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摘要：广州2010年亚运会游泳跳水馆工程屋盖采取钢桁架的结构形式，屋盖主结构为33榀圆管矩型桁架，主桁架由273×16和273×6.5、273×9等钢管组成，单榀桁架重量约34吨；钢桁架分四段制作，每段长度控制在25m以内一段，重量控制在15t以内，为确保桁架拼装质量，加强对构件制作、拼装监控，在每段桁架成型后，每榀桁架需进行预拼装。
关键词：钢结构；钢桁架制作组装；钢桁架拼装
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：
一、工程概况
广州2010年亚运会游泳跳水馆工程屋面采取钢桁架的结构形式，建筑宽度74.05米，建筑长度165.25米，屋面面积约12236.76平方米，屋面主结构为33榀圆管矩型桁架，桁架横截面宽×高为3.3米×3.3米，跨度74.05米；屋顶梁标高每跨不同，最低+9.924米,最高+23.27米；钢结构主桁架总重约1100吨，主桁架由273×16和273×6.5、273×9等钢管相贯焊接组成，单榀桁架重量约34吨；下料采用五维数控切割机，自动形成相贯线和相应坡口；部分上弦及下弦水平杆件，与上下弦主管采用高强螺栓连接。
二、施工特点
将钢结构桁架分成四个制作单元，工厂按预先划分的制作单元，通过计算机三维仿真模型设定起拱值，加工制作并拼装，合格后出厂运到施工现场，在现场地面拼装台按照一定的流程拼装成整榀钢结构桁架。
为保证拼装精度，采取工厂加工制作与预拼装控制、起拱控制、温度影响控制、焊接收缩控制、地面拼装控制的综合控制技术，最终完成整榀钢桁架拼装。
施工总流程：工厂加工制作→厂内组装、预拼装→现场地面拼装→整榀钢结构桁架拼装完成
三、主要施工技术难点分析
1、准确计算每根构件的尺寸
本屋面钢桁架结构复杂，构件繁多，所有构件的放样全部采用计算机数控放样，以保证构件精度，及现场拼装及安装的精度，合理确定每个构件的分段方式以及每个连接节点的形式，准确计算每根构件的尺寸，保证结构体系的合理与稳定。
2、节点制作及安装难
本工程钢桁架主要节点形式是节点板连接、铸钢节点等，多杆节点无论采用相关连接，节点板连接或铸钢节点，因杆件之间夹角小，焊缝多，焊接变形大，因此，节点焊接难，变形控制难，空间准确拼装难。
3、焊接技术水平要求高，焊接方法和工艺复杂
构件材料主要为Q345B，材料焊接性较差，同时工件厚度大、焊接质量要求高，因此焊接工艺及技术要求高。同时，本工程钢结构构件间连接基本采用焊接和高强螺栓连接，而构件长度长，构件变形控制难，因此需选择合理的施工工艺及顺序，并采用有效措施，控制焊接变形及焊接应力，确保焊接满足设计要求和规范要求，确保构件焊后变形及残余应力符合要求，保证安装精度符合设计要求和规范要求，同时使构件达到实际确定的预拱值。
四、钢桁架的工厂制作、预拼装
工厂制作拼装流程：钢材预处理（矫正、除锈、涂漆）→计算机放样（画图、制样板）→数控切割、钢管相惯线切割→构件加工、拼装
1、钢桁架制作
桁架梁在钢结构厂整体加工制造，再根据运输节段断开分段运输，至现场组装、焊接成整榀桁架。
（1）放样、号料和切割：所有构件的放样全部采用计算机数控放样，钢管相贯杆件的切割采用五维数控相贯线切割机，按数控数据进行相贯线的切割和坡口的加工。
（2）矫正和弯曲：①在矫正钢材前，将剪切的反口修平顺，切割的挂渣铲平。②主要受力零件冷作弯曲时，环境温度都在+5℃以上，不需用热焊。冷作弯曲后零件边缘不能产生裂纹。③热矫温度应控制在600～800℃，矫正后钢材温度应缓慢冷却，降至室温以前，不要用锤击钢料或用水冷却。
（3）边缘加工：坡口采用精密切割，坡口尺寸及允许偏差由焊接工艺确定。根据预留加工量及平直度要求，两边均匀加工。
2、厂内组装、预拼装
钢桁架分四段制作，每段长度控制在25m以内一段，重量控制在15t以内，为确保桁架拼装质量，加强对构件制作时监控，在每段桁架成型后，每榀桁架需进行预拼装，经确认无误后才能出厂。
（1）组装：①组装前，零件、部件经检查合格才能组装；连接接触面和焊缝边缘每边30～5Omm范围内的铁锈、毛刺、污垢等要清除干净，露出钢材金属光泽；②组装用的平台和胎架应符合构件装配的精度要求，并具有足够的强度和刚度，经验收后才能使用；③构件组装要按照工艺流程进行，焊缝处30mm范围以内的铁锈、油污等应清理干净，筋板的装配处应将松散的氧化皮清理干净；④对于在组装后无法进行涂装的隐蔽部位，应事先清理表面并刷上油漆；⑤组装过程中，定位用的焊接材料应注意与母材的匹配，应严格按照焊接工艺要求进行选用；⑥构件组装完毕后应进行自检和互检，测量、填报测量表，准确无误后再提交专检人员验收，若在检验中发现问题及时处理；⑦各部件装焊结束后，应明确标出中心线、水平线、分段对合线等，打上洋冲并用色笔圈出。
（2）焊接：钢桁架的焊接操作必须严格按照设计要求进行。①所有拼管均采用二氧化碳氣体保护焊做全熔透焊缝；②所有主桁架支撑杆件与上下弦主管的焊接，均采用二氧化碳气体保护焊做全熔透焊缝；③与管件连接的纵横向加劲肋可不开坡口，采用双面角焊缝；④对接焊缝要求焊透、磨光，并保证工地焊接质量；⑤对于开坡口角焊缝，装配时应采取工艺措施，保证坡口间隙，以确保焊缝根部融合良好，自动焊，做全熔透焊缝；⑥多层焊接连续施焊，并控制好层间温度，每下层焊缝焊完后要及时清理检查，清除药皮、熔渣、溢流和其他缺陷后，再焊下一层；⑦工厂应按减少残余应力，减少焊接变形来完成组拼工艺顺序。
五、钢桁架现场拼装
1、钢桁架现场拼装流程
场地平整、压实→胎架安装→胎架矫正→测量放线→拼装钢桁架→矫正钢桁架→焊接→单榀拼装焊接成整体→复查→打磨补涂→钢桁架下架
2、拼装场地准备
（1）为了便于现场安装组织，将整个体育馆屋盖钢结构施工分为两个大施工区，即第1轴到第17轴为第一区（外侧为钢桁架拼装场地一）；第17轴至34轴为第二区（外侧为钢桁架拼装场地二）；两个区同时分别进行拼装,完成主体钢结构整榀结构的拼装。
（2）场馆两端拼装区域，要求场地平整、压实，地面不能有任何凸出障碍物，区域内铺垫10公分石屑，以防构件沾泥；场馆两侧260吨吊机行走道路，由于吊机自重加桁架重量共约250吨左右，接地比压≥0.115MPa/cm2,因此对该路段承载力要求较高，需要进行平整，路幅及机身半径范围内物品及建筑物清除干净，满铺30公分厚6-9cm碎石，碾压夯实，达到90%密实度。
图1钢桁架拼装区平面布置图
3、拼装胎架的搭设
在游泳馆两端的拼装场地上分别搭设拼装胎架，拼装胎架需经设计并验算复核合格后才能搭设使用；在经过平整、压实的地面上铺设2000×9000×20mm的钢板。钢板上分置八个固定胎架（每段桁架两个）。根据计算将桁架起拱值分别分解于胎架的桁架搁置点，胎架两侧各设两组丝杆（M22×250mm）调整、固定桁架。另外分别于桁架各接口处设置活动支撑（因为每榀桁架接口位置均不同）。用以调整接口处的同轴度、起拱度及接口的平直度。
图2 组装胎架平面布置图
图3组装胎架剖面图
4、钢桁架地面拼装
在建筑物两端铺设40m寬，75m长场地作为拼装场地，在场地中间装设拼装胎架，胎架两侧一边作为待装区，一边作为成品区。分段桁架运至现场后，由50t吊机将桁架吊上胎架。桁架采用立式拼装，在胎架上每一段桁架保证下弦有2个搁置点。两端的搁置点应满足桁架张拉时端部能自由水平移动。分段桁架就位到胎架并确认尺寸无误后才能焊接，焊接应从中间开始，向两边对称焊接。桁架焊接前必须做焊接工艺评定，并在工艺评定的基础上制定焊接施工工艺，焊接工艺中必须包括：焊接变形控制、焊接收缩预留量的确定以及焊接应力的消除等。
图4钢桁架大样图
5、测量控制
（1）在距拼装胎架中点，某适当位置处架设全站仪，并调整好。
（2）测量出第1个胎架的两端数值，并调整该榀胎架处于水平状态。
（3)以第1个胎架支撑点为基准点，再以第2至第8个胎架支撑点按图纸尺寸的布置长度结合起拱要求检查、复核、调整预起拱值。确定误差在容许范围之内。
6、现场拼装焊接
构件材料主要为Q345B，材料焊接性较差，同时工件厚度大、焊接质量要求高，因此焊接工艺及技术要求高，采用有效措施，控制焊接变形及焊接应力，确保焊接满足设计要求和规范要求，确保构件焊后变形及残余应力符合要求，保证安装精度符合设计要求和规范要求，同时使构件达到实际确定的预拱值。
（1）焊前准备：①焊前将坡口及其两侧50mm范围内的表面清理干净，如有油污用丙酮或酒精擦拭，等溶剂挥发后再焊接；②检查设备和电源，焊机电流表，电压表应齐全完好，必要的工具配备齐全，放在设备平台上的设备应符合安全规定排列，电源线路要合理和安全可靠。
（2）焊接过程：①腹杆与上下弦接头处焊前检查十分重要，因构件制作所产生的构件误差与变形客观存在，现场安装焊接时对口间隙也将存在误差。对于间隙小于许用焊条直径的焊口，其焊接操作程序无特殊变形；对于间隙较大处应加入衬板，衬板的厚度应大于管壁，衬板的材质应与管材相同，加入的衬板应不妨碍焊缝的有效截面；②在坡口边侧采用小直径焊条逐渐堆垒，禁止加填料，修成类似坡口状后全面清渣并采用角向磨光机全面去除凸起部分与飞溅。
（3）焊缝打磨补涂:拼装完毕后，吊装前需要对构件表面的焊疤、毛刺、卡玛遗留物进行全面打磨清理，在焊接及清理点要进行补涂防腐，底漆及中间漆按主结构防腐要求补施，后补油漆与构件原有漆膜的搭接宽度不小于50mm,涂膜修补需补至破坏层。
7、钢桁架下架
为了加快施工进度，两位置胎架同时开始拼装。构件拼装完毕，先下架摆放到场内一测，以保证连续吊装。钢结构现场施工选用两台50吨汽车吊，两个区同时分别进行拼装。
六、现场拼装的质量保证措施
1、在拼装前，拼装人员必须熟悉施工图、制作拼装工艺及有关技术文件的要求，并检查零部件的外观、材质、规格、数量，当合格无误后方可施工。
2、在拼装前，拼装人员应检查胎架模板的位置、角度等情况。批量拼装的胎模，复测后才能进行后续构件的拼装施工。
3、拼装焊缝的连接接触面及沿边缘50mm范围内的铁锈、毛刺、污垢等必须在拼装前清除干净。
4、板材、型材的拼接焊接，在部件或构件整体组装前进行；构件整体组装应在部件拼装、焊接、矫正后进行。
5、构件的隐蔽部件应先行焊接、涂装，经检查合格后方可组合。
关键词：钢结构；钢桁架制作组装；钢桁架拼装
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：
一、工程概况
广州2010年亚运会游泳跳水馆工程屋面采取钢桁架的结构形式，建筑宽度74.05米，建筑长度165.25米，屋面面积约12236.76平方米，屋面主结构为33榀圆管矩型桁架，桁架横截面宽×高为3.3米×3.3米，跨度74.05米；屋顶梁标高每跨不同，最低+9.924米,最高+23.27米；钢结构主桁架总重约1100吨，主桁架由273×16和273×6.5、273×9等钢管相贯焊接组成，单榀桁架重量约34吨；下料采用五维数控切割机，自动形成相贯线和相应坡口；部分上弦及下弦水平杆件，与上下弦主管采用高强螺栓连接。
二、施工特点
将钢结构桁架分成四个制作单元，工厂按预先划分的制作单元，通过计算机三维仿真模型设定起拱值，加工制作并拼装，合格后出厂运到施工现场，在现场地面拼装台按照一定的流程拼装成整榀钢结构桁架。
为保证拼装精度，采取工厂加工制作与预拼装控制、起拱控制、温度影响控制、焊接收缩控制、地面拼装控制的综合控制技术，最终完成整榀钢桁架拼装。
施工总流程：工厂加工制作→厂内组装、预拼装→现场地面拼装→整榀钢结构桁架拼装完成
三、主要施工技术难点分析
1、准确计算每根构件的尺寸
本屋面钢桁架结构复杂，构件繁多，所有构件的放样全部采用计算机数控放样，以保证构件精度，及现场拼装及安装的精度，合理确定每个构件的分段方式以及每个连接节点的形式，准确计算每根构件的尺寸，保证结构体系的合理与稳定。
2、节点制作及安装难
本工程钢桁架主要节点形式是节点板连接、铸钢节点等，多杆节点无论采用相关连接，节点板连接或铸钢节点，因杆件之间夹角小，焊缝多，焊接变形大，因此，节点焊接难，变形控制难，空间准确拼装难。
3、焊接技术水平要求高，焊接方法和工艺复杂
构件材料主要为Q345B，材料焊接性较差，同时工件厚度大、焊接质量要求高，因此焊接工艺及技术要求高。同时，本工程钢结构构件间连接基本采用焊接和高强螺栓连接，而构件长度长，构件变形控制难，因此需选择合理的施工工艺及顺序，并采用有效措施，控制焊接变形及焊接应力，确保焊接满足设计要求和规范要求，确保构件焊后变形及残余应力符合要求，保证安装精度符合设计要求和规范要求，同时使构件达到实际确定的预拱值。
四、钢桁架的工厂制作、预拼装
工厂制作拼装流程：钢材预处理（矫正、除锈、涂漆）→计算机放样（画图、制样板）→数控切割、钢管相惯线切割→构件加工、拼装
1、钢桁架制作
桁架梁在钢结构厂整体加工制造，再根据运输节段断开分段运输，至现场组装、焊接成整榀桁架。
（1）放样、号料和切割：所有构件的放样全部采用计算机数控放样，钢管相贯杆件的切割采用五维数控相贯线切割机，按数控数据进行相贯线的切割和坡口的加工。
（2）矫正和弯曲：①在矫正钢材前，将剪切的反口修平顺，切割的挂渣铲平。②主要受力零件冷作弯曲时，环境温度都在+5℃以上，不需用热焊。冷作弯曲后零件边缘不能产生裂纹。③热矫温度应控制在600～800℃，矫正后钢材温度应缓慢冷却，降至室温以前，不要用锤击钢料或用水冷却。
（3）边缘加工：坡口采用精密切割，坡口尺寸及允许偏差由焊接工艺确定。根据预留加工量及平直度要求，两边均匀加工。
2、厂内组装、预拼装
钢桁架分四段制作，每段长度控制在25m以内一段，重量控制在15t以内，为确保桁架拼装质量，加强对构件制作时监控，在每段桁架成型后，每榀桁架需进行预拼装，经确认无误后才能出厂。
（1）组装：①组装前，零件、部件经检查合格才能组装；连接接触面和焊缝边缘每边30～5Omm范围内的铁锈、毛刺、污垢等要清除干净，露出钢材金属光泽；②组装用的平台和胎架应符合构件装配的精度要求，并具有足够的强度和刚度，经验收后才能使用；③构件组装要按照工艺流程进行，焊缝处30mm范围以内的铁锈、油污等应清理干净，筋板的装配处应将松散的氧化皮清理干净；④对于在组装后无法进行涂装的隐蔽部位，应事先清理表面并刷上油漆；⑤组装过程中，定位用的焊接材料应注意与母材的匹配，应严格按照焊接工艺要求进行选用；⑥构件组装完毕后应进行自检和互检，测量、填报测量表，准确无误后再提交专检人员验收，若在检验中发现问题及时处理；⑦各部件装焊结束后，应明确标出中心线、水平线、分段对合线等，打上洋冲并用色笔圈出。
（2）焊接：钢桁架的焊接操作必须严格按照设计要求进行。①所有拼管均采用二氧化碳氣体保护焊做全熔透焊缝；②所有主桁架支撑杆件与上下弦主管的焊接，均采用二氧化碳气体保护焊做全熔透焊缝；③与管件连接的纵横向加劲肋可不开坡口，采用双面角焊缝；④对接焊缝要求焊透、磨光，并保证工地焊接质量；⑤对于开坡口角焊缝，装配时应采取工艺措施，保证坡口间隙，以确保焊缝根部融合良好，自动焊，做全熔透焊缝；⑥多层焊接连续施焊，并控制好层间温度，每下层焊缝焊完后要及时清理检查，清除药皮、熔渣、溢流和其他缺陷后，再焊下一层；⑦工厂应按减少残余应力，减少焊接变形来完成组拼工艺顺序。
五、钢桁架现场拼装
1、钢桁架现场拼装流程
场地平整、压实→胎架安装→胎架矫正→测量放线→拼装钢桁架→矫正钢桁架→焊接→单榀拼装焊接成整体→复查→打磨补涂→钢桁架下架
2、拼装场地准备
（1）为了便于现场安装组织，将整个体育馆屋盖钢结构施工分为两个大施工区，即第1轴到第17轴为第一区（外侧为钢桁架拼装场地一）；第17轴至34轴为第二区（外侧为钢桁架拼装场地二）；两个区同时分别进行拼装,完成主体钢结构整榀结构的拼装。
（2）场馆两端拼装区域，要求场地平整、压实，地面不能有任何凸出障碍物，区域内铺垫10公分石屑，以防构件沾泥；场馆两侧260吨吊机行走道路，由于吊机自重加桁架重量共约250吨左右，接地比压≥0.115MPa/cm2,因此对该路段承载力要求较高，需要进行平整，路幅及机身半径范围内物品及建筑物清除干净，满铺30公分厚6-9cm碎石，碾压夯实，达到90%密实度。
图1钢桁架拼装区平面布置图
3、拼装胎架的搭设
在游泳馆两端的拼装场地上分别搭设拼装胎架，拼装胎架需经设计并验算复核合格后才能搭设使用；在经过平整、压实的地面上铺设2000×9000×20mm的钢板。钢板上分置八个固定胎架（每段桁架两个）。根据计算将桁架起拱值分别分解于胎架的桁架搁置点，胎架两侧各设两组丝杆（M22×250mm）调整、固定桁架。另外分别于桁架各接口处设置活动支撑（因为每榀桁架接口位置均不同）。用以调整接口处的同轴度、起拱度及接口的平直度。
图2 组装胎架平面布置图
图3组装胎架剖面图
4、钢桁架地面拼装
在建筑物两端铺设40m寬，75m长场地作为拼装场地，在场地中间装设拼装胎架，胎架两侧一边作为待装区，一边作为成品区。分段桁架运至现场后，由50t吊机将桁架吊上胎架。桁架采用立式拼装，在胎架上每一段桁架保证下弦有2个搁置点。两端的搁置点应满足桁架张拉时端部能自由水平移动。分段桁架就位到胎架并确认尺寸无误后才能焊接，焊接应从中间开始，向两边对称焊接。桁架焊接前必须做焊接工艺评定，并在工艺评定的基础上制定焊接施工工艺，焊接工艺中必须包括：焊接变形控制、焊接收缩预留量的确定以及焊接应力的消除等。
图4钢桁架大样图
5、测量控制
（1）在距拼装胎架中点，某适当位置处架设全站仪，并调整好。
（2）测量出第1个胎架的两端数值，并调整该榀胎架处于水平状态。
（3)以第1个胎架支撑点为基准点，再以第2至第8个胎架支撑点按图纸尺寸的布置长度结合起拱要求检查、复核、调整预起拱值。确定误差在容许范围之内。
6、现场拼装焊接
构件材料主要为Q345B，材料焊接性较差，同时工件厚度大、焊接质量要求高，因此焊接工艺及技术要求高，采用有效措施，控制焊接变形及焊接应力，确保焊接满足设计要求和规范要求，确保构件焊后变形及残余应力符合要求，保证安装精度符合设计要求和规范要求，同时使构件达到实际确定的预拱值。
（1）焊前准备：①焊前将坡口及其两侧50mm范围内的表面清理干净，如有油污用丙酮或酒精擦拭，等溶剂挥发后再焊接；②检查设备和电源，焊机电流表，电压表应齐全完好，必要的工具配备齐全，放在设备平台上的设备应符合安全规定排列，电源线路要合理和安全可靠。
（2）焊接过程：①腹杆与上下弦接头处焊前检查十分重要，因构件制作所产生的构件误差与变形客观存在，现场安装焊接时对口间隙也将存在误差。对于间隙小于许用焊条直径的焊口，其焊接操作程序无特殊变形；对于间隙较大处应加入衬板，衬板的厚度应大于管壁，衬板的材质应与管材相同，加入的衬板应不妨碍焊缝的有效截面；②在坡口边侧采用小直径焊条逐渐堆垒，禁止加填料，修成类似坡口状后全面清渣并采用角向磨光机全面去除凸起部分与飞溅。
（3）焊缝打磨补涂:拼装完毕后，吊装前需要对构件表面的焊疤、毛刺、卡玛遗留物进行全面打磨清理，在焊接及清理点要进行补涂防腐，底漆及中间漆按主结构防腐要求补施，后补油漆与构件原有漆膜的搭接宽度不小于50mm,涂膜修补需补至破坏层。
7、钢桁架下架
为了加快施工进度，两位置胎架同时开始拼装。构件拼装完毕，先下架摆放到场内一测，以保证连续吊装。钢结构现场施工选用两台50吨汽车吊，两个区同时分别进行拼装。
六、现场拼装的质量保证措施
1、在拼装前，拼装人员必须熟悉施工图、制作拼装工艺及有关技术文件的要求，并检查零部件的外观、材质、规格、数量，当合格无误后方可施工。
2、在拼装前，拼装人员应检查胎架模板的位置、角度等情况。批量拼装的胎模，复测后才能进行后续构件的拼装施工。
3、拼装焊缝的连接接触面及沿边缘50mm范围内的铁锈、毛刺、污垢等必须在拼装前清除干净。
4、板材、型材的拼接焊接，在部件或构件整体组装前进行；构件整体组装应在部件拼装、焊接、矫正后进行。
5、构件的隐蔽部件应先行焊接、涂装，经检查合格后方可组合。