CN117027420A - 一种大跨度钢结构屋面吊装施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及钢结构屋面施工技术领域，提供了一种大跨度钢结构屋面吊装施工方法，对地面进行土质替换处理；依附于所述临时支柱，在预拼装平台上进行每个主桁架的桁架段的拼装；利用履带吊将预拼装平台上的第一榀主桁架整体吊装至主体结构上；利用与主体结构连接的斜向临时支撑件支撑第一榀主桁架；利用履带吊和塔式起重机交替进行下一榀主桁架和次桁架的吊装，直至钢结构屋面的全部主桁架和次桁架吊装至主体结构上。本发明提高了施工效率，减少了工人高空作业量，极大的降低了安全风险。

Description

一种大跨度钢结构屋面吊装施工方法

技术领域

本发明属于钢结构屋面施工技术领域，具体涉及一种大跨度钢结构屋面吊装施工方法。

背景技术

目前，随着社会发展及人们生活水平的提高，以及建筑结构设计的不断进步，大跨度钢结构在体育馆、歌剧院、展览馆及会议中心等建筑物中得到越来越广泛的应用。大跨度钢结构施工一直是施工业界研究的重点，如何缩短工期使施工简易安全快捷是钢结构施工研究发展的重要课题。

以马来西亚印象马六甲歌剧院工程为例，该大型舞台演出剧院的长为108米、宽为100米、高为36米，其屋面结构为大跨度正交正放桁架结构体系。屋面桁架具有安装高度高、跨度大、构件重的特点，最长跨的主桁架长达91.55米，重量约150.9吨，桁架高度为5.6～7.6m。传统大跨度钢桁架屋盖结构施工，若采用平面滑移法施工，需要搭设支撑胎架，安装滑移系统及相关精细仪器，存在施工周期长，影响下侧建筑工程施工的缺点。若采用高空散拼的施工方法，则需要进行主桁架高空拼装作业，工人高空作业量大，安全风险高。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种大跨度钢结构屋面吊装施工方法，成功解决了大跨度钢结构屋面施工难度大，施工效率低，安全风险高的问题。

本发明提出一种大跨度钢结构屋面吊装施工方法，所述钢结构屋面包括多个主桁架以及设置于相邻主桁架之间的次桁架，每个主桁架由多个桁架段依次拼接；所述施工方法包括以下步骤：

对地面进行土质替换处理；将预拼装平台设置于完成土质替换处理的地面之上；将临时支柱固定于预拼装平台之上；依附于所述临时支柱，在预拼装平台上进行每个主桁架的桁架段的拼装；将用于与主桁架上的定位孔配合的预埋件安装于已施工的主体结构上；利用履带吊将预拼装平台上的第一榀主桁架整体吊装至主体结构上；利用与主体结构连接的斜向临时支撑件支撑第一榀主桁架；利用履带吊将预拼装平台上的第二榀主桁架整体吊装至主体结构上；利用塔式起重机将次桁架吊装于第一榀主桁架和第二榀主桁架之间；利用履带吊和塔式起重机交替进行下一榀主桁架和次桁架的吊装，直至钢结构屋面的全部主桁架和次桁架吊装至主体结构上，主桁架和次桁架连接为整体后，拆除与第一榀主桁架连接的斜向临时支撑件。

进一步地，所述对地面进行土质替换处理的步骤包括：

将原始自然地面向下挖至目标深度；用碎石分层填充并压实；将钢板铺装在压实的碎石之上，以完成土质替换处理。

进一步地，所述依附于所述临时支柱，在预拼装平台上进行每个主桁架的桁架段的拼装的步骤包括：

将第一榀主桁架的一个桁架段设置于预拼装平台上，且将该桁架段固定连接于临时支柱的一侧，在预拼装平台上进行第一榀主桁架的其余桁架段的拼装；

将第二榀主桁架拼装于第一榀主桁架的背对临时支柱的一侧；

利用桁架连接件临时连接第一榀主桁架和第二榀主桁架；

将第三榀主桁架拼装于第二榀主桁架的背对临时支柱的一侧；利用桁架连接件临时连接第二榀主桁架和第三榀主桁架；依次重复，直至全部主桁架在预拼装平台上完成拼装。

进一步地，所述桁架连接件包括上弦连接杆和下弦连接杆；所述上弦连接杆连接相邻主桁架的上弦杆，所述下弦连接杆连接相邻主桁架的下弦杆。

进一步地，所述临时支柱的一侧设置有连接三脚架，所述连接三脚架与第一榀主桁架的一个桁架段连接。

进一步地，所述利用履带吊将预拼装平台上的第一榀主桁架整体吊装至主体结构上之前，还包括步骤：

解除第一榀主桁架与临时支柱的连接，解除第一榀主桁架与第二榀主桁架的连接；

组装履带吊，并进行空负荷试验检查；

利用钢结构垫块在地面拼装出履带吊的行走路线；

确定主桁架的吊点位置；

基于确定的吊点位置，利用履带吊对主桁架进行试吊；试吊符合要求后，利用履带吊将主桁架整体吊装至主体结构上。

进一步地，利用所述履带吊将主桁架整体吊装至主体结构上的过程中，还包括以下步骤：主桁架吊起至其下端与主体结构的上端的距离达到预设距离时，利用连接于主桁架两端的缆绳调整主桁架的角度，使主桁架上的定位孔与主体结构上的预埋件对准。

进一步地，所述主桁架的吊点沿其长度方向间隔设置有两个或四个。

进一步地，所述次桁架包括连接梁；所述连接梁的两端分别与次桁架两侧的主桁架连接。

进一步地，利用所述履带吊将预拼装平台上的主桁架整体吊装至主体结构上之前，将一部分次桁架提前预装在主桁架的一侧。

本发明的有益效果是：通过将钢结构屋面的主桁架先在地面进行拼装，保证每个主桁架的拼装精度，提高主桁架的连接质量；再利用履带吊将每个主桁架整体吊装至主体结构上，提高了施工效率，由于整榀主桁架一次性吊装而非高空拼装施工，无需考虑下部临时支撑，减少了工人高空作业量，极大的降低了安全风险。无需安装滑移系统等精细仪器控制的装置及辅助拼装的支撑胎架，施工操作简单方便。经过经济对比分析，本发明的主桁架一次性吊装施工比累积滑移施工的措施费能够节约50万元，工期方面能够节约至少一个月的工期，由此产生的经济效益极高。

附图说明

图1为本发明大跨度钢结构屋面吊装施工方法的流程结构示意图。

图2为本发明的钢结构屋面的主桁架的立体结构示意图。

图3为本发明的钢结构屋面的若干榀主桁架拼装于预拼装平台上，且第一榀主桁架依附于临时支柱的示意图。

图4为本发明的施工方法中主桁架、履带吊和主体结构的位置分布图。

图5为本发明的施工方法中利用履带吊吊装一榀主桁架至主体结构上的结构示意图。

图6为两榀主桁架以及其之间的次桁架连接后的结构示意图。

图7为本发明的钢结构屋面的主桁架和次桁架安装完成后的示意图。

图中：1-主桁架；2-履带吊；3-完成土质替换处理的地面；4-预拼装平台；5-临时支柱；6-连接三脚架；7-上弦连接杆；8-下弦连接杆；9-斜向临时支撑件。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明所适用的钢结构屋面包括多个主桁架以及设置于相邻主桁架之间的次桁架，每个主桁架由多个桁架段沿长度方向依次拼接。

本实施例以某歌剧院项目为例，该项目为一栋4层建筑，建筑最大建筑高度为36m。其下部主体结构为钢筋混凝土框架结构体系，上部为大跨度屋盖结构或称钢结构屋面。屋盖结构采用正交正放桁架结构体系，桁架高度为5.6～7.6m。屋盖由12榀H型桁架组成，主桁架最大跨度为91.55米，重量为150.9吨，桁架杆件类型均采用H型钢，节点类型采用螺栓连接。

该工程采用大跨度钢结构屋面特长特重主桁架一次性吊装工法，取得了良好的社会效益及经济效益。采用本方法后，工期、质量均得到极大的保障，且桁架吊装期间未发生一起安全工伤事故。

本发明方法对比钢结构累积滑移、高空散装及整体提升等其他安装方式，具有施工简单便捷、施工效率高、成本低等特点。

如图1所示的大跨度钢结构屋面吊装施工方法，包括以下步骤：

S1、对地面进行土质替换处理；具体包括，将原始自然地面向下挖至目标深度；用碎石分层填充并压实；将钢板铺装在压实的碎石之上，以完成土质替换处理。利用碎石分三层进行换填，用压路机进行分层压实。在换填压实后的地面上每间隔9-12米铺设一块尺寸为3*6m的钢板。

S2、将预拼装平台4设置于完成土质替换处理的地面3之上；预拼装平台4采用多块H型钢，多块H型钢放置在钢板上，H型钢的上翼缘板的上端为水平面，作为拼装主桁架1的平面。

S3、将临时支柱5固定于预拼装平台4之上。临时支柱5采用若干个横杆和竖杆相连接为框架柱结构，其下端与预拼装平台4固定连接，固定方式可以是螺栓连接或焊接。

S4、依附于所述临时支柱5，在预拼装平台4上进行每个主桁架1的桁架段的拼装；如图2所示为一榀主桁架1的若干个桁架段完成拼装后的示意图。本实施例的钢结构屋面的主桁架1有多个或称多榀，主桁架1最长跨根据长度及重量进行分段，跨度为9-12米不等，最长跨为12米，最长跨重量为7.5吨。

具体拼装方式如下：

如图3所示，将第一榀主桁架的一个桁架段设置于预拼装平台4上，且将该桁架段固定连接于临时支柱5的一侧，在预拼装平台4上进行第一榀主桁架的其余桁架段的拼装；临时支柱5的一侧设置有连接三脚架6，所述连接三脚架6与第一榀主桁架的一个桁架段连接。由于主桁架1的长度较长，为了防止主桁架1的桁架段在拼装时，发生倾覆，将主桁架1的一个桁架段通过三脚架与临时支柱5连接，形成箱型结构，连接方式可采用螺栓或焊接方式。该主桁架1的一个桁架段被固定后，再依次在该桁架段的一端或两端拼装其余的桁架段，直至该主桁架1的拼装完成。

由于第一榀主桁架拼装完成后，其依然与临时支柱5连接，不会存在倾覆风险，因此其余榀主桁架1不再需要与临时支柱5连接，只需要利用桁架连接件临时将其与相邻的主桁架1连接即可。

比如，将第二榀主桁架拼装于第一榀主桁架的背对临时支柱5的一侧；利用桁架连接件临时连接第一榀主桁架和第二榀主桁架；拼装第二榀主桁架的若干个桁架段时，先拼装其一个桁架段，利用桁架连接件将第二榀主桁架的桁架段与第一榀主桁架连接，再在该第二榀主桁架的桁架段的一端或两端拼装其余的桁架段，直至该第二榀主桁架的拼装完成。

采用同样的方法，将第三榀主桁架1拼装于第二榀主桁架的背对临时支柱5的一侧；利用桁架连接件临时连接第二榀主桁架和第三榀主桁架1；依次重复，直至全部主桁架1在预拼装平台4上完成拼装。

上述描述中关于第一榀主桁架、第二榀主桁架、第三榀主桁架1中的“第一”、“第二”、“第三”并不对主桁架1进行特征限定。比如，以图3为例，在拼装主桁架1时，可以将与临时支柱5连接的主桁架1称为第一榀主桁架，而在后续吊装施工时，可将距离临时支柱5最远的主桁架1称为第一榀主桁架。

本实施例中，所述桁架连接件包括上弦连接杆7和下弦连接杆8；所述上弦连接杆7连接相邻主桁架1的上弦杆，所述下弦连接杆8连接相邻主桁架1的下弦杆。在一些实施例中，上弦连接杆7和下弦连接杆8的长度根据钢结构屋面的主桁架1之间的距离而设计，使多个主桁架1通过桁架连接件连接为整体后，其主桁架1之间的间距与钢结构屋面上主桁架1之间的设计距离相同。可在地面进行主桁架1之间安装精度的控制和核验，提高安装精度。

在一些实施例中，每相邻的两榀或三榀主桁架1构成一组桁架屋面组，钢结构屋面包括多组桁架屋面组，钢结构屋面的全部主桁架1在地面进行预拼装时，以桁架屋面组为单元进行拼装，各个桁架屋面组之间不连接，既可以解决主桁架1倾覆问题，又可以将每个桁架屋面组视为一个起吊单元，将其整体吊装，提高施工效率，同事，每个桁架屋面组被吊装于主体结构上后，桁架屋面组可提供施工平台，在其上进行次桁架的安装，安全风险低。

S5、将用于与主桁架1上的定位孔配合的预埋件安装于已施工的主体结构上；主体结构的四周均分布有预埋件，预埋件的设置位置与主桁架1的定位孔的位置一一对应。

S6、解除第一榀主桁架与临时支柱5的连接，解除第一榀主桁架与第二榀主桁架的连接；组装履带吊2，并进行空负荷试验检查；利用钢结构垫块在地面拼装出履带吊2的行走路线；如图5所示，预拼装的主桁架1位于履带吊2的一侧，地面的主桁架1和履带吊2位于主体结构的同一侧。确定主桁架1的吊点位置；基于确定的吊点位置，主桁架1的吊点沿其长度方向间隔设置有两个或四个。利用履带吊2对主桁架1进行试吊；试吊符合要求后，利用履带吊2将预拼装平台4上的第一主桁架1整体吊装至主体结构上，如图5所示；主桁架1吊起至其下端与主体结构的上端的距离达到预设距离时，利用连接于主桁架1两端的缆绳调整主桁架1的角度，使主桁架1上的定位孔与主体结构上的预埋件对准。

利用与主体结构连接的斜向临时支撑件9支撑第一榀主桁架；如图2所示的主桁架1的一侧设置有斜向临时支撑。

S7、利用履带吊2将预拼装平台4上的第二榀主桁架整体吊装至主体结构上；由于钢结构屋面的各个主桁架1已经安装其吊装顺序或安装顺序预拼装在预拼装平台4上，故而安装设定的顺序依次吊装预拼装平台4上的主桁架1至主体结构上即可。当然，吊装前，需要解除预拼装平台4上需要吊装的主桁架1与其他主桁架1的连接。

S8、利用塔式起重机将次桁架吊装于第一榀主桁架和第二榀主桁架之间；所述次桁架包括连接梁；所述连接梁的两端分别与次桁架两侧的主桁架1连接，从而相邻两榀主桁架1与其之间的次桁架连接为整体结构。如图6所示。

S9、利用履带吊2和塔式起重机交替进行下一榀主桁架1和次桁架的吊装，直至钢结构屋面的全部主桁架1和次桁架吊装至主体结构上，主桁架1和次桁架连接为整体后，拆除与第一榀主桁架(即最先吊装在主体结构上的主桁架1)连接的斜向临时支撑件9。如图7所示。

在一些实施例中，为了减少次桁架的高空作业量，利用所述履带吊2将预拼装平台4上的主桁架1整体吊装至主体结构上之前，将一部分次桁架提前预装在主桁架1的一侧。

本实施例的履带吊2采用1250吨履带吊2(DEMAG CC6800)，其位置需根据场地周边情况、建筑物结构边线、吊装高度、地面拼装桁架的位置等空间要求进行综合考虑。

履带吊2的组装主要顺序为：吊机底盘→回转装置→A型框架→安装配重→主臂桅杆→主臂安装→主副臂连接件→副臂安装→超变桅杆→连接板起拉筋→安装钢丝绳、吊钩→扳起。履带吊2按照吊装工况组装完成后进行空负荷试验进行检查，需确保履带吊2或称吊机各机构、仪器、配件及操作系统状态完好方能投入使用。1250吨履带吊2在上述吊装工况最大吊重为169.5吨，最重钢桁架重量为150.9吨，考虑预留10％富余系数满足安全要求。

吊点间的距离及吊线与桁架长度方向的角度需综合考虑钢丝绳吊线的长度及破断拉力、主桁架1的自重及变形挠度等因素。以最长跨91.55米主桁架1为例，采用在主桁架1上弦安装四个吊点的设计。吊钩中心距主桁架1低端距离约为57米，对钢丝绳吊线以每12米进行分段并验算，在主桁架1左右两端距离19米及35米处设置四个吊点，可满足吊装要求。

吊索及吊绳安装完成后进行试吊，将主桁架1缓缓吊起离地面1米后停止起吊，检查吊点的稳固性、吊绳吃紧度及吊机的稳定程度，并根据1250吨履带吊2的传感器判断主桁架1左右两端吃重是否平衡。若有异常情况发生，应立即放下主桁架1，对吊机、桁架及索具等进行全面检查，采取必要的措施处理后方可进行正式吊装。

主桁架1两端各布置两根缆绳，在吊装过程中采用人工控制四根缆绳的角度来调整主桁架1的角度和方向。主桁架1吊起至离主体结构的结构面20厘米处时，使主桁架1上的定位孔与主体结构上的预埋件对准，对孔准确无误后方可进行主桁架1的落定。

主桁架1落定后，结构并没有形成稳固体系，不能立即拆除吊索及吊绳，待主桁架1与结构面的斜向临时支撑固定后，方可拆除吊具。

第一榀主桁架吊装固定后，需进行主桁架1挠度及垂直度的检查。主桁架1长跨方向下弦中部变形下沉不得超过160毫米，主桁架1顶端离低端垂直度不得超过15毫米。检查无误后进行第二榀主桁架的吊装，吊装过程同第一榀桁架。

在第二榀主桁架落定后，进行次桁架连接。通过塔式起重机将系梁捆扎在次桁架的下弦杆和上弦杆上。使用塔式起重机安装支撑和檩条。

次桁架与主桁架1形成整体后，方可进行下一榀桁架的吊装。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，同样也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大跨度钢结构屋面吊装施工方法，所述钢结构屋面包括多个主桁架以及设置于相邻主桁架之间的次桁架，每个主桁架由多个桁架段依次拼接；其特征在于，所述施工方法包括以下步骤：

对地面进行土质替换处理；

将预拼装平台设置于完成土质替换处理的地面之上；

将临时支柱固定于预拼装平台之上；

依附于所述临时支柱，在预拼装平台上进行每个主桁架的桁架段的拼装；

将用于与主桁架上的定位孔配合的预埋件安装于已施工的主体结构上；

利用履带吊将预拼装平台上的第一榀主桁架整体吊装至主体结构上；利用与主体结构连接的斜向临时支撑件支撑第一榀主桁架；

利用履带吊将预拼装平台上的第二榀主桁架整体吊装至主体结构上；

利用塔式起重机将次桁架吊装于第一榀主桁架和第二榀主桁架之间；

利用履带吊和塔式起重机交替进行下一榀主桁架和次桁架的吊装，直至钢结构屋面的全部主桁架和次桁架吊装至主体结构上，主桁架和次桁架连接为整体后，拆除与第一榀主桁架连接的斜向临时支撑件。

2.根据权利要求1所述的一种大跨度钢结构屋面吊装施工方法，其特征在于，所述对地面进行土质替换处理的步骤包括：

将原始自然地面向下挖至目标深度；用碎石分层填充并压实；将钢板铺装在压实的碎石之上，以完成土质替换处理。

3.根据权利要求1所述的一种大跨度钢结构屋面吊装施工方法，其特征在于，所述依附于所述临时支柱，在预拼装平台上进行每个主桁架的桁架段的拼装的步骤包括：

将第一榀主桁架的一个桁架段设置于预拼装平台上，且将该桁架段固定连接于临时支柱的一侧，在预拼装平台上进行第一榀主桁架的其余桁架段的拼装；

将第二榀主桁架拼装于第一榀主桁架的背对临时支柱的一侧；

利用桁架连接件临时连接第一榀主桁架和第二榀主桁架；

将第三榀主桁架拼装于第二榀主桁架的背对临时支柱的一侧；利用桁架连接件临时连接第二榀主桁架和第三榀主桁架；依次重复，直至全部主桁架在预拼装平台上完成拼装。

4.根据权利要求3所述的一种大跨度钢结构屋面吊装施工方法，其特征在于，所述桁架连接件包括上弦连接杆和下弦连接杆；所述上弦连接杆连接相邻主桁架的上弦杆，所述下弦连接杆连接相邻主桁架的下弦杆。

5.根据权利要求3所述的一种大跨度钢结构屋面吊装施工方法，其特征在于，所述临时支柱的一侧设置有连接三脚架，所述连接三脚架与第一榀主桁架的一个桁架段连接。

6.根据权利要求3所述的一种大跨度钢结构屋面吊装施工方法，其特征在于，所述利用履带吊将预拼装平台上的第一榀主桁架整体吊装至主体结构上之前，还包括步骤：

解除第一榀主桁架与临时支柱的连接，解除第一榀主桁架与第二榀主桁架的连接；

组装履带吊，并进行空负荷试验检查；

利用钢结构垫块在地面拼装出履带吊的行走路线；

确定主桁架的吊点位置；

基于确定的吊点位置，利用履带吊对主桁架进行试吊；试吊符合要求后，利用履带吊将主桁架整体吊装至主体结构上。

7.根据权利要求6所述的一种大跨度钢结构屋面吊装施工方法，其特征在于，利用所述履带吊将主桁架整体吊装至主体结构上的过程中，还包括以下步骤：主桁架吊起至其下端与主体结构的上端的距离达到预设距离时，利用连接于主桁架两端的缆绳调整主桁架的角度，使主桁架上的定位孔与主体结构上的预埋件对准。

8.根据权利要求6所述的一种大跨度钢结构屋面吊装施工方法，其特征在于，所述主桁架的吊点沿其长度方向间隔设置有两个或四个。

9.根据权利要求1所述的一种大跨度钢结构屋面吊装施工方法，其特征在于，所述次桁架包括连接梁；所述连接梁的两端分别与次桁架两侧的主桁架连接。

10.根据权利要求1所述的一种大跨度钢结构屋面吊装施工方法，其特征在于，利用所述履带吊将预拼装平台上的主桁架整体吊装至主体结构上之前，将一部分次桁架提前预装在主桁架的一侧。