大跨度拱形鋼結構安裝施工工法與技術要點

大跨度拱形鋼結構以其造價低、大空間、抗震性能好的優點在公共建筑和大型場館中得到廣泛應用。分段安裝法通過從拱腳向上組裝、最后在頂部中間合攏的方式，有效解決了超大跨度拱形結構的安裝難題。本工法以205.44米大跨度空間拱形鋼結構為案例總結而成。

工法的技術特點

本工法具有三個鮮明特點：第一，土建結構為混凝土梁板，上部為箱形變截面鋼結構主拱，主拱生根于四個拱腳基礎；第二，在混凝土頂板上設置支撐塔架作為操作平臺，混凝土頂板下局部設滿堂紅架體支撐；第三，采用分段吊裝、現場拼裝焊接，避免了整體吊裝的難度。

工法的適用范圍

本工法適用于工業與民用建筑工程中大跨度拱形鋼結構安裝，特別適合土建主體結構為混凝土框架梁板、上部為大跨度拱形鋼結構的工程。這類工程在現代建筑中較為常見，包括體育館、展覽館、商業綜合體等。

工藝原理與施工流程

主拱安裝采用分段制作、運輸和安裝。為確保整體空間結構的穩定性，主拱的安裝需穿插在其他結構梁安裝的同時進行。主拱的安裝順序是從四個主拱腳向上進行安裝，最后在頂部中間合攏，主拱安裝的同時及時進行主拱和屋面拱之間的拉桿支撐的安裝。

建立測量控制網及測量控制→主拱支撐架體設計→主拱吊裝及安裝→卸荷，這是完整的工藝流程。

測量控制體系

GPS點的交接及復核

根據GPS點成果制定點位精度復查，在施工區域邊布設二級控制網，按閉合導線觀測方法計算導線精度。對水準點復查采用國家二級水準要求，在施工區域布設若干固定水準基準點進行聯測。

施工中的測量控制

主拱跨度大，四個主拱與地面接觸點的控制精度要求高，在二級導線基礎上用極坐標法放樣。主拱為斜平面主拱，采用直角相交觀測法。在二級控制基礎上布置方格網，對桁架節點進行控制，精確定位。

高程測量與變形觀測

在現場已知水準點基礎上，施工場區內測設水準基準點，密度約100m一個，構成附和路線以便校核。觀測精度滿足四等水準要求，閉合差小于±20mm√L或±60mm√n。在確認施工安裝準確后，以安裝監測所測定的每個標志點實際坐標和高程作為基準值，每隔2周按同精度觀測方法進行標志點觀測，計算出坐標和高程與基準值比較，確認鋼架頂部變形情況。

主拱支撐架體設計

根據鋼拱結構體系分析，結合設計結構的節點詳圖，首先安裝周邊鋼柱及鋼柱間連梁，然后安裝中間拱和屋面梁。在主拱未能形成三角形桁架之前，整個屋面鋼結構中間部分荷載全由中間拱支撐，所以首先在中間拱下方設置支撐，并根據混凝土柱網間距在中間拱下方每個混凝土柱頂設置承重支撐架。

主拱為主要受力桿件，在分段吊裝時自重需由支撐體系來完成。一般采用格構柱架體支撐，以6m為標準節，可根據不同的主拱安裝形式及施工順序進行支承架的布設。樓面上支承架不一定在混凝土梁上，為確保荷載傳遞，在支承架下垂直于混凝土梁方向設置兩根200×200mm工字鋼，長度不小于4m，兩端搭在混凝土梁上。對座落在地面上的支撐架，需澆筑2000×2000×200mm混凝土基礎，配筋為Φ12@200雙層雙向網片，在支承架四周設置鋼管樁便于錨固。

主拱吊裝與安裝

分段與吊機選擇

根據施工現場實際情況，結合鋼構件總重量進行吊裝機械選擇及分段數量確定。首先考慮吊裝機械的起重量、工作半徑，結合鋼拱總重量、底部混凝土柱的柱距，確定鋼拱分段數量及尺寸，根據單體重量最大時的起重參數進行吊機選擇。

安裝總體流程

首先進行鋼柱及鋼柱之間的連梁安裝；其次為了屋面結構形成穩定體系，對兩端第二段中間拱進行安裝，并進行兩端屋面梁和鋼柱的拼裝安裝，同時對兩端屋面梁之間的連梁和水平剪刀支撐進行安裝；然后進行下一段屋面結構梁安裝，做好吊裝主拱梁的安裝準備；進行主拱梁的安裝，同時安裝相應部位連梁，并在樓面上進行鋼柱和屋面鋼梁的拼裝；依此類推進行剩余主拱的安裝；進行靠內側主拱梁吊裝合龍；最后進行靠外側屋面梁及鋼柱等安裝，并進行靠外側主拱梁合龍。

卸荷施工

在卸荷前，整個鋼結構荷載分別由鋼柱、支撐架及主拱承擔。卸載時支撐架上所承受的荷載逐漸過渡到鋼柱和主拱上，最終形成穩定的承載體系。卸載應遵循"變形協調、卸載均衡"原則，采用從中間向兩邊逐步卸荷的方案，先卸載中間拱的支撐架，卸完后再進行主拱的卸荷，兩榀主拱應同時由中間向兩端進行。

具體施工過程：在主拱下各支撐架的支撐點H型鋼梁上設置50噸螺旋千斤頂，每個支撐點上設置一個；在每個螺旋千斤頂頂部利用Φ219鋼管做套筒，鋼管頂部做與拱架角度相同的支托作為臨時支撐；調節螺栓千斤頂高度，使支托支撐在拱架底部，頂緊到位；在每根H型梁千斤頂落位處設置鋼板卡碼固定千斤頂；待所有支撐點臨時千斤頂支撐到位、頂緊后，按照從中間到兩邊的順序逐漸拆除原臨時支撐。

質量控制標準

施工質量控制嚴格按GB 50205-2001《鋼結構工程施工質量驗收規范》執行。勞動力組織配備測量人員4名負責安裝定位、電焊工20名負責焊接拼裝、質檢員2名負責質量檢查?，F場的控制點和主控線在移交前必須經監理等單位復合確認。主拱的控制點和主控線設置完成后同樣須經相關單位進行復合確認。

在主拱安裝過程中，相關單位必須旁站監控，確保預埋件安裝就位的準確性。吊裝第一段箱型梁時，以箱型底柱垂直線為基礎進行安裝、垂直度校正。垂直度調整好后，箱型梁接頭部位上下左右進行點焊，再復測垂直度，確保無誤后用鋼支撐把箱型梁撐住以保證穩定性，最后再對對接坡口進行全溶透焊接。在標高控制上，選用在每個支撐胎架頂部安裝一只20T液壓千斤頂以調節標高。

每吊裝完一段箱型梁，對其進行測量、復核無誤后再進行加固、焊接。焊接前進行坡口除銹、打磨，箱形梁施焊時由于截面大焊接量大，采用兩人對面同時焊接，然后再進行上下坡口焊接。對于拉桿與箱形梁焊接，也應由兩人由上至下對稱施焊。

設計要求全焊透的一級焊縫采用超聲波探傷進行內部缺陷檢驗，100%探傷。超聲波探傷不能判斷時應采用射線探傷。焊縫表面不得有裂紋、焊瘤等缺陷，不得有咬邊、未焊滿、根部收縮等缺陷。每批同類構件檢查10%，且不少于3件。

安全和環保措施

起重機的行駛道路必須堅實可靠，不得停置在斜坡上工作，不允許兩個履帶一高一低。安裝時搭設穩固可靠的臨時工作平臺，防高空墜落，操作人員在高處作業必須正確使用安全帶，原則上高掛低用。施工用電嚴格遵循用電規程，電焊機外殼必須接地良好。焊接作業場地不得有易燃易爆物品。安裝過程中遇大風季節（6級以上）應立即停止吊裝焊接等施工。對已安裝結束還沒焊接的箱型梁，大風時用落地鋼支撐撐住，增設攬風繩減少風力荷載。支架卸荷過程中必須對主拱架變形情況進行全程跟蹤觀測并詳細記錄，避免突變。

嚴格控制施工噪音，進入施工現場不得高聲叫喊、亂吹口哨、限制高音喇叭使用，施工噪音遵守GB12523-90標準。加強施工現場粉塵、噪音、廢氣、廢水的監控，及時采取措施消除污染。保持施工機械整潔，電纜、氣割帶、風帶等沿施工臺架成束捆扎牢固。

工程效益分析

主拱吊裝采用分段吊裝施工技術，施工較為方便，工序交叉影響少，保證了施工質量，加快了施工速度，提高了工作效率，節省了人工開支，從而降低了工程造價。以33天工期縮短為例，人工費節約33×90×70=207900元，機具租賃費節約33×20000=660000元，合計約86.79萬元。

常見問題

Q：為什么要分段安裝而不整體吊裝？

A：整體吊裝對吊機噸位要求極高，成本昂貴，且對安裝場地要求苛刻。分段吊裝可以根據現場吊機條件靈活調整，大幅降低成本，施工風險更可控。

Q：中間拱為什么要先安裝支撐？

A：在主拱未形成三角形桁架前，屋面鋼結構的荷載主要由中間拱承擔，提前設置支撐確保中間拱不會過度變形或倒塌，保障施工安全。

Q：卸荷為什么要從中間向兩邊逐步進行？

A：這樣做可以均勻分散荷載，避免局部過度集中，使結構逐步過渡到設計狀態。如果一次性卸荷，可能導致結構局部應力過大而失穩或開裂。

小結

大跨度拱形鋼結構的分段安裝是一項綜合性的施工工法，涉及測量、支撐、吊裝、焊接、卸荷等多個環節。江蘇杰達鋼結構工程有限公司通過科學的工藝設計、精細的質量控制和周密的安全措施，成功實施了205.44米大跨度拱形結構的安裝，為同類工程積累了寶貴的施工經驗。