摘要：文章主要介绍江苏省泰州博物馆悬挑钢桁架梁的安装施工工艺，重点在于大跨度桁架悬挑结构借助临时支撑胎架的定位和卸载，保证施工安装精度和现场焊接的变形控制。
      关键词：悬挑大  临时支撑胎架  卸载
      1、工程概况
      泰州博物馆位于江苏泰州市文化中心，东临鼓楼南路，南临图书馆，西临艺术广场，北临规划展览馆，详见图1。建筑面积22251平方米；结构层次分为：地下一层和地上四层的框剪结构；主体钢结构件约为1110吨，钢柱为十字柱和H型柱总体重量约321吨，钢桁架及钢梁约789吨；东侧悬挑主桁架共4榀，最大桁架悬挑长度18米，西侧悬挑主桁架共5榀，每榀桁架长约18米；屋面采光顶主桁架7榀，每榀长度约为13.5米。此工程由中国建筑北京设计研究院设计，主体结构为型钢混凝土结构，基础顶到二层结构有17根钢柱，在二层以增加钢柱数量达到25根。西侧四层至屋面有两层悬挑桁架中心高度为6.95米，桁架悬挑长度为18米。东侧二层开始有三层外悬挑桁架，三层桁架高度为13.8米，最大悬挑长度为18米。钢柱构件单重比较重，最大截面钢柱每米重量约为800kg，悬挑钢梁截面比较大最大规格为H1150*570*34*34，每米重量约为593kg/m。
 

 
图1 泰州博物馆效果图
 

2、工程重点及难点分析
      （1）本工程重点钢构件制作精度要求比较高，焊接量比较大，焊缝等级要求比较高，节点位置比复杂，组装比较困难。
      （2）钢柱及悬挑钢梁截面积比重比较大，单根构件重量比较大，现场塔吊不能满足吊装要求，必须采用大型吊装机械进行场施工，由于现场周围建筑同时施工，施工道路受限，构件及吊装机械不能直接运到施工区域，必须进行回填满足构件运输及吊装要求。
      （3）东、西两侧悬挑跨度比较大，最大悬挑长度18米，单榀桁架重量比较大，最大单榀桁架重量约为38T，单榀桁吊装比较困难，必须合理分段进行吊装，安装精度要求比较高，悬挑桁架下挠度控制比较困难。
      （4）四层以上钢梁型号规格比较大，现场塔吊不能满足吊装要求，必须进行利用自制吊装安装，安装难度比较大。
      （5）本工程与土建单位交叉作业同时进行，安装工艺及工序比较复杂，必须混凝土强度达到一定等级要求时，我钢构件方能进行安装，须配合工作比较多。
      主要结构特点
      型钢柱主要节点模型（见图2）：

 
 

图2  泰州博物馆 主要节点模型图

悬挑部分钢结构整体模型：
      A东悬挑部分（见图3）：
 

图3   泰州博物馆东悬挑部分模型图
 

B西悬挑部分（见图4）：
 

图4   泰州博物馆西悬挑部分模型图

3、施工方法
      3.1 东侧、西侧悬挑桁架安装：
      东、西两侧悬挑桁架安装，在混凝土主体结构浇注完毕并强度达到100%时，东西两侧悬挑桁架同时进行安装。
      西侧悬挑桁架安装思路（见图5）：
      悬挑桁架地面组装      根据吊装图进行桁架分段      安装支撑架格构柱设立      内侧与钢柱相连接桁架安装      桁架间钢梁安装      外侧桁架安装      桁架间钢梁安装      组装焊接完毕与东侧悬挑桁架同时卸载
 

图5  泰州博物馆西侧悬挑桁架支撑架

东侧悬挑桁架安装思路（见图6）：
      悬挑桁架地面组装      根据吊装图进行桁架分段      安装支撑架格构柱设立      二三层悬挑桁架安装      桁架间钢梁安装      四层桁架及腹杆安装      桁间钢梁进行安装      组装焊接完毕与西侧悬挑桁架同时卸载
支撑格构架设立（见图7）
      根椐桁架支撑点的位置进行放线定位，格构柱支撑点平面图（见图8）：
 

图6   泰州博物馆东侧悬挑桁架支撑架

 
图7   泰州博物馆支撑架示意图


 图8   格构柱及揽风绳柱脚图

根据悬挑桁架的位置考虑施工现场实际情况及运输要求，在工厂内对桁架分段制作，现场分段拼装、吊装。现选取典型吊装单元进行吊装演示：
      3.2 西侧悬挑桁架分段吊装：
      西侧悬挑桁架分段后最大重量约为16.1T，吊装采用130T汽车吊进行吊装
      桁架吊装钢丝绳选择
 

图9   泰州博物馆桁架吊装示意图
 

图10   受力简图
 

最大桁架重量16.1T，用两根钢丝绳进行起吊，F=G=16.1T
      F1=F/（2cos30）=161000/(2*0.866)=92956N
      钢丝绳选型号为6×37+1，钢丝绳抗拉强度为1770N/mm2
      P破=0.3×d2×σ    P破/k=P许  吊装用钢丝绳安全系数K取值为8。
      P许=92956=0.3×d2×σ/k    
      d=37.4mm,钢丝绳取值d=38mm，满足吊装要求。

3.3 桁架吊装步骤
      第一步：HJ-1-1、HJ-2-1、HJ-1A-1、HJ-2A-1桁架进行吊装（见图11）
 

图11 泰州博物馆桁架进行吊装
 

第二步：HJ-1-1、HJ-2-1、HJ-1A-1、HJ-2A-1斜撑腹杆安装（见图12）
 

图12 斜撑腹杆安装
 

第三步：HJ-1-1、HJ-2-1、HJ-1A-1、HJ-2A-1桁间钢梁安装（见图13）
 

图13 泰州博物馆桁间钢梁安装
 

第四步：HJ-1-2、HJ--2、HJ-1A-2、HJ-2A-2桁架进行吊装（见图14）
 

图14 桁架进行吊装
 

第五步：HJ-1-2、HJ-2-2、HJ-1A-2、HJ-2A-2斜撑腹杆安装（见图15）
 

图15 泰州博物馆斜撑腹杆安装
 

第六步：HJ-1-2、HJ-2-2、HJ-1A-2、HJ-2A-2桁架间钢梁安装（见图16）

 
图16 桁架间钢梁安装
 

第七步：HJ-3安装及外侧相连钢梁安装（见图17）
 

图17泰州博物馆 HJ-3安装及外侧相连钢梁安装

      全部安装就位后，进行对称焊接，应以偶数位焊接工人对称进行，焊接时应由内向外，顺时针进行，保证焊接应力的释放。全部焊接完成后，经检测合格后，进行卸载。

3.4 支撑卸载:
      东、西两侧悬挑桁架整体安装完毕后，两侧同时进行卸载，卸载次序：首先卸载次要支撑格构柱，再次进行卸载重要支撑格构柱。HJ-1，HJ-1A、HJ-2、HJ-2A、HJ-4、HJ-5外侧支撑格构柱为主要支撑，其余支撑为次要支撑格构柱。
      桁架卸载步骤： 
      第一步：次要支撑卸载（此卸载以西侧为例）（见图18）
 

图18   泰州博物馆西侧次要支撑格构柱卸载立面图
 

西侧次要支撑在卸载时，四根支撑同时按10mm的层次进行调节区割除，同时观察桁架下弦变化情况，在没异常情况发生后再次进行割除下一个层次，直至支撑柱与桁架下弦脱离。（见图19）
 

图19   泰州博物馆次要支撑脱离桁架下弦立面图
 

第二步：次要支撑拆除（见图20）
 

图20  次要支撑拆除后方面图
 

第三步：主要支撑卸载
      所有次要支撑卸载完毕后进行卸载主要支撑格构柱，拆除方法与次要支撑格构柱方法相同，在主要支撑拆除过程中进行测量桁架下挠度，发现异常急时停止。（见图21）
 

图21  泰州博物馆主要支撑卸载图
 

卸载完毕后进行主支撑格构柱移除，卸载完毕。
      至此，本工程钢结构安装全部结束，经过无损检测，应力测定及基础沉降和桁架绕度观测均符合设计及规范要求。

4、结束语：
      因篇幅有限，未对全部施工过程进行叙述，本文仅对大跨度悬挑桁架的安装过程进行简单描述。从本文可以看出大跨度悬挑桁架的施工应根据施工现场的实际情况科学、合理的选择施工方法，在有可能的情况下架设支撑点，使悬挑桁架两端受力平衡，保证施工安全。

参 考 文 献
      [1] 董石麟,罗尧治,赵阳:新型空间结构[J].人民交通出版社,2006(34):31-34.
      [2] 钢结构设计规范,GB50017-2003.
      [3] 王秀丽.大跨度空间钢结构分析与概念设计[J].机械工业出版社, 2001, 30(5):70-85.
      [4] 孙建琴.大跨度空间结构设计[J].科学出版社,2009（2）：75-80.

作者简介：何海（1978-），浙江中南建设集团钢结构有限公司销售副总，工程师
      联系地址：杭州市滨江区长河街道（310052）