西安丝路国际会议中心项目位于西安市浐灞生态区, 香湖湾地铁站西侧, 黄邓路与香湖一路交叉口西北角。外轮廓呈正方形, 平面尺寸为207m×207m, 屋面标高为58.300m, 采用“钢框架支撑+正交主桁架”结构体系, 1, 2, 3夹层为悬挑梁柱结构。

本工程屋面悬挑桁架主要由桁架 (径向桁架、环向桁架) 、桁架次梁、桁架支撑及屋面封边梁组成, 桁架悬挑长度约为25m, 角部最大悬挑长度约为36m, 单榀桁架最大质量约72t, 具体分布如图1所示。根据结构形式, 将屋面悬挑桁架主要分为径向桁架、环向桁架吊装单元, 剩余封边梁、桁架次梁及支撑等散件吊装杆件。

采用在屋面层临边桁架或钢柱柱顶上焊接型钢柱, 作为缆风绳支撑立柱。屋面悬挑桁架单元采用300t履带式起重机或塔式起重机吊装, 单元根部采用8块码板临时焊接连接, 并在支撑立柱背面与屋面层桁架间拉设缆风绳、径向桁架端头拉设双道缆风绳对桁架单元进行临时固定, 完成后起重设备松钩;然后使用倒链对桁架仰角及平面位置进行调节, 复测完毕后, 进行径向桁架与屋面层临边桁架或钢柱焊接施工。屋面悬挑桁架由每侧结构中央位置向两侧延伸吊装, 先吊装径向桁架, 相邻2榀径向桁架吊装完毕后, 吊装环向桁架进行嵌补, 最后进行桁架次梁、桁架支撑嵌补, 直至屋面悬挑桁架合龙, 缆风绳立柱支撑安装如图2所示。

此方案中缆风绳立柱支撑分为2类, 角部立柱支撑由于需要在支撑顶部挂设4道缆风绳, 采用□500×500×30×30钢管, 其余位置立柱支撑需在支撑顶部沿径向桁架方向挂设2道缆风绳, 采用H500×500×20×30型钢, 支撑高度均为4 500mm。

采用300t履带式起重机或塔式起重机高空原位无支撑吊装, 吊装时采用钢丝绳及倒链将嵌补腹杆固定于径向桁架上, 随径向桁架同时吊装至就位位置;采用4块码板临时焊接连接, 随后采用倒链调整桁架标高、采用径向桁架端部2道缆风绳调整桁架平面位置, 最后焊接, 待全部焊接完成后, 设备松钩。屋面悬挑桁架由每侧结构中央位置向两侧延伸吊装, 先吊装径向桁架, 相邻2榀径向桁架吊装完毕后, 吊装环向桁架进行嵌补, 最后进行桁架次梁、桁架支撑嵌补, 直至屋面悬挑桁架合龙。高空原位无支撑安装如图3所示。

方案对比分析:方案2较方案1节省立柱材料约169t, 且节约制作、运输、安装费用, 同时, 方案2能有效缩短工期, 因此现场选用高空原位无支撑方法进行施工。

根据屋面大悬挑桁架结构特点、吊装设备起重能力、施工现场临时道路及构件拼装场地布置实际情况, 将屋面悬挑桁架进行吊装单元拆分, 采取单榀径向桁架为1个吊装单元, 相邻2榀径向桁架间的环向桁架为1个吊装单元, 桁架次梁嵌补采取环向桁架之间的圆管散件吊装, 桁架支撑嵌补采取桁架与次梁间的圆管散件吊装。

单榀径向桁架为片式三角桁架, 桁架上弦杆长约25.2m, 下弦杆长约26.4m, 上、下弦最高处高约6.8m。桁架上、下弦杆需进行分段并留设腹杆拼装牛腿, 整榀桁架需现场拼装完毕后, 采用300t履带式起重机或塔式起重机进行吊装 (见图4) 。分段原则如下。

1) 上、下弦杆均留设腹杆牛腿, 当腹杆长度>1 500mm, 牛腿长度500mm;当腹杆长度>500mm且<1 500mm, 只在下弦杆上留设牛腿, 牛腿长度500mm;当腹杆长度<500mm, 不留设牛腿。

2) 径向桁架上、下弦杆均留设环向桁架上、下弦杆及腹杆牛腿, 牛腿长度500mm。

单榀环向桁架为片式矩形桁架, 桁架上、下弦杆长约8.0m, 上、下弦杆高约4.44, 2.59m。桁架上、下弦杆需进行分段并留设腹杆拼装牛腿, 整榀桁架需现场拼装完毕后, 采用300, 150t履带式起重机在结构外围临时施工道路上进行吊装 (见图5) 。分段原则如下。

1) 上、下弦杆均为1段。

2) 根据设计图, 桁架次梁、桁架支撑与径向桁架、环向桁架节点连接方式决定是否需留设相应次梁及支撑牛腿。当需留设牛腿时, 牛腿长度取500mm。

3) 当桁架上、下弦杆留设相应次梁及支撑牛腿后, 牛腿圆管内应加设衬垫板, 衬垫板与圆管点焊固定。

1) 环向桁架间桁架次梁为1段, 考虑桁架支撑与桁架次梁采用相贯连接, 故桁架支撑于环向桁架之间, 桁架次梁不进行分段。

2) 考虑桁架次梁与桁架支撑安装的先后顺序, 桁架次梁安装完毕后, 安装桁架支撑。故桁架次梁与径向桁架之间桁架支撑为1段, 桁架次梁之间桁架支撑为1段。

根据屋面悬挑桁架结构特点及设计提供的起拱值, 吊装单元采用300t履带式起重机或塔式起重机四侧同步从中间向两边采用高空原位无支撑施工工艺安装, 先吊装径向桁架, 相邻2榀径向桁架吊装完毕后, 吊装环向桁架进行嵌补, 最后进行桁架次梁、桁架支撑嵌补, 直至屋面悬挑桁架合龙。

1) 桁架拼装 根据工厂分段, 将运输至现场的构件采用履带式起重机在外围拼装场地进行拼装, 径向桁架、环向桁架整榀进行拼装 (见图6) 。

2) 径向桁架安装 将拼装完成的径向桁架采用300t履带式起重机或塔式起重机进行吊装。吊装前对拼装好的桁架上弦焊接4块大码板, 采用钢丝绳及倒链将根部嵌补腹杆连接在吊装桁架上;吊装就位后, 采用桁架端部2道缆风绳对桁架平面位置进行调整, 利用20t倒链对桁架标高进行调整, 复测无误后焊接桁架, 焊接完成后方可松钩 (见图7) 。

每榀桁架安装完成后, 对其标高进行观测, 做好观测记录, 对观测记录进行比较, 测出桁架变形情况;由于安装过程中荷载不断增加, 桁架会出现沉降, 因此需严格按照设计要求, 安装过程中对其起拱, 保证沉降后桁架安装位置在设计位置。

3) 环向桁架、桁架次梁、桁架支撑嵌补安装2榀径向桁架安装完成后, 由内向外安装环向桁架;最后进行桁架次梁、桁架支撑嵌补安装 (见图8) 。

1) 屋面大悬挑桁架依据受力特点及运输要求进行合理分段, 并在节段深化过程中对复杂节点进行设计、优化定位, 使复杂节点尽可能在工厂焊接, 减少现场拼装、焊接量。

2) 根据结构受力特点, 优化屋面大悬挑桁架安装顺序, 采用由每侧结构中央位置向两侧延伸的施工顺序, 先安装径向桁架, 后安装相邻2榀径向桁架间的环向桁架, 最后安装桁架次梁、桁架支撑等嵌补杆件, 直至屋面悬挑桁架合龙, 确保大悬挑桁架安装过程中整体结构受力合理。

3) 根据构件运输要求, 屋面大悬挑桁架分段宽度尽量控制在3m以内, 上、下弦杆控制在3段以内, 且分段点尽可能避开桁架杆件相交节点。

4) 高空原位无支撑施工优缺点优点: (1) 屋面大悬挑桁架采用无支撑安装方法, 且通过缆风绳及倒链对桁架水平位置、仰角进行调节, 方式简单, 可操作性强; (2) 原方案1中风缆立柱施工需花费大量时间, 虽采用无支撑方式单榀桁架安装用时约6h, 相对于有支撑安装方式工效较低, 但总体而言, 无支撑施工仍缩短施工时间; (3) 由于本工程屋面四周均为大悬挑桁架, 且距离地面高度大, 采用无支撑施工极大地减少措施投入量, 节约成本。缺点: (1) 采用无支撑方式安装降低设备使用工效; (2) 大悬挑桁架安装全部为高空作业, 无支撑安装方式安全要求标准较高。