一种中学文体中心钢桁架屋面施工方法与流程

本发明涉及一种钢桁架屋面施工方法，具体地说，是一种中学文体中心钢桁架屋面施工方法。

背景技术：

中学文体中心场馆坐落于地下车库顶板上，建筑层数共计3层，混凝土结构强度为c35，底层层高为5.1米，内设乒乓球、台球、健身活动房，二层为大空间挑空室内标准篮球场及4个标准羽毛球场，局部三层为卫生间及辅助功能房间，建筑构件的耐火等级为一级。钢筋混凝土结构构件的耐火极限要求，防火墙3.0h，剪力墙2.5h，柱2.5h，梁1.5h，屋面为管桁架结构,耐火极限1.5小时。

文体中心管桁架钢结构由φ95-φ299mm钢管（材质为q345b）制作而成的管桁架梁安装而成，东西向为主桁架，南北向桁架为次桁架，主桁架梁长为：87.2米，次桁架梁长为：4.3米-6.4米长。主、次桁架截面均为倒三角形，顶部为2根上弦杆，底部1根下弦杆，截面高度为2.4米，顶部宽度为2米，桁架底部采用钢铰支座与混凝土柱顶预埋件连接，屋面为东高西低斜屋面，檐口高度为：20.65~23.7米，屋面板为铝镁锰金属屋面板，桁架四周采用银灰色金属铝板包裹。主结构钢材总用量约190吨。中学文体中心场馆施工特点：结构跨度大，本工程跨度48m×40m，滑移构件单榀长度87.2米，滑移距离43.5米，滑移施工时，采用双机抬吊及3条轨道滑移，同步操作施工难度较大，在未形成结构单元前的稳定性差需设置临时支撑措施。构件单件重，现场拼装工作量大;本工程钢屋架为桁架结构，整体拼装长度达到87.2米，单榀构件最大重量为26.8吨，为了保证整个桁架制作精度本工程采取先加工厂制作成六段后，发到现场整体拼装成整榀桁架进行双机抬吊。钢结构现场安装难度大:根据该工程的安装特点：本工程施工为先土建施工三层混凝土框架结构，然后进行钢桁架屋盖安装，因此在钢结构屋面桁架安装时，其它周边临近建筑物基础已经完成，导致本建筑只有南面有吊装场地满足吊装，整件吊装长度87.2米，且还是双机抬吊，对吊车同步操作及指挥要求高，为了保证一次性到位采用高空累计滑移法就位，高空滑移悬挑段较长（20.6米），3台液压爬行器同步工作，需要对滑移过程进行全时全方位监控，监控频繁且细微。施工时结构受力体系改变大：钢结构的安装施工采用屋面桁架整体滑移施工，结构单元在滑移及卸载过程中，结构的受力体系有所改变，施工时必须采取相应的临时加固措施，以保证施工过程中结构的应力与挠度在结构许可范围内。施工工期紧：钢结构工期的要求，钢结构安装滑移绝对工期为45日历天，期间不排除不可抗力因素影响造成的钢结构需要赶工的可能性。

施工路线论证中，考虑到采取跨外吊装方式，采用整体屋面结构吊装，考虑吊装机械起吊重量、吊装半径等因素，屋面整体拼装、吊装难度大，吊装重量为190吨，吊装机械选型预计超500吨，机械台班费用需要100万左右。

因此已知的中学文体中心钢桁架屋面施工方法存在着上述种种不便和问题。

技术实现要素：

本发明的目的，在于提出一种安全可靠、节约施工费用的中学文体中心钢桁架屋面施工方法。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种中学文体中心钢桁架屋面施工方法，文体中心坐落于车库顶板上，土建施工三层混凝土框架结构，然后进行呈矩形钢桁架屋盖安装，内部二层混凝土板厚厚度为120mm，文体中心钢桁架屋架纵向设b-h跨共计7跨，其跨度为48m，横向设1-13轴，各轴线间距不等，范围为5300-7200mm，钢桁架屋面主结构重量为190吨，在钢结构屋面桁架安装时，其它周边临近建筑物基础已经完成，导致本建筑只有南面有吊装场地满足吊装，吊装机械无法跨内作业，其特征在于包括以下步骤：

a、先在现场a轴外侧制作3个87米整体胎架；每榀桁架采用整体拼装，拼装顺序为h轴→b轴；

b、h轴桁架吊装至b轴往h轴方向3米处，对此榀桁架进行加固后采取单榀滑移；

c、待h轴桁架滑移就位后，再将g轴桁架吊装至b轴线上，而后将h轴与g轴之间的次桁架及支撑杆件安装焊接完成后，对h~g轴/1~13轴的结构进行滑移；

d、待h~g轴/1~13线的结构滑移就位后，再将f轴桁架吊装至b轴线上，而后将g轴与f轴之间的次桁架及支撑杆件安装焊接完成后，对h~f轴/1~13轴的结构进行滑移；

e、按步骤d的方法将h~c轴/1~13线的所有结构滑移就位后，对此区域的结构进行卸载；h~f轴/1~13轴的结构卸载完成后，再安装b轴桁架及c轴与b轴之间的次桁架及支撑杆件，完成中学文体中心钢桁架屋面施工；

其中：

单榀桁架地面组拼：单榀桁架地面组构件分为钢柱、屋面主桁架、次桁架、系杆及支撑、屋面系统；

设置滑移单元：钢桁架采用累计滑移，第一榀桁架即h轴桁架，其它轴桁架均增加一榀桁架及之间的次桁架、支撑构件，直至h-c轴/1-13轴线之间的所有构件安装滑移就位；

设置滑移轨道：钢桁架滑移共铺设3条滑移轨道，在3、11、12轴桁架支座中心位置通长铺设轨道，采用预埋件固定；

钢桁架结构分段累计滑移：钢桁架结构滑移共分六个滑移单元；

卸载点设置：每个卸载点配置2台25t千斤顶，共计16台；

累计滑移整体同步卸载：滑移分块所有结构安装滑移结束以后，结构累计滑移到安装位置后整体卸载，结构卸载时，利用千斤顶将结构顶起拆除滑移轨道，整体卸载下落至设计标高。对滑移到位的桁架进行轨道拆除，轨道拆除时采用16台25吨千斤顶布置在3、11及12轴线每榀桁架下口，利用16台千斤顶同步把已经完成的桁架顶升20mm，顶升完成后施工人员把轨道分段拆除，轨道拆除完毕后由技术人员统一指挥人员操作16台千斤顶有序进行卸载。

本发明的中学文体中心钢桁架屋面施工方法，还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的方法，其中所述主桁架共计7榀即b-h轴，次桁架共计4榀即3-13轴线。

前述的方法，其中所述第一榀桁架即h轴桁架作为一个单元进行滑移，需对单榀桁架进行临时加固处理，保证单榀桁架滑移过程中稳定性，其它均增加一榀桁架及之间的次桁架、支撑构件作为一个滑移单元进行滑移。

前述的方法，其中所述钢桁架结构滑移包括：h轴单榀桁架，h-g轴/1-13线，h-f轴/1-13线，h-e轴/1-13线，h-d轴/1-13线，h-c轴/1～13线。

前述的方法，其中所述钢桁架结构悬挑段长度为20.6米，若采用双轨滑移，悬挑侧反力过大，需要较大的临时加固措施。因此设计3条轨道，2条轨道采用液压爬行器进行推动滑行，1条轨道不设置液压爬行装置，只起到承担竖向荷载、满足设计荷载正常使用工况要求，保证各条个轨道载荷分配符合设计要求。

采用上述技术方案后，本发明的中学文体中心钢桁架屋面施工方法具有以下优点：

1、施工步骤设计科学合理，可操作性强；

2、工程质量安全可靠，采取单榀桁架地面拼装，高空滑移及卸载，如期完成钢桁架屋面施工；

3、经济效益好，降低工程成本，节约机械台班费用50万左右。

附图说明

图1为本发明实施例的施工总体流程框图；

图2为本发明实施例的钢桁架屋面平面布置图；

图3为本发明实施例的钢桁架结构滑移轨道立面布置图（12轴）；

图4为本发明实施例的卸载千斤顶立面布置图；

图5为图4中的q向视图；

图6为本发明实施例的滑移总体流程图。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步说明。

实施例1

现请参阅图1，图1为本发明实施例的施工总体流程框图。

本发明的中学文体中心钢桁架屋面施工方法，包括以下步骤：

1、单榀桁架地面组拼

图2为本发明实施例的钢桁架屋面平面布置图。单榀桁架地面组构件分为四大类：钢柱、屋面主次桁架、系杆及支撑、屋面系统。主桁架共计7榀即b-h轴，次桁架共计4榀即3-13线。因桁架单元跨度大、断面高，属超长超宽构件，每榀主桁架在加工厂制作成六段发到现场进行拼装。为保证拼装精度、缩短施工周期，减少高空安装和焊接工作量，在a轴外侧设置主桁架拼装场地。在所有结构安装焊接完成，并检测合格后，进行防火涂料的涂刷工作。

2、设置滑移单元

钢桁架采用累计滑移，第一榀桁架即h轴桁架作为一个单元进行滑移，其它均增加一榀桁架及之间的次桁架、支撑等构件作为一个滑移单元进行滑移，直至h-c轴/1-13线之间的所有构件安装滑移就位后，再安装b轴的桁架及b-c轴/1-13x线之间的次桁架和支撑等杆件，至此屋面桁架部分的结构安装完成，之后安装屋顶的次构件及屋面板。

3、设置滑移轨道

钢桁架滑移共铺设3条滑移轨道，在3、11、12轴桁架支座中心位置通长铺设；轨道采用预埋件固定。

4、钢桁架结构分段累计滑移

图3为本发明实施例的钢桁架结构滑移轨道立面布置图（12轴）。钢桁架结构滑移共分六个滑移单元，其中包括：

第一个滑移单元：h轴单榀桁架；

第二个滑移单元：h-g轴/1-13线；

第三个滑移单元：h-f轴/1-13线；

第四个滑移单元：h-e轴/1-13线；

第五个滑移单元：h-d轴/1-13线；

第六个滑移单元：h-c轴/1-13线。

由于第一滑移单元只有一榀主桁架，在滑移前，需对第一滑移单元的h轴桁架进行加固，所有加固杆件均采用￠195*8的钢管，材质为q345b，具体如下图：

之后的每个滑移单元滑移前，需将本滑移单元内的所有杆件安装焊接完成后进行滑移。

图4为本发明实施例的卸载千斤顶立面布置图，图5为图4中的q向视图，图中1为卸载轴，2为千斤顶，3为混凝土梁。卸载点设置中每个卸载点配置2台25t螺旋千斤顶，共计16台。

图6为本发明实施例的滑移总体流程图。累计滑移整体同步卸载;滑移分块所有结构安装滑移结束以后，结构累计滑移到安装位置后整体卸载。结构卸载时，利用螺旋千斤顶将结构顶起拆除滑移轨道，整体卸载下落至设计标高。对滑移到位的桁架进行轨道拆除，轨道拆除时采用16台25吨液压千斤顶布置在3、11及12轴线每榀桁架下口，利用16台千斤顶同步把已经完成的桁架顶升20mm，顶升完成后施工人员把轨道分段拆除，轨道拆除完毕后由技术人员统一指挥人员操作16台千斤顶有序进行卸载。图4为本发明实施例的卸载千斤顶立面布置图，图5为图4中的q向视图。钢桁架结构分段累计滑移的同步控制要求：根据实际情况制定现场滑移速度，一般为4-5m/h，最大可达10m/h。

钢桁架结构滑移中油缸行程为315mm，在单个行程内，通过同步控制系统控制其同步性（位移同步，力同步），精度可达毫米级，根据该工程实际情况，最大误差控制在10mm内。

行程外由于各种因素造成的误差通过现场测量记录，每3个行程测量一次，并通过单个油缸调节误差。

本发明施工中拼装胎架布置：胎架及桁架重量对车库影响计算，本工程共计设置3副胎架，胎架总重量约为18吨，单榀桁架最大重量为26.8吨，最不利工况为3榀桁架同时堆放于胎架上，胎架+3榀桁架总重量为98.4吨，胎架堆放面积为9*87=783m2,堆放荷载为984/783=1.25kn/m2,车库顶板胎架堆放处为设计1.2m覆土，设计荷载为18kn/m2，因此在3榀桁架同时堆放于胎架上时，堆放荷载小于结构设计荷载，满足结构安全要求，不会对车库结构顶板产生不利影响。

拼装胎架设置：拼装胎架采用h型钢h200×100×6×9，搭设前首先利用经纬仪放线，定出胎架中心线后，利用钢尺和角尺定出胎架柱脚的位置，再进行安装。胎架搭设过程中随时利用经纬仪进行胎架垂直度的控制。利用水准仪控制胎架标高。胎架搭设时应本发明施工中拼装注意事项：各部位焊缝必须焊接牢固。高空拼接操作平台搭设，为便于钢桁架高空拼接作业，在b-c轴线\3-11轴（支撑架向c轴线外侧延长2m）、b-h轴\12轴向东22.2米,拟搭设共计2处通长满堂钢管支撑架。

其中:主桁架制作拼装顺序，桁架的制作及现场拼装顺序是：h轴→b轴。次桁架制作顺序：次桁架的安装顺序同主桁架。构件拼装工艺：拼装准备，①在每一桁架单元拼装前，均需对所有胎架的支撑点位置、标高以及胎架垂直度进行复测，复测无误后方可进行拼装。②构件堆场尽量靠近地面拼装场地，以减少构件的运输，方便吊装。③现场施工人员须对照施工图纸和构件编号，对到场的杆件进行对号。对已对号完毕的构件进行标记和记录。

拼装所需吊机及其性能;经计算，桁架最重单件约为4.5t（26.8t整榀桁架重量÷6段），地面拼装选用1台25t汽车吊进行上胎架吊装。

本发明拼装方法:屋面桁架的拼装按照滑移施工步骤合理组织构件进场和桁架拼装顺序：①胎架复测并设置定位板；②构件按照桁架拼装先后倒运至拼装位置；③利用25t汽车吊将分段桁架吊装至胎架上，保证桁架定位点位置与胎架的对应位置重合；④复核桁架的外形尺寸，确保无误后对接头部位进行焊接；⑤屋架整体复测，尺寸达到设计要求。⑥焊缝探伤。⑦油漆填补。⑧准备吊装。

本发明桁架吊装时，首先吊装h轴主桁架，然后依次吊装g~c轴桁架。以d轴（ghj-03）主桁架为例，d轴主桁架长度87m，重量约为26.8t，吊装幅度为26米，起吊最高度为22.5米，参照150吨履带吊主臂工况幅度26米、臂长40米长得出最大起吊重量为19.4吨，本发明双机抬吊安全系数取1.2，每台吊机吊重为：26.8吨/2*1.2=16.08吨，采用两台150吨履带吊完全满足本工程吊装需求。

本发明次桁架吊装：钢桁架及其他构件吊装到位后，需进行高空组装，次桁架最大重量为0.8t，采用150吨履带吊进行吊装。

本发明次桁架、水平支撑、系杆的安装：次桁架按每个轴线之间分为一榀，每榀次桁架在加工厂加工、拼装、焊接完成后发至现场。由于每榀次桁架位于两榀主桁架之间，加之是相贯口连接，所有每榀次桁架一端留有一小段牛腿用于高空对接。安装次桁架前，先将次桁架牛腿部分安装就位并焊接完成，之后现场吊装此处的次桁架。

本发明高空焊接：每榀主桁架拼装完成后，需进行检验桁架的外部尺寸、起拱度及垂直度等，均合格后方可施焊，焊接时应采用合理的焊接顺序和焊接工艺。

本发明防火涂料涂装：防火涂料涂装在屋面整体结构安装、焊接完成并检测合格后进行。防火漆施工前，应对焊接部位、由于运输过程中损坏的油漆进行补刷。

本发明采用计算机控制液压同步滑移：在整个钢屋架结构高空累计滑移施工过程中，液压滑移主要完成如下内容：提供液压顶推系统设备外形及安装尺寸，配合钢屋架滑移支座处的滑移顶推点设计；提供滑移轨道的型号和型式，提出安装要求；安装及拆除液压同步滑移系统设备；液压同步滑移系统现场调试；实施液压同步滑移系统设备操作。

本发明采用“液压同步滑移技术”采用液压爬行器作为滑移驱动设备。液压爬行器为组合式结构，一端以楔型夹块与滑移轨道连接，另一端以铰接点形式与滑移胎架或构件连接，中间利用液压油缸驱动爬行。

液压爬行器的楔型夹块具有单向自锁作用。当油缸伸出时，夹块工作（夹紧），自动锁紧滑移轨道；油缸缩回时，夹块不工作（松开），与油缸同方向移动。

本发明计算机控制液压同步滑移系统由夹轨器（含顶推油缸）、液压泵站（驱动部件）、传感检测及计算机控制（控制部件）等几个部分组成。其中顶推油缸是滑移系统的推力部件，用来克服滑移构件的滑移摩擦力。在液压系统中，采用比例同步技术，这样可以有效地提高整个滑移系统的同步调节性能。本发明采用双比例阀系统液压泵站。液压同步滑移施工技术核心设备采用计算机控制，通过数据反馈和控制指令传递，可全自动实现同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能。同步滑移中的传感检测：传感检测主要用来获得液压油缸的行程信息、载荷信息和整个被滑移构件的状态信息，并将这些信息通过现场实时网络传输给主控计算机。这样主控计算机可以根据当前网络传来的油缸位移信息决定液压油缸的下一步动作，同时，主控计算机也可以根据网络传来的载荷信息和构件姿态信息决定整个滑移系统的同步调节量。

本发明滑移设备总体布置原则：满足钢结构滑移单元滑移驱动力的要求，尽量使每台液压爬行器受载均匀。尽量保证每台泵站驱动的液压爬行器数量相等，提高泵站利用率。在总体布置时，要认真考虑系统的安全性和可靠性，降低工程风险。

本发明滑移设备的布置：滑移轨道共铺设3条滑移轨道，轨道型号为43kg/m，轨道钢材牌号为71mn，在3、11、12轴桁架支座中心位置通长铺设；轨道预埋件及压板间隔2000mm通长布置。

本发明滑移轨道安装技术要求：滑移轨道与预埋件通过压板固定，每间隔1米设置一组压板。轨道压板顶部与轨道上表面间距不小于90mm。轨道底部与轨道底部框架之间要求垫实、无间隙。每分段轨道对接时，对接口的上表面及两侧面应严格对齐，目测为零，否则应打磨光滑、平整。接头处严禁出现倒坡，防止滑移过程中“啃轨”现象。每条轨道的上表面应打磨光滑、平整，不允许有棱角或凹凸不平。标高偏差控制5mm以内（12m长度钢轨），水平偏差控制在3mm以内（12m长度钢轨）。滑移作业前，在轨道上表面涂抹黄油。

本发明顶推点布置于h轴线，每个顶推点配置1台60t油缸。液压爬行器的布置：每个轨道配置1台60t油缸，共需使用3台滑移油缸。

本发明液压泵站的布置：根据各滑移点的液压油缸种类和数量，以及要求的滑移速度来布置液压泵站。液压泵站的布置遵循以下的原则：

泵站提供的动力应能保证足够的滑移速度；就近布置，缩短油管管路；提高泵站的利用效率。

根据以上原则，现场布置1台泵站，通过油管连接夹轨器。每台油泵功率需60kw，现场泵站随夹轨器移动，供电电缆需足够长。

本发明计算机控制系统的布置：传感器的布置，压力传感器：在每个液压油缸中，安装1个压力传感器；压力传感器安装在油缸的大腔侧。油缸行程传感器：在每个液压油缸各安装1只行程传感器，用于测量油缸行程和处理油缸压力信号。

本发明将各种传感器同各自的通讯模块连接。现场实时网络控制系统的连接，地面布置1台计算机控制柜，从计算机控制柜引出比例阀通讯线、电磁阀通讯线、油缸信号通讯线、工作电源线。通过比例阀通讯线、电磁阀通讯线将所有泵站联网。

通过油缸信号通讯线将所有油缸信号通讯模块联网。通过电源线将所有的模块电源线连接。完成传感器的安装和现场实时网络控制系统的连接后，计算机控制系统的布置就完成。

本发明具有实质性特点和显著的技术进步，本发明的中学文体中心钢桁架屋面施工方法，与采用整体屋面结构吊装的跨外吊装技术路线相比，以单榀桁架整体吊装、高空累计滑移及卸载工艺获得成功，不但取得高质量安全施工，保证工程交付日期，以及节约50万工程费用的优点。

本发明的中学文体中心钢桁架屋面施工方法在句容洪武旧城改造项目的石狮中学文体中心屋面钢结构桁架吊装及滑移工程中运用，效果显著，得到各方好评。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。

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