0 引言

　　桁架结构属于空间结构体系，在施工中需根据结构形式、受力特点、现场工况，选取科学、合理、安全、经济的吊装方法。有必要对构件的加工制作、运输、现场拼接、吊装等过程进行施工仿真模拟，以确定最优加工吊装方案。尤其在大跨度桁架结构中，更需全方面综合考虑，在满足安全条件的前提下，经济合理地完成吊装。

　　1 工程概况

　　国家会展中心(天津)一期工程位于天津市津南区，建筑面积47.86万m²。展馆区由16个大型展厅及其交通连廊和餐厅，1个中央大厅及地下室，以及室外展场区组成。地上建筑主要采用钢结构，工程效果如图1所示。

　　图1 工程效果  

　　展厅、交通连廊和餐厅屋盖结构为四弦凹形大跨度桁架结构，屋面结构高23.38m。交通连廊由屋盖(含A、B类人字形钢柱)、内部附属结构组成。屋盖共6部分，包括2个完全相同的餐厅屋盖与4个对称布置的通廊屋盖。屋盖采用与展厅屋盖一致的结构体系。内部附属结构为2层或3层钢框架结构。交通连廊桁架下部为钢框架结构(局部3层)。如图2所示，交通连廊长392m，宽73.9m宽，吊装机械行驶道路仅11.9m宽，工况复杂。

　　图2 交通连廊屋盖结构(单位:m)  

　　2 施工重难点

　　1)结构复杂、体量大、工期紧主体结构为四弦凹形空间桁架结构，屋盖呈“海鸥”造型，由V形梁、上下弦杆、V形梁顶部拉杆、拉梁、边梁、钢拉杆等构件组成;桁架主要由人字柱支撑，部分桁架下部由框架柱支撑。

　　2)交通连廊处于南北展厅之间186m×74m的空间内，其中部有东西向贯通、宽9m的主管沟，管沟顶板厚0.2m。经计算，管沟顶板不能满足机械行走要求，底板局部存在高差，则通廊内施工机械的实际可利用宽度为11.3m，如图3所示，场地极其狭窄，且内部附属框架满布于桁架下，结构复杂，工期紧，体量大，难度突出，需合理确定安装顺序和机械进出场规划，制定科学的吊装方案。

　　图3 交通连廊结构剖面与场地布置  

　　3)交通连廊基础面存在主、次管沟，底板存在高低差，大型吊装机械和重型构件需在底板上完成吊装、拼装，因此，应对底板的承载力进行施工前验算。桁架结构的组成构件多、跨度大，吊装前需进行施工模拟分析，验证吊装方案的可行性。

　　4)交通连廊处在南、北侧展厅之间，场地狭窄，体量巨大，上部有桁架屋盖，下部有框架结构，底板存在南北向、东西向的主、次管沟。主管沟顶板与底板存在1.35m高差，且主管沟顶板不能承受起重机及构件荷载。

　　3 施工方案

　　通过对比械投入、临时措施投入，结合现场实际情况，最终确定桁架部分采用分段拼装、高空吊装法施工。对比分析如下。

　　1)高空滑移法适用于支撑结构为周边承重墙或柱上有现浇钢筋混凝土圈梁等情况。优点为上部作业不影响下部空间作业，可进行多专业交叉作业，不用满搭操作平台;缺点为须布置滑移轨道和具有足够牵引力的牵引装置。

　　2)整体顶升法由于交通连廊空间狭窄，仅可在端部人字柱、局部框架柱设置顶升设备固定点。若在地面整体拼装屋面系统，场地无法满足起重机占位，且底板存在高低差，标高控制需投入大量措施，成本偏高。

　　3)高空散装法优点为无须使用大型起重设备，对场地要求低;缺点为须搭设大量拼装支架，高空作业多，不宜进行高空焊接，易引燃脚手板，轴线、标高不易控制等。

　　4)分段拼装、高空吊装法将整榀桁架进行合理分段，地面拼装，使用起重设备进行高空吊装就位。优点为地面拼装、标高控制方便，焊接作业操作简便，设备可放于地面，无须满布脚手架操作平台。

　　通过对以上方案进行分析对比，从安全、经济、实用等方面综合考虑，最终采用分段拼装、高空吊装法，主要利用260t履带式起重机+临时支撑，在受限空间内对屋面桁架由内向外分段拼装、高空吊装。

　　4 桁架分段与模拟分析

　　4.1 桁架分段

　　交通连廊单榀桁架长186m，每榀桁架有32个V形梁，共分为8个吊装单元。每个吊装单元由4个V形梁、上下弦杆、钢拉杆、系杆及边梁组成，质量有41,52t两种(见图4)。拼装胎架置于标高-0.150m主管沟顶板上，吊装半径最大18m，最重吊装单元为52t。考虑吊钩、索具自重，通过分析选择260t履带式起重机，采用35m主臂+24m副臂，在半径18m主臂85°仰角处，最大吊重60.6t，完全满足吊装要求。

　　4.2 临时支撑设置

　　如图5所示，临时支撑外形尺寸为1 500mm×1 500mm，主肢采用159×10钢管，横向缀条采用114×6钢管，斜向缀条采用76×5钢管，底座采用HW200×20型钢，构件材质皆为Q345B。每根格构柱由底座、标准节、顶部平台组成，每组双拼格构柱之间应设置可靠的水平连接。

　　图4 桁架分段示意  

　　图5 临时支撑单元 

　　1 500mm×1 500mm临时支撑的整体截面性能计算、换算长细比及整体稳定性计算如下。

　　临时支撑惯性矩:

　　根据GB50017—2017《钢结构设计标准》中式(7.2.2-1)及式(7.2.3-5)计算长细比:

　　式中:H为计算长度，取16m,A₀为格构柱截面积。

　　换算长细比:

　　式中:A₁为缀杀76×5截面积。

　　综上，满足要求。

　　4.3 有限元模拟分析

　　4.3.1 变形

　　桁架的质量分布较均匀，故竖向最大位移位于桁架跨中，如图6所示。

　　吊点变形量:d₁=2.38 mm;吊点间跨度:L₁=18 m;d₁/L₁≈1/7 563≤1/400，满足要求。

　　4.3.2 应力

　　吊装过程中，桁架钢构件(包括临时撑杆)最大应力σ₁=87.6MPa<295MPa(见图7)，满足要求。

　　交通连廊总体吊装原则为先上后下、由内向外，先进行上部桁架吊装，卸载后进行内部框架吊装;总体流程为:桁架地面拼装→桁架下支撑框架柱吊装→临时支撑布设→上部桁架结构吊装→桁架卸载→下部框架结构吊装。

　　图6 变形云图(单位:mm)  

　　图7 应力云图(单位:mm) 

　　5 桁架吊装

　　5.1 吊装设备选型

　　根据狭窄场地的基础承载力，采用50t汽车式起重机进行桁架拼装。待吊装单元拼装完成后，采用100t汽车式起重机对桁架下局部框架柱进行原位吊装，随后布设临时支撑。

　　采用260t履带式起重机对分段桁架进行吊装，经计算，吊装过程中需在行走路线上铺设路基箱，将力扩散传递至受力桩，同时保护混凝土面层。桁架吊装就位后，将拼装胎架转运至下一拼装单元处。

　　5.2 行走路线底板处理

　　履带式起重机行走区域为-1.500m标高主管沟两侧混凝土底板，板厚400mm，根据混凝土强度等级、底板配筋、桩位布置，对底板承载力进行验算，可知大部分混凝土结构都能满足履带式起重机行走及吊装需求。为保护混凝土面层，采取垫高路基箱的方式作为履带式起重机着力面。

　　5.3 桁架现场吊装组织

　　现场场地狭窄，临时支撑胎架布置紧凑，操作空间不足，拼装胎架与临时支撑间距仅200mm。为保证吊装安全性，需在二次脱胎后再起吊桁架，并严格按如下顺序进行:拼装→桁架脱胎→胎架转移→临时支撑布设→吊装→嵌补。

　　图8 临时支撑卸载示意  

　　5.4 桁架卸载

　　待吊装至第5单元段时，卸载前4段，将临时支撑倒运至后4段。

　　根据变形协调、卸载均衡的原则，通过多次切割型钢卸载临时支撑，卸载顺序为:单侧通廊桁架分2次卸载，待第5段桁架安装完成后进行第1次卸载，待第8段桁架安装完成后进行第2次卸载。按以上步骤对桁架进行卸载，同步卸载同一榀桁架下临时支撑，如图8所示。

　　6 结语

　　国家会展中心(天津)工程受限条件下交通连廊屋盖大跨度桁架安装工程，通过对桁架吊装施工进行有限元模拟，提出合理的施工方法，高效完成了交通连廊上部桁架、下部框架的安装作业。本方法安全可靠、经济适用，可为后续类似工程施工提供参考。

　　1)结合现场环境及工程设计，合理选择狭窄空间内桁架吊装方案，在满足现场吊装的情况下减少资源浪费、节约成本、保证工期。

　　2)在保证桁架吊装过程不影响下部框架吊装的前提下，先上后下、由内向外，合理安排施工组织，使吊装作业顺利进行。

　　3)嵌补段的安装须及时插入，使结构随工程进度趋于完整，形成稳固的空间体。