济南国际机场航站区扩建工程

大跨度管桁架高空散拼装关键技术

马钢钢构公司生产中心 关琳

[摘要] 随着国内钢结构行业的不断发展，大跨度空间网壳结构也得到了不断的发展，尤其以大跨度管桁架空间结构体系在国内公用和民用设施中的运用显得较为突出，技术更新与发展越来越快，同时，该钢结构体系目前从设计到施工很多方面都有待进一步完善，该种钢结构形式在施工方面，显得难度较大。

[关键词] 钢结构 大跨度空间网壳结构 管桁架 AuToCAD 全站仪 拼装 三维模型

1、工程概况及特点

济南国际机场航站区扩建工程钢结构总量约为5300t，屋面主梁结构形式为大跨度空间管桁架结构，单层双壳管桁架，屋面平面呈飞鸟翼状，主要使用Q345.C钢管，主弦管为Φ508x25，508x18，457x16，457x12，腹管为Φ219x8，194x8，每榀管桁架由三根主弦管与腹管相贯焊接形成空间三角管桁架，跨度较大，最大跨度为147mm。

2、拼装思路

该工程共有管桁架16榀，其中T4（a）~T8（a）管桁架中间设有V形支柱，跨度较大，其中T8（a）跨度为147mm，T3（a）~T1（a）跨度较前者小，其中T1（a）跨度为70mm。结合现场情况以及吊装设备情况，得出如下拼装思路：

T4（a）~T8（a）管桁架分为三段进行拼装，分别为：陆侧段、中间段、空侧段。因受现场条件限制，中间段若于地面进行拼装，那么，将来中间段将无法整体吊装到位，所以，中间段必须进行高空散拼装。

T3（a）~T1（a）管桁架分为二段进行拼装，分别为：陆侧段、空侧段。

3、高空散拼装思路

建立三维模型→确立三维坐标系→确定各控制点 →确定各控制点三维坐标→搭设脚手架→找出各控制点→ 搭设高空拼装胎具架→检测 →主弦管标记→吊装调整拼装→检测→ 焊接→腹管吊装→腹管拼装焊接→再检测

4、具体实施

建立三维模型：

在AuToCAD或Xsteel软件中按照1：1建立三维模型，必须要建立三维模型，否则，高空散拼装工作将得不到合理的依据。在该软件中能够模拟得出真实的航站楼钢结构管桁架全貌，同时能够得出合理可靠，以及工程实际所需的数据。

确定三维坐标系：

首先确定X轴，因为每榀桁架的最高点为E轴向东偏移2730mm，所以，选择E轴向东偏移2730mm为X轴，这样能够做到统一，Y轴可选择航站楼的纵向轴线，Z轴为X、Y轴交点垂直向上，坐标原点在士0.000平面上。

确定各控制点：

上弦管控制点选择在面杆、腹杆与主弦管的交汇点向下引至主弦管外皮，每隔5m一个点，下弦管控制点的选择在腹杆与主弦管交汇点向下引至主弦管外皮，每隔4m一个点。

确定各控制点的三维坐标：

在AuToCAD或Xsteel软件中的三维模型中找出各控制点的三维坐标，利用这些坐标来搭设胎膜。

搭设脚手架：

脚手架选择承重脚手架，脚手架钢管采用加强钢管支承荷载应满足桁架和施工操作人员及安全设置的承重，并应搭设斜梯走道，脚手架必须进行必要的加固，可设立垂直交叉斜支撑。

找出控制点：

利用全站仪进行测量，将X，Y轴线引测至脚手架上，然后根据各点的三维坐标再测出各控制点，用记号笔标好。

搭设高空拼装胎模：

胎模选用材料为可升降的脚手架钢管及方木，同时，因为为了消除沉降的影响，可将标高抬升5mm。该拼装胎具架必须进行横向与纵向加固，否则，该胎具架容易变形，影响拼装质量。

检测：

检测工作主要是检测胎具架搭设的准确性，利用全站仪来完成该项工作。

主弦管标记：

因为每榀管桁架在整个空间上都有一个旋转角，因此，对于每根主弦管来说也如此，必须根据偏转角在地面标出弦管的中心线的偏移，这样才能使拼装工作的准确性得到保证，才能准确的反映整个航站楼结构的整体形状，同时也要根据排版图标记出与E轴线对应的点，另外由于技术要求，仍需标记好主弦管的东西方向，否则，容易造成焊缝出现交叉及同一节间出现两个对接焊缝，要求严格标号标记，严格按照排版图进行施工。

吊装：

利用250t履带吊进行吊装作业，以T8a为例，先吊装下弦管，后吊装上弦管，下弦管定位（铰支点定位），中间V形柱两段Φ508x25焊接铰支点的3m长钢管已与Φ508x18钢管拼装焊接成整体，通过计算得出下弦管两铰支座之间的管底弧长为14700mm，算出靠陆侧屋脊线与铰支座之间的管底弧长为2450mm，即得出下弦管与屋脊线（点）最高点的脚手架横杆相交点（既下弦杆安装定位点），其它脚手架横杆与下弦杆均为相切。

主弦管调整拼装：

根据管桁架的整体旋转角及排版图来调整主弦管，调整好以后进行主弦管拼装

检测：

主要检测主弦管拼装工作的完成情况，包括整体旋转角的旋转准确性，标高的准确性，三根主弦管的相对位置，以及主弦管对应X、Y轴的准确性。同样主要使用全站仪，钢盘尺辅助。

焊接：

主弦管焊接工作必须在拼装工作准确无误的前提之下来完成，焊接工作要求多焊工同时对称施焊，以防止造成整体盘弯。

腹杆吊装：

利用200t汽车吊（因构件吊装回转半径较大）

腹杆拼装焊接：

该过程中一定要注意相贯焊接，整体拼装，点焊固定后，进行整体检测，确认无误后，多焊工同时对称焊接，同时分段焊接。

再检验：

主要检测拼装工作的完成情况，包括整体旋转角的旋转准确性，标高的准确性，三根主弦管的相对位置，以及主弦管对应X、Y轴的准确性。同样主要使用全站仪，钢盘尺辅助。

5、影响因素

人的因素：

操作人员的文化层次（应具备高中以上文化，具备一定的空间思维能力）、测量人员的技术水平，焊接人员的水平是否相当，以及所有人员的质量意识及责任心

机械的因素：

吊装机械有时不能将构件吊装到位，测量工具较少，有时无法跟上工程的计划安排。

材料的因素：

脚手架所用材料必须满足承重要求，另外，主材材质为Q345.C，焊接工作容易造成缺陷，焊条要求严格按要求烘干。

方法的因素：

要求拼装工作严格按以上执行，另外由于制作过程煨弯过程中的方法不当，可造成主弦观盘弯扭曲，或者，弧度不够，给拼装工作带来麻烦，煨弯过程中可将拱高放大20mm，因为构件经过长途运输，通过应力释放，构件有一定回弹，另外需要有对构件盘弯进行有效的控制。

环境的因素：

现场高空作业，风较大，脚手架的整体晃动较大，必须进行架固。

6、总结

济南国际机场航站楼扩建工程管桁架高空拼装工作过程当中，AuToCAD软件发挥了其强大的作用，同时，利用全站仪来进行测量工作，也发挥了其高效的的特点，为整个航站楼钢结构高空拼装工作的顺利完成，起到了很大的作用。

马钢钢构生产中心

关 琳

2004年6月30日

济南国际机场航站区扩建工程