某體育館工程建筑面積18000m2，其中心比賽館面積4500m2，比賽館平面呈圓形，主體采用鋼筋砼弧形拱梁。屋面采用半徑35m的貝殼狀鋼管桁架結(jié)構(gòu)。
1．結(jié)構(gòu)特征：
該屋面結(jié)構(gòu)，中間2榀跨度63.38m，拱高17.55m的主桁架及10榀支撐桁架，兩主桁架間距最小處4.182m，最大22.487m為雙曲弧形，兩側(cè)采用72榀次桁架及4榀環(huán)形桁架組成。主桁架支座為4個(gè)Φ700球形萬(wàn)向鉸支座，次桁架采用38個(gè)Φ400的上球下鋼柱鉸支座，采用Q235B無(wú)縫鋼管。
1．結(jié)構(gòu)施工：
屋面結(jié)構(gòu)施工前，須作好充分的準(zhǔn)備工作，對(duì)土建工程的預(yù)埋件施工要及時(shí)提供埋件，并對(duì)埋件的水平、軸線、標(biāo)高等各參數(shù)認(rèn)真校對(duì)、把關(guān)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并予以糾正，為鋼結(jié)構(gòu)施工打好基礎(chǔ)。由于屋面結(jié)構(gòu)跨度大，造型復(fù)雜，管件多，每榀桁架較重，土建地下結(jié)構(gòu)寬出上部結(jié)構(gòu)，無(wú)法使用大型起重機(jī)在場(chǎng)內(nèi)實(shí)施吊裝吊裝，屋面構(gòu)件施工時(shí)只能散件進(jìn)場(chǎng)，利用塔吊吊裝構(gòu)件，并在空中就位、拼裝，施工難度很大。因此需在保證施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度的前提下，合理安排各工序，使工序、工種有條不紊的展開。本工程施工主要方案，測(cè)量放線，工作平臺(tái)搭設(shè)，主、次桁架安裝方案，空中拼裝、形成、涂裝。
2.1 工作平臺(tái)腳手搭設(shè)：
腳手架搭設(shè)前，對(duì)屋面結(jié)構(gòu)荷栽，腳手架自重施工荷載進(jìn)行核算，并按鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范，確定腳手架施工方案，并反復(fù)驗(yàn)算穩(wěn)定性。為防止腳手架沉降及結(jié)構(gòu)拼裝時(shí)變形，事前對(duì)場(chǎng)地按承載要求進(jìn)行硬化處理。腳手架操作面滿鋪雙層竹笆片，四周設(shè)防護(hù)欄桿，屋頂設(shè)兩根避雷針引下線與主體避雷網(wǎng)相連，防止雷電對(duì)結(jié)構(gòu)的損壞，并由安全員每日檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修補(bǔ)、整改確保安全施工。
2.2 定位測(cè)量：
定位前根據(jù)土建提供的基工作面。建立一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的測(cè)量控制網(wǎng)，根據(jù)結(jié)構(gòu)平面圖將控制軸線，彈在基礎(chǔ)地面上，同時(shí)設(shè)立標(biāo)高控制點(diǎn)，便于檢查、校正。現(xiàn)場(chǎng)定位施工定位測(cè)量的重點(diǎn)及難點(diǎn)涉及二處：①主桁架：由2根上弦桿、1根下弦桿及相關(guān)腹桿組成，其斷面為底角是56°的等腰倒三角形。其中上弦桿是半徑為38米的圓環(huán)中的一段弦，而下弦桿亦是半徑為35米的圓環(huán)中的一段弦。倒三角的中心線上豎直方向上偏轉(zhuǎn)28°，使得一根上弦桿與下弦桿同在一豎直平面內(nèi)，其最高標(biāo)高分別為25.652米和22.254米，另一上弦桿則偏轉(zhuǎn)豎直方向56°，根據(jù)這些條件，將復(fù)雜的空間定位利用空間幾何學(xué)知識(shí)可以計(jì)算出弦桿上任意一點(diǎn)的空間坐標(biāo)。 ②次桁架：由1根上弦桿與2根下弦桿及相關(guān)腹桿組成，其斷面為正置三角形，上、下弦桿組成半徑分別為45米和42米的球殼，同樣利用圖紙?zhí)峁┑臄?shù)據(jù)，計(jì)算出桁價(jià)上任意的空間坐標(biāo)，也可以利用設(shè)計(jì)電子文件，建立控制網(wǎng)，更加簡(jiǎn)便。
總之，無(wú)論是手工驗(yàn)算，還是設(shè)計(jì)電子圖都可以保證空間定位的準(zhǔn)確。
2.3 拼裝成型：
2.3.1工廠內(nèi)的拼裝：
主要施工方案：深化設(shè)計(jì)，加工圖設(shè)計(jì)，原材料采購(gòu)，工藝評(píng)定，臺(tái)架、設(shè)備制作，成品標(biāo)識(shí)，送至現(xiàn)場(chǎng)。
根據(jù)圖紙要求采購(gòu)的原材料，在使用前進(jìn)行認(rèn)真的檢查和驗(yàn)收，每批同一牌號(hào)、同一爐罐號(hào)、同一質(zhì)量等級(jí)、同一品種、同一尺寸、同一交貨狀態(tài)的鋼材，每批不大于60噸，作為一個(gè)驗(yàn)收批次，對(duì)鋼材的化學(xué)成分和力學(xué)性能進(jìn)行復(fù)試驗(yàn)收。
工藝評(píng)定：對(duì)同類鋼管及節(jié)點(diǎn)形式，進(jìn)行三個(gè)節(jié)點(diǎn)以上的工藝試驗(yàn)，以確定焊層，焊絲直徑，焊接電流、電壓和焊接速度和焊接材料的焙要求，測(cè)量其收縮量，為保證質(zhì)量，下料準(zhǔn)確，打好基礎(chǔ)。
弦桿下料，彎曲成型后進(jìn)行鋼管對(duì)接，內(nèi)設(shè)襯管焊接前按工藝評(píng)定文件烘焙焊接材料，檢查坡口角度、鈍邊、間隙，清理坡口內(nèi)油、銹、污物等，并不得在坡口位置敲打焊夾，防止圓率變化，并按工藝評(píng)定文件要求進(jìn)行分段對(duì)接焊接，并達(dá)到二級(jí)焊縫要求，對(duì)接焊縫在廠內(nèi)100%用超聲波檢查。構(gòu)件制作完成后，在胎架上進(jìn)行預(yù)拼裝，拼裝必須符合圖紙和規(guī)范要求，在構(gòu)件出廠前，必須進(jìn)行拋丸除銹，達(dá)到Sa2.5級(jí)要求。在構(gòu)件表面涂環(huán)氧富鋅底漆二度，并對(duì)構(gòu)件編號(hào)，防止現(xiàn)場(chǎng)拼接錯(cuò)誤。
2.3.2現(xiàn)場(chǎng)拼裝：
現(xiàn)場(chǎng)管桁架拼裝步驟，胎架安裝主桁架—→支撐桁架—→次桁架—→環(huán)形桁架。
主桁架施工，先根據(jù)軸線、標(biāo)高、水平位置，安放固定拼接胎架由門形槽鋼制作，固定于工作平臺(tái)上。吊裝弦桿，從下弦桿開始，按照預(yù)拼裝順序，將下弦桿通長(zhǎng)接好。段與段之間用螺栓通過焊在上面耳板連好，再次進(jìn)行測(cè)量定位復(fù)核，然后進(jìn)行整體焊接，待下弦桿安裝完畢，兩下弦桿之間用工字鋼支撐，以減少臺(tái)架受力，然后再吊裝上弦桿，步驟同下弦桿，弦桿安裝完畢后，再安裝腹桿，最后安裝拱間支撐，至主桁架安裝完畢，次桁架吊裝，工藝與主桁架相同。
2.3.3現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)焊接：
結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)接焊縫按要求，為全熔透焊縫，應(yīng)達(dá)到2級(jí)焊縫要求。現(xiàn)場(chǎng)焊接采用手工電弧焊，焊工持證并具有多年檢驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)要對(duì)焊工進(jìn)行針對(duì)性培訓(xùn)、交底，焊機(jī)、焊條烘箱、砂輪磨光機(jī)、碳弧氣刨要配備充足。
現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，主要項(xiàng)目（1）鋼管對(duì)接接點(diǎn)；（2）鋼管相貫接點(diǎn)。確定焊接電流、電壓、焊接速度等參數(shù)。
焊接前：應(yīng)烘焙焊條，并將坡口內(nèi)，外壁15—20mm范圍內(nèi)仔細(xì)清理。除去油、銹、污物，檢查坡口角度、鈍邊、間隙是否符合，該桁架采用腹桿與弦桿直接焊接的相貫節(jié)點(diǎn)，弦桿截面貫通，腹桿焊接于弦桿之上，主管與支管連接呈T、Y、K等相貫節(jié)點(diǎn)形式，支管端為馬鞍形曲線，該曲線及坡口在廠內(nèi)由數(shù)控多軸自動(dòng)馬鞍形曲線管子切割機(jī)一次完成。
圓管相貫接頭分四個(gè)區(qū)，趾部、兩側(cè)部、根部。
趾部及2/3兩側(cè)部為等強(qiáng)坡口對(duì)接熔透焊縫，根部采用角焊縫，焊縫提高為1.5倍管壁厚。側(cè)部與根部連接段1/3區(qū)段平滑過渡。當(dāng)接頭于T形時(shí)，接頭為全熔透焊縫。
焊接時(shí)，擺動(dòng)幅度要小，并根據(jù)工藝評(píng)定文件要求，進(jìn)行多道、多層焊接，嚴(yán)格清除焊道與焊層的焊渣、夾渣、氧化物。
同一條焊縫應(yīng)連續(xù)施焊一次完成，不能一次完成的，應(yīng)預(yù)熱后再施焊。焊接時(shí)，采用對(duì)稱焊接，變形大的部位先焊，焊接順序不能集中，在節(jié)點(diǎn)間間隔跳開焊接。每個(gè)節(jié)點(diǎn)采用對(duì)稱分布施焊，嚴(yán)格控制層間溫度。平衡熱量減少變形，如桁架三個(gè)拼接點(diǎn)，由中間向兩端施焊，先同時(shí)施焊至弦桿，再焊接桿、斜桿，將結(jié)構(gòu)焊接變形及焊后殘余應(yīng)力降至最低。
2.3.3.1焊接完成后，應(yīng)清理焊縫表面熔渣和金屬飛濺物，檢查焊縫的外觀質(zhì)量，不得有低凹、焊瘤、咬邊、氣孔、未熔合、裂紋等缺陷存在，對(duì)于不符合的進(jìn)行補(bǔ)焊或打磨，修補(bǔ)后的焊縫應(yīng)光滑圓順，滿足焊縫外觀質(zhì)量要求。
設(shè)計(jì)要求的二級(jí)焊縫和相貫節(jié)點(diǎn)全熔透焊縫，進(jìn)行超聲波探傷檢驗(yàn)，對(duì)不符合要求的，根據(jù)缺陷的位置、深度，用砂輪打磨或碳弧氣刨清除缺陷，有裂紋時(shí)，先在裂紋兩端鉆裂孔，并清除裂紋兩端各50mm長(zhǎng)的母材。焊接修補(bǔ)的預(yù)熱溫度比同條件焊接預(yù)熱高25°—50°C，返修焊接部位要一次完成。同一部位，焊補(bǔ)不超過2次。返工后應(yīng)再次進(jìn)行探傷試驗(yàn)，確認(rèn)合格。
2.4涂裝施工：
結(jié)構(gòu)拼裝完成后，對(duì)鋼管上損壞的涂裝層和焊接接頭處，采用打磨機(jī)，除銹至st3級(jí)，再進(jìn)行涂裝防銹漆。
面涂為超薄型膨脹防火涂料，防火等級(jí)2小時(shí)，總厚度≮150um。施工時(shí)表面清理除塵，共七道底漆一道面漆，保證每道底漆厚度和間隔時(shí)間，環(huán)境溫度<25°C時(shí)，間隔12小時(shí)以上，底漆完成后進(jìn)行砂紙打磨處理，再刷面漆。涂裝完成后，使用測(cè)厚儀檢查，并目視手摸檢查，顏色、外觀（表面平整，無(wú)明顯凹陷，粘結(jié)牢固，無(wú)粉化松散、乳突）要符合規(guī)范要求。
結(jié)語(yǔ)：
該體育館屋面管桁架結(jié)構(gòu)工程完成后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)驗(yàn)收，管桁架安裝尺寸，焊接質(zhì)量，變形等滿足規(guī)范要求和設(shè)計(jì)要求。該管桁架由于其特殊的造型，優(yōu)美的輪廓，吸引了無(wú)數(shù)的路人的眼光。隨著其后續(xù)施工的完成，一定能發(fā)揮其優(yōu)良的功能。
