大跨度管桁架拼裝施工工法

《大跨度管桁架拼裝施工工法》是攀鋼集團冶金工程技術有限公司、成都建築工程集團總公司完成的建築類施工工法，作者分別是周旭、朱明、鐘彪、范龍堯、黃良。該工法適用於同類型或與之相類似的各種大型空間桁架的整體拼裝施工。

《大跨度管桁架拼裝施工工法》的工法特點是管桁架的節點全部採用相貫線節點連線，桿件的相貫面切割，採用數控相貫線自動切割機加工成帶變化剖口的與主管外表面完全吻合的空間曲線，保證桿件的加工精度和質量要求。管桁架體積龐大，採用馬凳式鋼支撐作為臨時拼裝平台，可節約大量措施用料；同時，保證了場內已建成的兩條皮帶機正常運行。

2011年9月，《大跨度管桁架拼裝施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009-2010年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：大跨度管桁架拼裝施工工法
• 完成單位：攀鋼集團冶金工程技術有限公司、成都建築工程集團總公司
• 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）
• 工法編號：GJEJGF096-2010
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要完成人：周旭、朱明、鐘彪、范龍堯、黃良

形成原因

隨著科技的進步及新材料、新技術的廣泛套用，同時伴隨著經濟實力的增強和社會發展的需要，中國在大跨度及空間鋼結構領域得到了發展，許多大跨度、大空間建築如體育館、大型工業廠房等不斷湧現。針對此類結構的施工技術也在不斷的完善與提高，由攀鋼集團冶金工程技術有限公司與成都建築工程集團總公司合編的《大跨度管桁架拼裝施工工法》，是結合中國國內2009年前大跨度空間結構施工技術，經過施工工藝可行性研究，自行開發先進性的施工工法。《大跨度管桁架拼裝施工工法》中的關鍵技術《114米跨度巨型空間管桁架式乾煤棚施工技術研究》於2010年7月30日通過中國冶金建設協會科技成果鑑定，該項技術已申請發明專利，受理申請號為201110049809.X。該工法成功套用於2010年施工的攀成鋼旺蒼60萬焦化項目堆煤場乾煤棚工程。該乾煤棚是中國國內跨度最大的乾煤棚，由六榀單層單跨大型鋼管桁架及12桁架柱組成，跨度為114米，外形長122米，管桁架自身高11米，寬5.3米，截面為矩形，單福管桁架重量為75噸。乾煤棚結構形式（見圖1）。

圖1 乾煤棚結構形式示意圖

工法特點

《大跨度管桁架拼裝施工工法》的工法特點是：

1.管桁架的節點全部採用相貫線節點連線，桿件的相貫面切割，採用數控相貫線自動切割機加工成帶變化剖口的與主管外表面完全吻合的空間曲線，保證桿件的加工精度和質量要求（見圖2）。

圖2 加工完成的桿件圖

2.管桁架體積龐大，採用馬凳式鋼支撐作為臨時拼裝平台，可節約大量措施用料；同時，保證了場內已建成的兩條皮帶機正常運行（見圖3）。

圖3 馬凳式鋼支撐臨時拼裝平台圖

3.上下弦平面桁架重疊組對，可有效的保證上下弦外形尺寸及節點的一致性（見圖4）。

圖4 上下弦平面桁架重疊拼裝圖

4.利用門型吊架拼裝管桁架，上弦平面桁架採用整體提升、空中位移及調整角度的施工方法，完成與下弦平面桁架的組對。同時，利用門型吊架對管桁架拼裝的幾何尺寸進行精調，提高了拼裝精度（見圖5）。

圖5 門型吊架拼裝管桁架圖

5.通過合理設計破口、焊接順序、焊接參數，保證了焊接質量，焊接變形得到控制。

6.為保證管桁架在安裝到位後，拱度滿足規範和設計要求，在對管桁架起拱前，採用空間有限元分析技術，通過計算機模擬管桁架安裝前後的拱度變化，確保了管桁架拼裝滿足吊裝、使用的需要。

操作原理

適用範圍

《大跨度管桁架拼裝施工工法》適用於同類型或與之相類似的各種大型空間桁架的整體拼裝施工。

工藝原理

《大跨度管桁架拼裝施工工法》的工藝原理如下：

根據大跨度管桁架拼裝難度大、技術要求高等特點，在安裝現場搭設臨時拼裝平台，在臨時拼裝平台上依次組對上、下弦平面桁架，然後利用門型吊架將上弦平面桁架整體提升、空中位移及調整角度，將上、下弦平面桁架拼裝成一體，從而完成單福管桁架的整體拼裝。

施工工藝

工藝流程

《大跨度管桁架拼裝施工工法》的施工工藝流程（見圖6）。

圖6 管桁架拼裝工藝流程圖

操作要點

《大跨度管桁架拼裝施工工法》的操作要點如下：

一、管桁架的預裝管桁架的節點全部採用相貫線節點連線，由於桿件種類繁多，如果其中一根管件製作錯誤，與其相關的管件都無法正確拼裝，因此對桿件的編號尤為重要，並且在拼裝前對管桁架的桿件預裝，以檢查相貫線節點連線的加工精度（見圖7）。

圖7 管桁架桿件預裝圖

二、管桁架的拼裝

1.搭設臨時拼裝平台由於堆取料機先於乾煤棚形成，為保證皮帶運輸系統的運行，管桁架拼裝、焊接及吊裝都需要在皮帶機上部完成。由於堆取料機軌道面高出地面1.5米，皮帶機高度為1.2米，因此，拼裝平台必須高出地面2.8米。由於地面凹凸不平，先採用枕木在地面墊實，再放置馬凳式鋼支撐（見圖8、圖9），將鋼支撐的上平面統一在一個標高上，形成馬登式支撐臨時拼裝平台，總長度為114米。管桁架構件在臨時拼裝平台上進行組對焊接，（見圖10和圖11）。整個臨時拼裝平台由11個馬凳式支撐組成，分別放置在管桁架的節點處。馬凳式支撐要進行強度、穩定性的校核，以確保拼裝平台的安全。

2.上、下弦平面桁架組對

1）首先進行下弦平面桁架的組對。組對時，主管對接焊縫應與節點位置相錯500毫米以上。同時，採用全站儀控制下弦外型尺寸，精密水準儀控制桿件的水平度（見圖12）。

圖12 下弦平面桁架組對圖

2）下弦平面桁架組對完成，經檢查各項尺寸符合要求後，即可在其上部進行上弦平面桁架組對（見圖13）。上弦平面桁架比下弦平面桁架長568毫米由管架中心線分成兩段組對。組對前，在下弦平面桁架主管上設定20號槽鋼作為臨時支撐平面，以便於上弦平面桁架的組對（見圖14、圖15）。

圖13 上弦平面桁架組對圖

圖14 上、下弦平面桁架組對示意圖一

圖15 上下弦平面桁架組對示意圖二

3）上弦平面桁架組對完成後即可對其進行焊接。下弦平面桁架待上弦平面桁架提升完成後再進行焊接。

3.上弦平面桁架整體提升上弦平面桁架拼組對、焊接完成後，將上弦平面桁架整體提升，在空中進行上下弦間系桿的安裝。上弦的提升裝置採用6組門型吊架（見圖16）。製作門型吊架前，對其橫樑、立管進行受力計算，採用Φ159×10的無縫鋼管制作，其具體形式（見圖17）。為保證門型吊架的穩定，在其兩邊打上纜封繩，（見圖18）。上弦平面桁架提升利用門型吊架與鏈配合進行（見圖19），在門型架1、2、3上分別掛倒鏈1、2、3，同時水平提升至指定高度（距地面8.米處）；然後在門型架2、3上分別再設定鏈2、3，提升捯鏈2、3完成上弦平面桁架位移及角度調整，（見圖20），上弦桁架提升（見圖21、圖22）。

圖22 提升到位後的上弦桁架

4.下弦平面桁架起拱根據設計要求，選擇下弦起拱值（見表1）。

起拱採用千斤頂頂升的方法，在每個節點附近，利用15噸千斤頂將下弦平面桁架Φ351×10主管頂升到相應的起拱值，再用鋼板墊在馬凳式支撐與主管之間（見圖23）。

圖23 管桁架起拱示意圖

5.上、下弦平面桁架間構件拼裝由於構件節點皆為相貫線節點，因此，在拼裝時應注意先後順序和節點位置尺寸，以保證每根桿件能正確安裝到位。安裝順序為先立桿，後斜桿。立桿保證其垂直度，斜桿保證其安裝角度。（見圖24）為拼裝完成的管桁架。

圖24 拼裝完成的管桁架

三、管桁架焊接

1.桁架桿件對接焊縫為全熔透焊縫，質量等級為一級。鋼管相貫節點的焊接採用部分焊透的組合焊縫，允許在內側的2~3毫米不焊透，但需在外側增加3毫米角焊縫，根部沒有刨口。焊縫由二側的部分熔透焊縫過渡到角焊縫，焊縫尺寸為1.5倍支管壁厚，焊縫質量等級為二級，桁架的其餘焊縫等級為三級。

2.焊接採用由中間往兩邊對稱、同步的焊接順序，並嚴格控制線能量，減小焊接殘餘應力，並使應力分布均勻。

3.鋼管相貫口的焊縫按照A、B、C區不同位置（見圖25）、不同要求採取相應的坡口形式及工藝進行焊接，（見圖26），焊接時，先焊接A區趾部焊縫，接著焊接C區根部焊縫，最後焊接B區邊側焊縫。焊工施焊完畢，經自檢合格後，交專職焊接檢查人員檢測，達到標準要求後，打上焊工鋼印編號，並保證檢查資料中的記錄焊工名字與實際施焊桿件鋼印號一致。（圖27）為焊接完成的節點，（圖28）為焊接完畢的管桁架。

材料設備

《大跨度管桁架拼裝施工工法》所用的材料及設備明細見下表：

質量控制

施工單位採用《大跨度管桁架拼裝施工工法》的質量控制要求如下：

1.該工法執行技術規範及驗收標準《建設工程質量管理辦法》；《建築工程施工統一驗收標準》JG 12-199；工程測量規範GB 50026-93；《建築鋼結構焊接規程》JBJ 81-2002塗裝前鋼材鏽蝕等級和除銹等級》GB 8923；《鋼結構工程施工質量及驗收標準》GB 50205-2001；《建築工程施工質量驗收統一標準GB 50300-2001。

2.技術保證措施

1）現場搭設臨時拼裝平台及管桁架的拼裝過程，均採用數字式全站儀測量定位，確保其精度要求。

2）在管桁架起拱前，採用空間有限元分析技術，計算機模擬管桁架安裝前後的拱度變化，來保證管桁架拱度滿足規範和設計要求（見圖29、圖30）。

3.通過選擇合理的焊接順序、焊接參數，保證了焊接質量，焊接變形得到控制。

4.根據工程的實際情況，編寫施工作業指導書，並下發到作業人員，同時作好安全、技術交底。

5.制訂和落實各級質量管理責任制，對關鍵環節（焊接、拼裝等）重點控制。

6.組織好現場工程測量網點的測設和管理。施工放線要由專職人員負責，辦理放線測量記錄，對軸線、標高控制採取保護措施並定期覆核。

安全措施

施工單位採用《大跨度管桁架拼裝施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.認真貫徹國家安全生產的方針政策和法規，加強安全施工管理工作，保障人身和財產安全，預防傷亡事故的發生。

2.開展安全技術交底工作。對每一項工序作業進行全面的、有針對性的安全技術交底，交底時要履行簽字手續並做好記錄。

3.建立可靠的安全設施，施工道路、電路、材料堆放、臨時設施等要嚴格按照施工總平面圖合理布置，符合安全、衛生、防火要求。

4.各種機具、機電設備要牢靠，安全防護裝置要齊全，保險設施齊全。工具要經常檢查，不可帶“病”使用。起吊用機具作為重點檢查和維護對象，做到安全、可靠。

5.作業人員在工作中要嚴格遵守勞動紀律和安全守則。現場施工用電必須按《施工現場臨時用電安全技術規範》JGJ 46-88及甲方、監理的要求執行。用電設備必須由專職電工進行接電、安裝、調試，嚴禁無證私自操作。

6.施工現場設定安全標誌，尤其是電源及機械附近。吊裝區域內拉好警戒線，非施工人員嚴禁進入和通行。重大構件吊裝時留有備用車輛。

7.特種作業人員必須持證上崗，無證人員禁止特種作業，各種施工機械設專人操作，持證上崗。

環保措施

施工單位採用《大跨度管桁架拼裝施工工法》的環保措施如下：

1.氧氣、乙炔要放在規定的安全處，並按規定正確使用。拼裝平台等處要設定數量足夠的滅火器材。電焊、氣割，先注意周圍環境有無易燃物後再進行工作。

2.庫房材料成堆、成型進庫，整潔乾淨。鋼材必須按規格品種堆放整齊。

3.焊接所產生的氣體對人身及環境有一定的危害，應提高焊接質量，避免重複焊接所產生的污染。

4.安裝作業執行《工業企業廠界噪聲標準》GB12348-90規定的排放標準。在制定施工計畫和進行施工調配時，應避免高噪聲設備同時使用，一個工地不同時使用3台以上高噪聲設備。噪聲排放超過標準的崗位應採取必要的降噪消聲措施，為崗位人員配備相應的防護用品，避免噪聲傷害。

5.固體廢棄物管理嚴格執行《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》，使固體廢棄物安全存放，及時清理。施工中產生的廢棄物要分類堆放到指定場所，清運時採取必要手段防止散落污染環境。

效益分析

《大跨度管桁架拼裝施工工法》的效益分析是：

該工法成功套用於多個大跨度桁架的拼裝施工，並且取得了良好的經濟效益和社會效益。以攀成鋼旺蒼60萬噸焦化項目堆煤場乾煤棚工程為例，分析採用該工法所取得的巨大經濟效益和社會效益。

• 經濟效益

1.採用該工法僅僅使用兩台25噸汽車吊拼裝，而傳統的施工方法需要兩台150噸履帶吊配合施工。管桁架實際拼裝過程僅用了60天，25噸汽車吊租賃費用按4萬元/月，150噸履帶吊租賃費用25萬元/月，使用該工法可節約台班租賃費用：25萬元/月×2月×2台/天—4萬元/月×2月×2台/天=84萬元。

2.採用該工法提前3個月完成拼裝施，每天出勤人數按60人計，人工工資80元/天，可節約人工費用：80元/天×60人×90天/人=43.2萬元。

• 社會效益

採用該工法，使該工程土建設備基礎的施工得以提前開展，設備安裝提前了3個月完成，使該項目提前投入生產（3個月）。按照攀成鋼編寫的可行性分析每噸焦煤利潤320元計算，可為業主創造直接經濟效益：60萬噸/年×0.25年×320元/噸=4800萬元。

採用該工法縮短了工期，桿件在低空拼裝保證了施工質量，高空作業大幅度減少，降低了安全風險。該工法使用新工藝、新技術，成功的完成了中國國內跨度最大的乾煤棚管桁架拼裝，為同類型或與之類似的大跨度管桁架的整體拼裝施工積累了新的經驗，社會效益顯著。

註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算

套用實例

施工單位採用《大跨度管桁架拼裝施工工法》的套用實例如下：

該工法成功套用於2005年攀鋼3號高爐易地大修工程、2008年攀鋼燒結外圍皮帶工程、2010年攀成鋼旺蒼60萬噸焦化項目——堆煤場乾煤棚工程等大型工程。使用該施工工法，可以縮短施工工期，節約施工成本，能產生較大的經濟和社會效益。該工法中的關鍵技術經中國冶金建設協會組織相關專家鑑定，一致認為該技術處於中國國內領先水平，具有較強的適用價值，可在與之同類型或相類似的各種大型空間桁架的整體拼裝施工中全面推廣套用。

榮譽表彰

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2009-2010年度國家級工法的通知》建質[2011]154號，《大跨度管桁架拼裝施工工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。