫩e露s挤s总蝶o梢f毫劳a合姐p咱a浆r粒t眉锣c仪a椒u董s锅e收d愚展b绒y黄比t王h标e待茫t暗e午n彻s畅i芬o笼n砌怒o雁f着引t疗h允e驻淡s口t纤e春e状l劣返b沃a掏r雪婚w县i悟l厚l士抹l桶e寄a丸d完晕t多o卸慨t冰h善e艺明s本t砌r胜e踩s矛s取天r萄e软d做i戒s奖t淋r胃i坏b谎u异t沫i语o钩n摘墓o欢f素两t庆h绵e博爽w院h先o贱l害e个绿r塑o标o瞎f烘.欢飘H暮o冲w滥担t吵o背败h骡o兴i备s茂t武授t知h渴e鸣躺t誓r替u浊s器s钳叛a倚n首d替坏s窝e乔t翠t逗l鹿e幕旨i这t营?耕H炮o吗w翠补t渠o妨且c煮h亡o弦o坊s峰e六净a客乳r书e扬a导s输o砌n登a剂b沸l宽e掘科i尝n兰s拨t讯a逗l项l性a岩t柄i吗o轿n包帽p庙l电a货n华躬a皇n谢d毒以o惰r汤d冶e雾r有邀t腿h圆e白遥t谣e记n星s搏i胁o样n谦讨o塑f游唉s抖t听e油e未l寸挠b粗a才r追s屋浊s啊o趟影a敏s检驻t祖o驳阴c允o佳n谦t胆r碌o刻l闻台t向h场e乌货f化o口r晴c谨e膨忌s球y泛s仙t袍e砖m康虎o邀f暗货t叙h惨e慰休w角h跟o造l子e舌肺r垂o掉o够f尊?谅H膛o灶w稠恶t艇o英壳e按n炊s匙u档r东e剧朋t蠢h酱e束田w吧h播o渴l白e柜伯s躬t童r共u芝c孤t野u采r龄e后’述s骗痒s围t找a踪b爱i荡l核i劝t种y洗信a项n尖d冶程a石c打c眠u躁r千a筝c刃y过暑d葡u靠r难i止n耐g阳矛i挽n出s烂t辛a眯l纯l因a瑞t缩i裕o嫌n旺?鱼H衬o钳w叨赔t柿o创莫c穗o清n荐t径r弓o蔬l帝穴t虾h郊e姓潮t絮o蜘t酷a分l芦叨c肠o呆s拳t哥?盖T柏h异e少叶s规t稠u挂d布i研e绍s介片o复n伏婚t牧h赠e院s晴e封掀p尾r汁o股b竖l廊e选m美s遣颗a峰r舱e尤辰s铃i划g采n稳i灭f滤i榨c叮a猜n左t豆京f浩o恰r密德c农o缓n肠s债t邀r扑u柜c宜t小i忽o棵n昆迁o许f逃序t贯h因e救急s英a杀m单e未订k宴i知n持d铸趴s耳t系r错u止c加t出u殿r砌e肺妨i浩n笨丛t界h德e颠添f乐u独t片u督r葱e答.Keywords:Steeltruss;One-waydiagonalbar;Tensionofabar;Temporarycrossingbraces;Stressredistribution近年来钢结构行业采用新理论、新技术和采用新结构、新材料与新工艺后，其建筑设计、结构设计水平和钢结构产品水平均明显提高。但钢桁架中的单向斜拉杆在国内尚属首次采用，对钢桁架在吊装过程中的应力变化和对钢桁架应采取的临时稳定措施未进行相关研究和探讨；与此同时，单向钢拉杆在钢桁架中的张拉工艺和顺序的确定也未有很好的分析。基于上述原因，本文对带单向斜拉杆的大跨度钢桁架在吊装中的施工模拟计算、临时稳定措施的设置和钢拉杆张拉施工等进行了计算与分析，并形成了较好的经济效益和科技成果，对未来类似钢桁架施工的收稿日期：2011-8-28；作者简介：何辉（1981-）男，本科学历，中建钢构有限公司工程师，广东省深圳市福田区车公庙泰然八路水松大厦17层，邮编：518040，电话mail：HYPERLINK"mailto:hepublic@163.com"hepublic@163.com"hepublic@163.com工程将起到较好的参考和借鉴作用，具有很好的现实意义。纵观国内已建成的各大型场馆及我公司所做工程中，类似本工程的屋盖带单向斜拉杆的三角桁架结构还是首次，无相似结构的安装技术，我们将充分运用公司的施工技术实力，项目技术人员努力攻关，争取在本项目中积累相关工程的经验，为以后类似工程施工提供经验指导。1工程概况本工程钢结构屋盖采用的是马鞍型车辐式结构，大屋盖直径约为160m，小屋盖为支撑于大屋盖直径30m内环上的圆形平屋盖，外沿直径为42m，呈马鞍型外环的异形空间曲面。外环的28根环向布置的落地V形柱和支撑于大屋盖上（沿直径119.76～128.22m近似椭圆上均匀布置）的28根斜柱共同支承屋盖。外环V形柱为直径610mm的圆钢管柱，长度为22m~31.5m；内环斜柱为直径299mm的圆钢管柱，最大长度不超过6m，内环柱以内大屋盖最大跨度为128.22m，大屋盖最大单榀桁架水平长度约为49m，重量约35吨。桁架高度为0~10m，桁架弦杆均为焊接箱形或类箱形截面，壁板最大厚度为50mm，局部变高，变厚；桁架直腹杆为圆钢管截面；斜腹杆为高强钢拉杆。马道结构通过方管拉杆与结构主杆件刚性连接，共4榀。钢结构主要材料为圆钢管和箱型梁，材质为Q345B、Q390C、Q390C-Z15及45#锻造件，钢结构总重量约4266t。图1钢屋盖整体效果图Fig.1Therenderingpictureofthesteelroof图2带单向斜拉杆的钢桁架效果图Fig.2Therenderingpictureofsteeltrusswithone-waydiagonalbar2钢桁架临时支撑设计与验算2.1钢桁架临时支撑设计由于钢桁架跨度大，且斜腹杆只可受拉不可受压。经计算，在起吊过程中，部分斜拉杆会产生轴向压力，因此需设置临时刚性支撑。当钢桁架吊装完成后，与相邻构件完成对接焊及其内部斜腹杆产生拉力后方可拆除。其设置示意图见下图3钢桁架临时支撑设置示意图Fig.3Thesettleoftemporarybrace2.2钢桁架临时撑杆验算采用槽14a作为临时支撑，双边设置，同时双边之间亦用槽14a连接（其间距不大于2米），以减少临时支撑的长细比来提高其整体稳定性。得出桁架本身及临时支撑的应力比均小于1，满足要求。采用MIDAS有限元计算分析软件对设置的吊点进行吊装过程分析，计算结果如下：图4结构变形矢量和（mm）Fig.4Thesumdeformationofthestructure图5结构应力分布云图（N/mm²）Fig.5Thestressdistributionofthestructure根据计算结果表明，设置此形式的吊点，吊装过程中吊装单元结构最大变形为6.460mm<L/400(L为桁架跨度），最大应力为66.29N/mm²＜310N/mm²，符合规范要求。2.3钢桁架钢丝绳验算（1）钢桁架吊点设置钢桁架+GZ2吊装单元长约49m，重心约在离GZ2一端2/3处。设置4个吊点；吊点位置设在直腹杆与上弦杆交接处的节点上，采用绑扎的方式起吊。吊点设置示意图如下：图6钢桁架吊点设置示意图Fig.6Thesettleofhoistingpointofthesteeltruss（2）钢桁架吊绳验算钢丝绳选用6×37+1型号，公称抗拉强度为1670MPa的钢丝绳。最不利钢丝绳受力大小为：360/4cos30º=103.92N，依据<<建筑施工计算手册>>（13.1.1吊绳计算)。钢丝绳容许拉力计算:钢丝绳容许拉力可按下式计算:[Fg]=αFg/K其中:[Fg]──钢丝绳的容许拉力(kN)；Fg──钢丝绳的钢丝破断拉力总和(kN),取Fg=104kN；考虑钢丝绳之间荷载不均匀系数，α=0.82；K──钢丝绳使用安全系数，取K=5；经计算得Fg=[Fg]K/α=634.14KN选择6×37+1，公称抗拉强度为1700MPa，直径为32.5mm的钢丝绳，钢丝绳的钢丝破断拉力为Pp=666.50kN>634.14kN故选择钢丝绳为6×37+1，公称抗拉强度为1700MPa，直径为32.5mm的钢丝绳。3钢桁架吊装的工况分析钢桁架总拼后单片重量最重为35吨，经分析采用1台600吨履带吊，塔式超起工况，主臂长为66米，副臂长72米，吊装半径为75米时可吊装53.8吨，满足施工要求，其工况分析图见下所示图7钢桁架吊装最不利工况分析图Fig.7Theperformanceanalysisofthehoistingofsteeltruss4钢桁架施工4.1钢桁架地面拼装拼装钢桁架直腹杆、斜腹杆、斜撑及GZ2，同时完成所有对接口固定，地面拼装图见下所示图8钢桁架地面拼装示意图Fig.8Theassemblingofsteeltrussontheground4.2钢桁架安装①安装第一榀主桁架临时侧向稳定支撑；②600t履带吊将拼装单元吊离拼装胎架，平放在平整的地面上；③将吊装用钢丝绳与吊耳绑扎牢固，调整好钢丝绳角度；④在桁架两端挂好溜绳，同时挂好缆风绳；图9缆风绳与吊装绳索绑扎示意图Fig.9Thebindingoftheropes⑤履带吊缓慢起钩，先将拼装单元翻身直立，然后起吊至安装位置，过程中安排两人拉动绳索，调整拼装单元在空中的方向，防止碰撞；⑥先测量定位主桁架与内环桁架相接的一端，并用临时连接耳板固定；⑦通过拉动手动葫芦，使带GZ2的一端缓慢下降，并调至与GZ2柱脚埋件对齐；⑧测量校正后将GZ2与其埋件临时焊牢，并将GZ2两侧临时撑杆焊牢，同时拉设缆风绳；⑨先松钩，测量复核无误后解钩。钢桁架吊装示意图见下图所示：图10钢桁架吊装示意图Fig10Thesketchofthehoistingofsteeltruss5结束语采用单向斜拉杆构成稳定受力体系的大跨度三角桁架同网架比，杆件较少，节点美观，可以建造出各种体态轻盈、造型独特的大跨度结构，在公共民用建筑中，尤其是在大型会展和体育场馆建设中，有着广泛推广应用的发展前景。在保证安装过程安全性的前提下，既要保证空间桁架体系整体安装的质量精度，又要尽可能的加快安装速度，对以上问题进行综合性研究探讨，对今后本类型结构的施工具有重要意义。参考文献[1]GB50017-2003.钢结构设计规范[S].北京:中国计划出版社,2003[2]GB50205—2001.钢结构工程施工质量验收规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2001.[3]JGJ81—2002.建筑钢结构焊接技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.[4]GB50026—2007.工程测量规范[S].北京：中国计划出版社，2007.论文题目带单向斜拉杆的大跨度钢桁架