钻石造型空间钢管桁架施工技术探讨

［摘要］世界功夫中心演播中心和训练中心外造型为钻石形状，为钢管桁架结构形式；工程管桁架相贯口较多，现场安装焊接工作量大，制作安装过程中坐标定位困难；依据工程实际情况，划分基本吊装单元为异形多面结构形式，吊装单元采用现场组拼成型，采用一台180t自行式履带式起重机进行吊装，并通过SPA2000软件对吊装单元和结构的安装过程进行受力分析，论证了方案的可行性，施工过程中采用坐标转换法、倒链调整吊装构件角度等措施保证了制作安装的质量和精度。

［关键词］钢管桁架；坐标转换；施工技术

1工程概况

世界功夫中心（演播中心和训练中心）位于新乡市平原新区郑新大道以东、白河路以北、泰山路以西，分为训练中心和演播中心2个单体工程。训练中心和演播中心结构形式相同，主构件为直缝圆管，次结构为矩形钢管。其中训练中心单体结构长度方向跨度最大为70.4m，宽度方向跨度最大为59m，屋盖高处高度为22.4m；演播中心单体结构长度方向跨度最大为74.7m，宽度方向跨度最大58.5m，屋盖高处高度22.7m。

2工程重难点

（1）相贯口众多，组拼难度大。工程结构为空间钢管桁架结构，所有钢管接口均为弧形相贯口，制作和组拼难度较大。（2）结构分片困难。单体外观造型复杂，空间异面单元由三角形和四边形组成，以单个平面作为分片单元，势必造成高空焊接工作量过大，且影响工期；以多个平面作为分片单元对构件的组拼和安装制作要求较高，同时也增大了起重机的吨位。（3）构件空间就位困难。安装过程中，构件吊装就位需精确计算控制点的空间三维坐标，对测量定位要求较高。（4）构件外形不规则。若采用车间制作加工，再长距离运输，虽能保证构件的制作质量，但运输效率较低，构件的拆分也会更加小型化，必然造成安装工作量增加；若采用现场组拼的方法，受限于施工现场的设备、空间、标准化流程、人员素质等，对组拼精度和质量是一种考验。（5）项目单体跨度较大，临时支撑较少，构件受自重作用明显，安装过程中构件的挠度控制及合龙段的控制至关重要。

3主要施工方案

3.1吊装单元划分

最终方案采用多面组合吊装方案。分析过程为：工程工期较紧，2个空间桁架单体从第一片吊装单元起吊至桁架结构完工不足80d时间；空间桁架结构造型复杂，安装精度须在可控范围内；如采用单面吊装形式，在合并部分较小的平面单元后粗略计算每个单体的吊装次数将近100次，结合构件的制作周期、现场安装工人配置数量计算，无法在预定时间内完成安装；采用先主骨架后次骨架的吊装方式，遇到的主要矛盾是现场安装工人数量无法满足过大的工作面，且空中焊接作业量太大，无法保证安装精度且存在较大的安全隐患；采用多面组合吊装方案减少了吊装次数，并使大量的焊接工作在地面进行，减少了安全隐患，并且可从车间抽调焊工到现场进行地面作业，减少了劳务用工量，有效利用了工作面，并避免了劳务队窝工。

3.2制作加工

工程所在地距离加工车间65km左右，交通运输较为便利，但考虑到构件的尺寸、类型，若构件在车间制作组拼成型再运往现场，几乎无法实现，只能采取杆件在车间下料成型，再打包运往现场进行组拼；该方式除了能配合吊装单元的划分结果外，还能增加车间的周转效率，基本无须占用加工厂构件堆场，减少了二次搬运量。现场2个单体分别在场区入口处设置一个构件组拼和存放场地，方便入场材料卸车和搬运；场地设置专用的组拼胎架，采用全站仪、钢尺等配合进行定位放线和校核，按照既定的拼装单元现场组拼，采用人工焊接的方式进行组焊。

3.3现场吊装方案

现场两个钢结构单体最远端距离超过200m，且根据吊装单元划分结果可知，吊装单元重量均值超过15t，因此采用固定式塔式起重机即不经济又没有操作的可行性。最终吊装方案确定为：采用180t自行式履带式起重机沿结构一周设站吊安；并对塔式起重机行进路线采用砂石硬化，现场配置1台25t汽车式起重机进行小型构件的转移和吊运。

3.4过程控制模拟方案

在构件吊装和结构安装施工的各个阶段，由于构件和结构自重的因素，会造成局部应力或挠度过大，因此，有必要对施工过程进行模拟分析，通过计算对施工方案进行论证，保证施工安全可靠；工程采用SPA2000软件进行模拟计算。

3.4.1起吊过程构件单元初步划分完成后，通过对吊装单元在吊装过程的受力分析和端部挠度分析，探究吊点位置设置是否合理，而优化吊点位置或改变吊装单元的结构划分。

3.4.2安装过程对结构安装的各个阶段进行模拟分析，计算模型的应力值和挠度值是否在允许范围内，对有不满足的情况，采取加固措施。以下就演播中心的部分模拟过程示例（图1）。通过对不加临时支撑的结构模型的计算结果分析发现：存在吊装单元根部应力比过大、端部挠度变形超标的现象，遂在结构内部增设2个临时支撑。临时支撑截面为1.5m×1.5m格构架，临时支撑的主肢截面为L140×10，缀杆截面为L45×4，支撑架顶部杆件截面为HW200×200×8×12。2幅支撑之间联系杆件截面为HW150×150×6×10。

4主要施工技术要点

钢管桁架因制作技术复杂、建设要求严格，较易产生多种质量问题，应依据实际情况，制订最佳的解决方案。在设计阶段，如未能选取最为合适的焊缝形式，则在混凝土管柱灌注混凝土时容易产生左右肢钢管互通，还可能导致肩梁处竖向焊缝打爆。据此，制订了以下解决办法。由于本次施工所采用的螺旋钢管均为定长，因此应严格控制螺旋钢管的生产环节。对于一些无法满足施工要求的原料，应进行钢管对接处理，在此过程中始终保持钢管的断面吻合。接环型焊缝对于质量的要求较高，在焊接时应加设内衬板。在肩梁位置，将常用的纵向角焊缝改为坡口焊缝。钢管桁架应设置相应的胎架，首先确定主弦杆位置，并装配腹杆。要保证焊接全部完成后，才可去除胎架。因施工要求，故对焊缝质量等级要求为三级，可显著减少焊接数量，并能预防焊接变形，避免管壁较薄的螺旋钢管被烧穿。

5结束语

随着近年来钢结构的快速发展，复杂造型钢桁架结构形式因其特有的优势，必然会越来越多被采用，对该类工程施工技术的探究意义重大；本工程立足工程实际对吊装单元划分、构件组拼成型、控制点测量定位等进行了有益探索，保证了施工进度和质量，也为同类工程的实施积累了经验。在钢结构主体建筑被广泛应用的发展趋势下，建筑企业应深入研究钢管桁架施工技术，使其能够在大型建筑施工中发挥出应有的作用。

参考文献

[1]周元.大体积复杂架构桁架结构施工技术[J].钢结构，2019（4）：107–110.

[2]黄向阳，马建明，等.大跨度空间钢结构精密工程测量技术方案研究[J].测量通报，2009（8）：39–43.

[3]钢结构工程施工质量验收规范：GB50205—2001[S].[4]钢结构设计规范：GB50017—2003[S].

作者：段常智 王宜峰 张艳意 单位：河南省第二建设集团有限公司