0 引言

　　大型枢纽机场、高铁车站、会展中心等大空间公共建筑中外墙围护结构多采用立柱桁架式幕墙骨架结构体系，一般由方钢管焊接组合立柱与横梁体系组成，幕墙外挂。

　　幕墙骨架结构体系进行根据建筑体形特征、抗震设防要求、实际层高和跨度、立面分格及板面类型进行，确保幕墙骨架结构体系的传力途径简洁清晰，所有支撑构件及连接构件安全可靠。单片桁架为方钢管焊接框架与钢拉杆结构组合成的整体受力体系。

　　超高单层幕墙立柱桁架高度大，易产生较大的变形，需在施工中对深化设计、加工、运输、吊装各环节进行科学把控，以保证工程的顺利实施。

　　1 工程概况

　　1.1 工程总体概况

　　国家会展中心(天津)一期工程位于天津市津南区，总建筑面积47.86万m²，主要由展厅、交通连廊、中央大厅3部分组成，外立面效果如图1所示。

　　1.2 幕墙立柱桁架结构设计概况

　　中央大厅是由32根树状钢柱支撑的大跨钢结构，四周幕墙高33m(19.3m)，宽80m，长224m，布置如图2a所示。立柱结构通过混凝土结构楼层埋设埋板，单片式方管立柱底部与埋件螺栓连接，方管立柱框架内焊接交叉钢拉杆，加强立柱刚度，提高立柱承载力。单片式方管立柱间距6m，顶部与钢结构采用钢杆件斜撑连接，立柱跨度范围内采用方管焊接连接，立柱节点如图2b所示。

　　图1 外立面效果 

　　图2 立柱桁架  

　　立柱原材主要为Q235B和Q355B方钢管，尺寸为□130×160，□130×220，□160×220，□300×220，壁厚为8,12,14,18,20,25mm，钢拉杆(GLG650)直径为30,35mm。

　　2 施工重难点

　　1)方钢管原材料加工难度大立柱采用的方钢管要求项目整体体现工业化，方钢管采用直角方管，无R角。根据市场材料现状，常规钢厂钢管壁越厚R角越大，不能满足要求，若采用钢板焊接，则会增加焊缝变形控制难度。

　　2)超高单片式桁架加工、运输及安装难度大立柱桁架总体高33m，为单片式，加工、运输及吊装极易变形，导致整体安装质量偏差过大，因此，需进行深化设计、计算、分段。

　　3) 33m受限空间内超高单片式桁架吊装难度大单片式桁架分段加工，现场钢框架结构已施工完成，在地下室顶板上拼装胎架，因设计荷载及33m吊装空间受限，大型起重机械作业难度大;幕墙结构对立柱桁架结构安装平整度、构件加工几何尺寸要求较高，其中，构件安装垂直度要求控制在8mm内。

　　3 超高单片式立柱桁架吊装技术

　　3.1 直角方钢管定制加工

　　方钢管采用挤压无R角钢型材(圆改方)，利用钢材二次加工技术，加工出符合设计要求的热轧直角方管，平整度好，外视效果美观，如图3所示。

　　图3 直角钢管效果  

　　3.2 立柱桁架结构分段设计加工

　　利用BIM技术，结合深化设计要求，施工方案及构件运输对长度、宽度、质量的要求，对钢桁架结构进行构件划分。将现场焊接拼装的焊接部位预留在结构受力小、应力不集中、偏离主节点的部位，保证结构稳固性与施工便利性。

　　在实施过程中，如图4所示，将钢桁架分别划分为2,3节，从而满足构件加工、运输及吊装要求。

　　图4 钢桁架分段 

　　3.3 超高单片式立柱桁架吊装

　　3.3.1 吊装方法选择

　　钢桁架整体拼装、吊装均在地下室顶板上进行，根据顶板(厚度180,250mm)设计承载力要求得知，大型支撑结构、大型机械设备无法进场进行安装作业，且周边及上部柱已安装完成，施工条件受限。

　　在有效结合现场施工条件、施工设备选取、构件分段设置及工期要求的基础上，采用分体桁架现场拼接、整体吊装的施工方法。以33m桁架为例进行机械选择。

　　1) 33m长桁架最重约9.8t，桁架顶标高为32.515m，则吊装最大质量Q₃=Q₁+Q₂=10.3t(Q₁=9.8t，索锚自重Q₂=0.5t)。在5.5～7.5m工作半径位置吊装质量为12.4t,9.0m工作半径起吊质量为10.9t，均大于吊装最大质量Q₃。因此，工作半径9m范围内，选用50t起重机满足吊装质量要求。

　　2) QY50起重机在工作半径9.0m位置，起重机最高点距±0.000地面距离H=33.125-0.8=32.325m，起重机悬伸臂长，小于，小于起重机9m半径时的臂长L=36.2m，如图5所示，桁架顶部离吊臂底盘最大高度H₁=33.125-1.5-0.8=30.825m，立柱桁架底标高为-0.800 m，起重机车厢底盘H₃=1.5m，起重机臂底端中心与桁架结构中心水平距离S=9.0m，起重机臂伸出树状柱顶面2.0m，则对应的起重机臂净长L=32.1+2.0=34.1m<36.2m。吊装时，起重机半径均控制在9m以内，故50t起重机臂长满足吊装要求。

　　图5 50t起重机工作半径及高度(单位:m)  

　　3)由50t起重机参数性能表可知，50t单台起重机满足33m桁架结构吊装要求;双机抬吊时，桁架结构自重被2台起重机分担，单台起重机吊装质量约5.0t，仅在桁架结构呈竖立状态时，单台起重机承受整片桁架自重，满足起重机使用要求。

　　综上分析，33m桁架吊装时选用50t起重机。

　　3.3.2 整体安装部署

　　将组装好的桁架结构按预定吊装方案进行吊装定位，根据现场实际进展情况，将中央大厅幕墙钢结构施工分为4个区块，即南面、北面、东面、西面，如图6所示。

　　图6 桁架结构平面  

　　3.3.3 胎架拼接

　　胎架由矩形钢管焊接而成，在胎架支撑处设置调节装置，以保证构件预拼的精度，如图7所示。胎架制成后将其焊接在钢板上，使整个胎架形成一个刚性体。在施工场地上弹出桁架预拼装放样线，作为每根杆件放置时的基准线。将运至现场的分段桁架构件按放样线依次排放好，由主而次进行桁架预拼装，桁架结构吊点位置如图8所示。将桁架在对接处进行焊接连接，注意对桁架翻面焊接时桁架结构的变形控制。桁架对接拼装完成后，因桁架采用平铺式对接，尺寸较长，采用2台50t汽车式起重机平吊脱模，脱模时应保证桁架平稳不变形。

　　图7 搭设胎架对接桁架结构  

　　图8 桁架结构吊点位置示意 

　　3.3.4 吊装安全性及变形验算

　　在桁架上端顶部横梁下部加设八字撑结构，使桁架结构与主体伞状钢结构顶部相连，增加桁架结构的整体稳定性(经计算，19.3m桁架结构底部无须再加设八字撑结构来保持结构稳定性)，如图9所示。

　　图9 桁架结构顶部、两侧八字撑与树状结构顶端相连  

　　计算分析时，自重D考虑1.1放大系数，风荷载按计算书最大值施加双向风荷载，D+W的一阶屈曲如图10所示。D+W₁的一阶屈曲因子为27，满足规范要求。

　　图1 0 桁架结构两侧设置八字撑结构变形计算 

　　主起重机松钩，安装完成。开始前通过SAP2000软件进行验算，核算出端头及需增强加固的位置，并根据验算结果进行现场实施。

　　3.3.5 吊装(以空间受限最严重的19.3m长为例)

　　在结构L/4位置节点处设置吊点，采用1台25t起重机分别将9.85m上段和10m下段桁架结构在地面胎架上对接，如图11所示。

　　图1 1 同时将9.85,10m桁架结构平铺横放于胎架上进行对接  

　　同时使用1台25t(副起重机)和1台50t(主起重机)起重机，在桁架结构约L/5位置节点处设置吊点;2台起重机协同起吊，将横立放置在地面胎架上的桁架结构水平缓慢提升至约20.000m标高处(此处标高可根据现场实际工况进行调整，尽量减少起重机站位周边障碍，方便桁架吊装)，如图12所示。

　　图1 2 双机起吊缓慢提升桁架结构至约20.000m标高处  

　　保持主起重机臂不动，松副起重机钢丝绳，使结构下端缓慢下降;保持副起重机臂不动，利用主起重机钢丝绳缓慢提升桁架结构上端;继续保持主起重机臂不动，副起重机缓慢松绳使结构下端下降;保持副起重机臂不动，继续利用主起重机钢丝绳提升桁架结构上端。重复上述吊装过程，直至桁架结构上端到达与主体钢结构连接安装位置高度。副起重机松钩，调整主起重机臂，并使用晃绳将结构旋转90°，使结构基本处于竖直状态如图13所示。

　　图1 3 主起重机继续提升结构上端，副起重机松钩  

　　校准桁架结构安装位置后，先人工拉晃绳，使结构底部大致处于安装位置，然后轻推(拉)结构下端，安装下部销轴;最后安装结构上端销轴。

　　4 实施效果

　　单片式超高立柱桁架在有限空间内作业，施工质量控制及吊装难度大。以国家会展中心(天津)一期工程中央大厅幕墙骨架钢结构为例，通过材料加工优化、钢桁架分段设计、安装方法优选等实现了加工安装的精确控制，在保证安装质量的基础上有效缩短了安装时间。