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摘要：随着国内建筑钢结构的快速发展，全国各地涌现出了大量结构新颖，造型独特的钢结构建筑。由于钢材自身刚度，韧性好的特点，也出现了一些伸臂结构形式，该结构的施工技术较为复杂。本文通过对武清区博物馆工程大跨度大跨度钢结构伸臂桁架安装过程的技术质量控制，总结出一套大跨度伸臂钢结构的施工技术，可供同类钢结构工程参考借鉴。
关键词：钢结构 伸臂结构 施工技术
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
一、工程背景
天津市武清区文化中心项目是继天津市文化中心之后的又一地标性基础设施建设，其中博物馆采用了钢结构建筑体系，该体系为"地下方钢钢管混凝土柱、地上方钢管柱、钢梁（钢桁架）"混合结构体系。建筑结构为地下一层，地上五层，建筑标高为31.95m。在四层有钢结构伸臂桁架，桁架上下弦杆及斜腹杆采用H型钢，立柱采用方钢管，桁架连接节点采用栓焊结合节点。钢伸臂桁架外伸长度10.6m，重量130吨，距地面高度20m。如何保证伸臂桁架施工的质量和安全是博物馆钢结构工程的重要难点。
博物馆三维建模图
二、伸臂桁架的施工工艺
根据伸臂桁架的结构特点、安装现场地形、地面承载力及吊装能力等客观因素，我们采取了伸臂桁架工厂内预制，现场搭设临时支撑体系，使用塔吊及汽车吊配合吊装的施工工艺。
钢结构桁架的制造
(1)、下料
鋼桁架采用数控自动切割机下料，钢桁架的下料要根据焊接的情况，预留收缩余量；切割前应将钢材表面距切割边缘约50mm范围内的铁锈、油污清除干净，切割后清除边缘上的熔瘤和飞溅物；
1）、对接
需拼接的主接口为全熔透焊缝，对口焊接完毕并经探伤合格后焊缝磨平，再进行组装加工；
2)、拼装
1） 按照施工图，对桁架立柱，桁架上下弦杆，桁架斜腹杆分别制作；
2）组装的零、部件连接面和沿焊缝边缘约50mm范围内的铁锈、毛刺、污垢应清除干净；
3） 施工图划线、放样，标出节点、接缝及分段两端位置线（弦杆在分段截面上应相互错开）；
4） 设立胎架数处，做出弦杆的安装位置及支撑；
5） 吊装、放置钢立柱，校正线形与胎架切合，采用可拆装的活动夹具固定立柱；
7） 在检测合格的拼装胎架上先组装桁架的上、下弦杆，各节点位置自底面钢板引入弦杆，再组装腹杆，并将整个结构固定在制作胎架上，测量相关节点坐标符合要求，并进行标记；
8) 预拼装检验合格后，构件编号、脱胎，进打砂房涂装；
3、临时支架系统的施工
（1）临时支架体系的布置
博物馆钢结构伸臂桁架位于四层的东侧和南侧。为保证伸臂桁架的安装过程的质量及安全，采用在每根主悬挑横梁下部设置单排钢管临时支撑辅助桁架杆状的施工工艺。
（2）临时支撑体系的结构形式
本临时支撑是由钢柱钢梁和钢支撑组合形成的平面稳定体系，钢柱形式为圆管柱，截面形式为直径500圆管，厚度10毫米。钢梁主要形式为工字钢。截面形式为I36B。钢支撑主要采用200*200*6方管。材质为Q235B，各主要节点采用螺栓连接形式，采用大六角头高强螺栓强度为10.9级。结点板与梁柱采用手工焊接方法，焊条采用E50XX型焊条，焊条须符合GB/T5117-95的规定。圆柱柱脚下部设置1m*1m的钢板，钢板应有足够刚度，厚度不小于30mm。钢柱与柱脚板设置钢柱斜撑，钢柱斜撑材料为等边角钢100*10。
其结构示意图如下图所示，
A轴外侧支撑体系图
临时支撑节点图
（3）临时支撑体系的受力验算
经过PKPM软件计算并出具受力简图如下，结论为满足要求。
（4）临时支撑体系的安装顺序
1）、总体安装顺序
地面测量放点→铺设柱脚钢板→安装钢管柱→钢管柱与主体钢结构横向固定→安装横撑→支撑顶部标高测量→安装临时支座。安装前主体结构所有立柱及主梁次梁必须安装完毕。
2）钢柱支撑体系在二、三层处与钢梁主体结构临时横连固定，防止体系失稳。
3）安装过程注意事项
1、安装过程对塔吊及汽车吊配合过程进行施工复核验算，确保安全。
2、施工前对各工种进行技术交底，对各类施工机具进行检查。
3、临时支撑搭设后应及时测量顶部标高，并根据施工预拱值设置支撑点支座高度。根据设计验算，博物馆伸臂桁架最大预拱值为40mm,最小值为15mm，桁架在东南角交点处最大，桁架安装线形呈斜直线布置。
4、施工过程对钢立柱的垂直度进行监控。
（5）悬挑桁架的安装流程
根据悬挑桁架的结构特点，采用分步安装方法，
安装桁架立柱下部主悬挑梁
同步安装桁架立柱及上部主悬挑梁
安装桁架立柱间上下弦杆及斜撑
最后安装桁架交点处立柱
钢柱安装的注意事项
安装微调时应对轴线、垂直度、标高、焊缝间隙等因素进行综合考虑，全面兼顾，每个分项的偏差值都要达到设计及规范要求。在柱身上标定标高基准点，然后以水准仪测定其偏差值，标高调整好后，对立柱轴线进行复核，四边要兼顾。
6、钢梁安装注意事项
A 、吊装前准备：
（1）吊装前，必须对钢梁定位轴线、标高、钢梁的编号、长度、截面尺寸、螺孔直径及位置，节点板表面质量，高强度螺栓连接处的摩擦面质量等进行全面复核，符合设计施工图和规范规定后，才能进行附件安装。
（2）用钢丝刷清除摩擦面上的浮锈，保证连接面上平整，无毛刺，飞边、油污、水、泥土等杂物。
（3）梁端节点采用栓—焊连接时：
应将腹板的连接板用一螺栓连接在梁的腹板相应的位置处，并与梁齐平不能伸出梁端。
（4）节点连接用的螺栓，按所需数量装入帆布包内挂在梁端节点处，一个节点用一个帆布包。
（5）在梁上装溜绳、扶手绳（待钢梁与柱连接后，将扶手绳固定在梁两端的钢柱上）。
B、钢梁的附件安装
（1）钢梁要用两点起吊，（桁架梁的吊点应设在节点处）以吊起后钢梁不变形、平衡稳定为宜。
（2）为确保安全，钢梁在工厂制作时，在距梁端0.2L～0.3 L（梁长）地方，焊好两个临时吊耳，供装卸和吊装用。
（3）吊索角度选用45～60度。
C、钢梁的起吊、就位与固定
（1）根据各层的钢梁上表面标高，安装人员可以通过钢柱上的爬梯上到已搭好的操作平台上或钢柱悬臂梁上操作。
（2）钢梁起吊到位后，按设计施工图要求进行对位，要注意钢梁的轴线位置和正反方向。安梁时应用冲钉将梁的孔打紧逼正，每个节点上用不少于两临时螺栓连接紧固，在初拧的同时调整好柱子的垂直偏差和梁两端焊接坡口间隙。
（3）根据起吊设备能力和构件的重量，在不超过起吊能力范围内，可采用串吊来减少吊次，提高工效。
串吊时要注意两点：
1）凡串吊的梁安在同一楼面时，梁与梁之间距离可以小于两楼层距离。
2）凡串吊的梁在相邻的不同楼层时，梁与梁之间距离必须保证两楼层距离再加1.5m左右。
柱间钢梁连接方式为腹板高强度螺栓进行连接，冀缘板采用焊接，腹板高强度螺栓终拧后再进行冀缘板焊接。
（6）临时支架的拆除
悬挑处所有结构包括悬挑梁、悬挑桁架及支撑等全部安装完毕并检查合格后可以拆除临时支撑体系。拆除过程应由预拱值最高点向两侧对称拆除。
三、伸臂桁架施工过程的沉降测量
对伸臂桁架的标高沉降测量应从临时支撑体系搭设后就进行，具体测量阶段分为1、临时支撑体系搭设后顶部支撑点标高测量，2、伸臂桁架安装后标高测量，3伸臂桁架焊接完成后标高测量，4拆除临时支架标高测量，5、混凝土地面施工后标高测量，6二次结构完成后标高测量。
各阶段沉降测量均应连续进行，每日上下午固定时间各测量1次，对沉降值出现异常应及时与设计、监理沟通，采取补救措施。
四、结束语
根据以上施工工艺，武清区博物馆工程顺利完成了博物馆钢结构伸臂桁架的安装，钢结构场馆存在层高大，结构复杂，装配精度要求高等要求，采用本文中的工艺可以有效控制施工质量，避免出现安全事故的发生，对同类钢结构建筑场馆的施工有很好的借鉴作用。
引用文献：
1、《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-98
2、《钢结构工程施工验收规范》GB20505-2001
3、《建筑钢结构焊接技术规程》 JGJ81-2002
作者简介：马国华，男（1979.10~），天津市政公路设备工程有限公司，武清博物馆项目总工，工程师。
关键词：钢结构 伸臂结构 施工技术
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
一、工程背景
天津市武清区文化中心项目是继天津市文化中心之后的又一地标性基础设施建设，其中博物馆采用了钢结构建筑体系，该体系为"地下方钢钢管混凝土柱、地上方钢管柱、钢梁（钢桁架）"混合结构体系。建筑结构为地下一层，地上五层，建筑标高为31.95m。在四层有钢结构伸臂桁架，桁架上下弦杆及斜腹杆采用H型钢，立柱采用方钢管，桁架连接节点采用栓焊结合节点。钢伸臂桁架外伸长度10.6m，重量130吨，距地面高度20m。如何保证伸臂桁架施工的质量和安全是博物馆钢结构工程的重要难点。
博物馆三维建模图
二、伸臂桁架的施工工艺
根据伸臂桁架的结构特点、安装现场地形、地面承载力及吊装能力等客观因素，我们采取了伸臂桁架工厂内预制，现场搭设临时支撑体系，使用塔吊及汽车吊配合吊装的施工工艺。
钢结构桁架的制造
(1)、下料
鋼桁架采用数控自动切割机下料，钢桁架的下料要根据焊接的情况，预留收缩余量；切割前应将钢材表面距切割边缘约50mm范围内的铁锈、油污清除干净，切割后清除边缘上的熔瘤和飞溅物；
1）、对接
需拼接的主接口为全熔透焊缝，对口焊接完毕并经探伤合格后焊缝磨平，再进行组装加工；
2)、拼装
1） 按照施工图，对桁架立柱，桁架上下弦杆，桁架斜腹杆分别制作；
2）组装的零、部件连接面和沿焊缝边缘约50mm范围内的铁锈、毛刺、污垢应清除干净；
3） 施工图划线、放样，标出节点、接缝及分段两端位置线（弦杆在分段截面上应相互错开）；
4） 设立胎架数处，做出弦杆的安装位置及支撑；
5） 吊装、放置钢立柱，校正线形与胎架切合，采用可拆装的活动夹具固定立柱；
7） 在检测合格的拼装胎架上先组装桁架的上、下弦杆，各节点位置自底面钢板引入弦杆，再组装腹杆，并将整个结构固定在制作胎架上，测量相关节点坐标符合要求，并进行标记；
8) 预拼装检验合格后，构件编号、脱胎，进打砂房涂装；
3、临时支架系统的施工
（1）临时支架体系的布置
博物馆钢结构伸臂桁架位于四层的东侧和南侧。为保证伸臂桁架的安装过程的质量及安全，采用在每根主悬挑横梁下部设置单排钢管临时支撑辅助桁架杆状的施工工艺。
（2）临时支撑体系的结构形式
本临时支撑是由钢柱钢梁和钢支撑组合形成的平面稳定体系，钢柱形式为圆管柱，截面形式为直径500圆管，厚度10毫米。钢梁主要形式为工字钢。截面形式为I36B。钢支撑主要采用200*200*6方管。材质为Q235B，各主要节点采用螺栓连接形式，采用大六角头高强螺栓强度为10.9级。结点板与梁柱采用手工焊接方法，焊条采用E50XX型焊条，焊条须符合GB/T5117-95的规定。圆柱柱脚下部设置1m*1m的钢板，钢板应有足够刚度，厚度不小于30mm。钢柱与柱脚板设置钢柱斜撑，钢柱斜撑材料为等边角钢100*10。
其结构示意图如下图所示，
A轴外侧支撑体系图
临时支撑节点图
（3）临时支撑体系的受力验算
经过PKPM软件计算并出具受力简图如下，结论为满足要求。
（4）临时支撑体系的安装顺序
1）、总体安装顺序
地面测量放点→铺设柱脚钢板→安装钢管柱→钢管柱与主体钢结构横向固定→安装横撑→支撑顶部标高测量→安装临时支座。安装前主体结构所有立柱及主梁次梁必须安装完毕。
2）钢柱支撑体系在二、三层处与钢梁主体结构临时横连固定，防止体系失稳。
3）安装过程注意事项
1、安装过程对塔吊及汽车吊配合过程进行施工复核验算，确保安全。
2、施工前对各工种进行技术交底，对各类施工机具进行检查。
3、临时支撑搭设后应及时测量顶部标高，并根据施工预拱值设置支撑点支座高度。根据设计验算，博物馆伸臂桁架最大预拱值为40mm,最小值为15mm，桁架在东南角交点处最大，桁架安装线形呈斜直线布置。
4、施工过程对钢立柱的垂直度进行监控。
（5）悬挑桁架的安装流程
根据悬挑桁架的结构特点，采用分步安装方法，
安装桁架立柱下部主悬挑梁
同步安装桁架立柱及上部主悬挑梁
安装桁架立柱间上下弦杆及斜撑
最后安装桁架交点处立柱
钢柱安装的注意事项
安装微调时应对轴线、垂直度、标高、焊缝间隙等因素进行综合考虑，全面兼顾，每个分项的偏差值都要达到设计及规范要求。在柱身上标定标高基准点，然后以水准仪测定其偏差值，标高调整好后，对立柱轴线进行复核，四边要兼顾。
6、钢梁安装注意事项
A 、吊装前准备：
（1）吊装前，必须对钢梁定位轴线、标高、钢梁的编号、长度、截面尺寸、螺孔直径及位置，节点板表面质量，高强度螺栓连接处的摩擦面质量等进行全面复核，符合设计施工图和规范规定后，才能进行附件安装。
（2）用钢丝刷清除摩擦面上的浮锈，保证连接面上平整，无毛刺，飞边、油污、水、泥土等杂物。
（3）梁端节点采用栓—焊连接时：
应将腹板的连接板用一螺栓连接在梁的腹板相应的位置处，并与梁齐平不能伸出梁端。
（4）节点连接用的螺栓，按所需数量装入帆布包内挂在梁端节点处，一个节点用一个帆布包。
（5）在梁上装溜绳、扶手绳（待钢梁与柱连接后，将扶手绳固定在梁两端的钢柱上）。
B、钢梁的附件安装
（1）钢梁要用两点起吊，（桁架梁的吊点应设在节点处）以吊起后钢梁不变形、平衡稳定为宜。
（2）为确保安全，钢梁在工厂制作时，在距梁端0.2L～0.3 L（梁长）地方，焊好两个临时吊耳，供装卸和吊装用。
（3）吊索角度选用45～60度。
C、钢梁的起吊、就位与固定
（1）根据各层的钢梁上表面标高，安装人员可以通过钢柱上的爬梯上到已搭好的操作平台上或钢柱悬臂梁上操作。
（2）钢梁起吊到位后，按设计施工图要求进行对位，要注意钢梁的轴线位置和正反方向。安梁时应用冲钉将梁的孔打紧逼正，每个节点上用不少于两临时螺栓连接紧固，在初拧的同时调整好柱子的垂直偏差和梁两端焊接坡口间隙。
（3）根据起吊设备能力和构件的重量，在不超过起吊能力范围内，可采用串吊来减少吊次，提高工效。
串吊时要注意两点：
1）凡串吊的梁安在同一楼面时，梁与梁之间距离可以小于两楼层距离。
2）凡串吊的梁在相邻的不同楼层时，梁与梁之间距离必须保证两楼层距离再加1.5m左右。
柱间钢梁连接方式为腹板高强度螺栓进行连接，冀缘板采用焊接，腹板高强度螺栓终拧后再进行冀缘板焊接。
（6）临时支架的拆除
悬挑处所有结构包括悬挑梁、悬挑桁架及支撑等全部安装完毕并检查合格后可以拆除临时支撑体系。拆除过程应由预拱值最高点向两侧对称拆除。
三、伸臂桁架施工过程的沉降测量
对伸臂桁架的标高沉降测量应从临时支撑体系搭设后就进行，具体测量阶段分为1、临时支撑体系搭设后顶部支撑点标高测量，2、伸臂桁架安装后标高测量，3伸臂桁架焊接完成后标高测量，4拆除临时支架标高测量，5、混凝土地面施工后标高测量，6二次结构完成后标高测量。
各阶段沉降测量均应连续进行，每日上下午固定时间各测量1次，对沉降值出现异常应及时与设计、监理沟通，采取补救措施。
四、结束语
根据以上施工工艺，武清区博物馆工程顺利完成了博物馆钢结构伸臂桁架的安装，钢结构场馆存在层高大，结构复杂，装配精度要求高等要求，采用本文中的工艺可以有效控制施工质量，避免出现安全事故的发生，对同类钢结构建筑场馆的施工有很好的借鉴作用。
引用文献：
1、《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-98
2、《钢结构工程施工验收规范》GB20505-2001
3、《建筑钢结构焊接技术规程》 JGJ81-2002
作者简介：马国华，男（1979.10~），天津市政公路设备工程有限公司，武清博物馆项目总工，工程师。