淺談超高層建筑伸臂桁架施工控制

黃長仁

1 引言

伸臂桁架結(jié)構(gòu)是一個(gè)由鋼筋混凝土筒體或帶支撐鋼框架筒通過剛性較大的水平懸臂與外柱構(gòu)成。筒體可以位于2個(gè)柱列之間且伸臂向兩邊伸長，也可以位于建筑物一側(cè)而懸臂僅向一邊伸出與柱相連。其特點(diǎn)為：連接于芯筒與外柱的水平懸挑式的伸臂結(jié)構(gòu)，一般采用桁架或深梁，高度約為6~8m，有的甚至更高，結(jié)構(gòu)的剛度較大。根據(jù)建筑物高度要求可設(shè)置1道或多道伸臂層，且通常設(shè)置于避難層或設(shè)備層。由于伸臂桁架主要具有增加側(cè)向剛度、降低水平位移、協(xié)調(diào)豎向荷載的分布、平衡沉縮差等特點(diǎn)，因此在超高層建筑結(jié)構(gòu)中，往往都設(shè)計(jì)1道或多道伸臂桁架，但伸臂桁架結(jié)構(gòu)對鋼結(jié)構(gòu)安裝、鋼筋綁扎、模板安裝以及混凝土澆筑等增加很大的施工難度。

2 工程簡介

2.1 建筑概況

廈門禹洲廣場工程是廈門港誼置業(yè)有限公司投資興建的高檔寫字樓，由中國建筑股份有限公司總承包，中建鋼構(gòu)有限公司和北京星河人施工技術(shù)有限責(zé)任公司分包，合誠工程咨詢股份有限公司監(jiān)理。項(xiàng)目地處廈門湖濱南路名宮大廈北側(cè)，西側(cè)緊鄰工商局大樓，北側(cè)為筜筜湖，東側(cè)為湖濱南長途汽車站停車場。本工程總建筑面積6.8萬m2，總建筑高度163.5m，地下3層、地上39層，標(biāo)準(zhǔn)層層高4.0m，第13層、第28層為避難層，層高5.0m，屋頂設(shè)有停機(jī)坪，在第28層④、⑧軸設(shè)置Y向伸臂桁架加強(qiáng)層。

2.2 結(jié)構(gòu)形式

本工程結(jié)構(gòu)豎向采用鋼筋混凝土核心筒體，外設(shè)鋼管混凝土柱，水平結(jié)構(gòu)采用H型鋼梁，壓型鋼板與混凝土板相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。樓層框架鋼梁與鋼柱剛性連接，與核心筒平行于Y向的四角為剛性連接，伸臂桁架上下弦桿與鋼柱鉸接，在④、⑧軸設(shè)置暗鋼桁架貫通核心筒內(nèi)對應(yīng)的剪力墻段（即：與核心筒剛性連接）。

3 存在的技術(shù)難題

3.1 伸臂桁架與核心筒四周勁性柱、暗梁（700×1300）縱筋、箍筋及剪力墻縱筋、水平筋交叉的節(jié)點(diǎn)處理是施工的一個(gè)難點(diǎn)。

3.2 由于本伸臂桁架的弦桿（BH800×350×36×50）、腹桿（BH500×350×36×50）及暗梁（截面尺寸700×1300mm）尺寸大，而本層剪力墻尺寸僅為700mm，如何保證剪力墻混凝土澆筑質(zhì)量是施工的又一個(gè)難點(diǎn)。

3.3 伸臂桁架構(gòu)件多、重量較重，是吊裝需控制的一個(gè)重點(diǎn)；另外核心筒勁性柱的測量定位和固定也是施工的一個(gè)難點(diǎn)。

28層伸臂桁架立面圖

3.4 伸臂桁架弦桿和腹桿的連接，伸臂桁架與勁性柱的連接，勁性柱本身的連接采用坡口熔透焊縫，均為一級焊縫，且大部分焊縫需要采用仰焊工藝，在110多米的高空作業(yè)難度高，是施工的又一個(gè)難點(diǎn)。

4 采取的應(yīng)對措施

4.1 伸臂桁架與勁性柱、暗梁、剪力墻鋼筋交叉的節(jié)點(diǎn)處理：

首先項(xiàng)目部組織技術(shù)人員仔細(xì)核對圖紙，明確各節(jié)點(diǎn)鋼筋的連接、錨固方法，對于局部如④、⑧軸處剪力墻鋼筋核對現(xiàn)場鋼筋尺寸，并進(jìn)行鋼筋現(xiàn)場放樣，以確定下料尺寸的標(biāo)準(zhǔn)。然后與鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)人員進(jìn)行認(rèn)真協(xié)商和核對鋼筋穿孔的尺寸與標(biāo)高，以確保鋼筋位置正確和樓層混凝土不超高；嚴(yán)格控制鋼梁腹板穿孔面積，并經(jīng)設(shè)計(jì)驗(yàn)算確認(rèn)，對穿孔面積大的，加焊鋼加強(qiáng)板。

28層4軸、8軸剪力墻鋼筋待伸臂桁架弦桿及腹桿安裝完成后，再進(jìn)行鋼筋綁扎，鋼構(gòu)件按鋼筋綁扎要求預(yù)留鋼筋孔，因鋼構(gòu)件先行安裝，暗梁箍筋將采用開口箍進(jìn)行施工，鋼筋搭接處單面焊10d。（如下圖）

若鋼構(gòu)件局部位置漏設(shè)鋼筋孔，導(dǎo)致箍筋無法綁扎，將在型鋼兩側(cè)焊接搭接板，箍筋雙面焊接在搭接板上，長度5d。（如下圖）

梁箍筋采用開口箍

鋼筋搭接板

4.2 剪力墻混凝土澆筑質(zhì)量控制：

在第28層、第29層梁板4軸、8軸處各設(shè)有1道截面尺寸為：700×1300mm的暗梁，伸臂桁架處于暗梁中，伸臂桁架的弦桿（BH800×350×36×50）、腹桿（BH500×350×36×50）截面尺寸大加之暗梁鋼筋密集，以及剪力墻鋼筋：水平方向?yàn)?14@200，豎向 3排?18@100，這些均對該暗梁和剪力墻混凝土澆筑時(shí)的下料、振搗帶來很大的困難。

在綁扎該剪力墻水平鋼筋時(shí)，水平鋼筋應(yīng)盡量避開與伸臂桁架H型鋼的上下翼緣，以減少混凝土的下料難度。剪力墻混凝土澆筑臨時(shí)分成兩部分，先澆筑暗梁下面的剪力墻混凝土，待其密實(shí)后再澆筑暗梁部位（上下兩部分不留施工縫）。并對剪力墻采用對稱澆筑，混凝土的下料從剪力墻兩側(cè)設(shè)置下料口，讓混凝土從該剪力墻兩端流入，對于該剪力墻的混凝土配合比根據(jù)施工工藝要求增大坍落度進(jìn)行設(shè)計(jì)，并采用粒徑小的級配的石子，以增加混凝土的流動性。另在剪力墻兩側(cè)各開設(shè)3個(gè)?200@2.5m澆筑孔，該澆筑孔既可用于輸運(yùn)泵直接向剪力墻內(nèi)輸入混凝土，也可用于插入振動棒進(jìn)行振搗；同時(shí)，采用振動棒掛在剪力墻外模板上進(jìn)行振搗，澆筑過程中加強(qiáng)人員監(jiān)控，用小錘敲打模板進(jìn)行觀察，以確保混凝土的密實(shí)度。澆筑暗梁混凝土?xí)r，采用?35小振動棒進(jìn)行振搗，以保證上下混凝土之間的密實(shí)。

4.3 伸臂桁架安裝的控制：

位于核心筒內(nèi)剪力墻段伸臂桁架與核心筒同步施工，剪力墻段外部分滯后核心筒3層的進(jìn)度。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，伸臂桁架安裝完成后，只連接腹板，不連接腹桿，待結(jié)構(gòu)封頂后靠近筒體一側(cè)的弦桿、腹桿和翼緣全部焊接；靠近鋼管混凝土柱一側(cè)的弦桿只焊接腹板，并根據(jù)現(xiàn)場桁架實(shí)際尺寸和位置對腹桿端部尺寸進(jìn)行調(diào)整后與預(yù)留節(jié)點(diǎn)板全焊接。

4.3.1 吊點(diǎn)設(shè)置

根據(jù)現(xiàn)場塔吊實(shí)際吊裝能力，以及結(jié)合構(gòu)件的重量、尺寸情況，進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算設(shè)置最佳的起吊點(diǎn)。伸臂桁架弦桿及腹桿均采用兩點(diǎn)起吊，在桿件的上翼緣離端部1/5L處設(shè)置吊耳。（如下圖）

4.3.2 連接措施

構(gòu)件散件加工運(yùn)輸至現(xiàn)場安裝，高空對接采用雙夾板穿臨時(shí)安裝螺栓進(jìn)行固定。（如下圖）

吊點(diǎn)設(shè)置圖

4.3.3 側(cè)向穩(wěn)定支撐措施

本工程伸臂桁架僅在南北向布置，其中核心筒部分的伸臂桁架長度達(dá)到13.7m，安裝過程中為保證桁架的穩(wěn)定性，防止焊接變形過大，將在每根鋼骨柱東西側(cè)加設(shè)剛性支撐。剛性支撐選用16#工字鋼，長度3.5m。設(shè)置如下圖

支撐預(yù)埋件板定位圖

側(cè)向支撐設(shè)置示意圖

4.3.4 伸臂桁架安裝工藝

a.核心筒施工至27層樓板，預(yù)埋措施埋件板，準(zhǔn)備進(jìn)入伸臂桁架的安裝；

b.吊裝伸臂桁架核心筒內(nèi)勁性鋼骨柱；

c.吊裝伸臂桁架核心筒內(nèi)下弦桿，測量校正后加措施桿件固定，然后對接口施焊；

d.核心筒往上施工至28層樓板；

e.吊裝伸臂桁架核心筒內(nèi)上弦桿；

f.吊裝伸臂桁架核心筒內(nèi)腹桿，整體校正后對接口施焊；

g.核心筒往上施工，外框結(jié)構(gòu)施工至27層，準(zhǔn)備進(jìn)行伸臂桁架外框部分的安裝；

h.吊裝伸臂桁架外接鋼管柱；

i.依次吊裝伸臂桁架外框段的下弦桿及上弦桿；

j.吊裝伸臂桁架外框段的腹桿，整體校正后進(jìn)行對接口焊接。

4.4 伸臂桁架焊接質(zhì)量控制

伸臂桁架為高空散拼作業(yè)存在較大安全隱患，構(gòu)件重量大以及現(xiàn)場各工序交叉作業(yè)頻繁，另外伸臂桁架弦桿和腹桿的連接，伸臂桁架與勁性柱的連接，勁性柱本身的連接采用坡口熔透焊縫，均為一級焊縫，且大部分焊縫需要采用仰焊工藝，在110多米的高空作業(yè)難度高的特點(diǎn)，施工前對所有技術(shù)人員和施工作業(yè)人員進(jìn)行方案交底和安全技術(shù)交底。并采取以下措施：

4.4.1 焊接前先制定焊接工藝方案，并進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)，構(gòu)件安裝后進(jìn)行焊接前挑選焊接技術(shù)好的工人進(jìn)行該部位的焊接施工。

4.4.2 核心筒部分的伸臂桁架根據(jù)安裝順序，在鋼骨柱及下弦桿吊裝完成校正后進(jìn)行焊接，先焊接鋼骨柱，再焊接下弦桿；在完成上弦桿及腹桿吊裝校正后，依次進(jìn)行上弦桿、直腹桿、斜腹桿的焊接。焊接采用對稱焊接，對稱部位溫度控制在基本相同的條件下進(jìn)行焊接，并采用先進(jìn)的CO2氣體保護(hù)焊，避免在雨天和大風(fēng)天氣條件下施焊，焊接時(shí)做好防風(fēng)處理。具體焊接順序如下，按1~6的數(shù)字編號進(jìn)行。

4.4.3 所有的全熔透對接焊縫在完成外觀檢查之后進(jìn)行100%UT（超聲波）檢測，標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行GB11345-89《鋼結(jié)構(gòu)焊縫手工超聲波探傷方法和結(jié)果分級》，焊縫質(zhì)量不低于B級的一級。超聲波檢查有缺陷的焊縫，從缺陷兩端上加50mm作為清除部分，并以與正式焊縫相同的焊接工藝進(jìn)行補(bǔ)焊、同樣的標(biāo)準(zhǔn)和方法進(jìn)行復(fù)查。

4.4.4 后安裝的伸臂桁架，考慮到結(jié)構(gòu)變形，以及為了保證安裝方便，每一分段的尺寸均比設(shè)計(jì)小5mm，并制作成坡口。

5 結(jié)束語

項(xiàng)目部在進(jìn)行伸臂桁架施工中充分了解結(jié)構(gòu)受力體系，提前做好施工的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，合理進(jìn)行工序安排，確保了施工安全，保證了工程質(zhì)量，取得了預(yù)期的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。目前我國經(jīng)濟(jì)處于高速發(fā)展階段，全國各地進(jìn)行大量的超高層建筑建設(shè)，在超高層建筑結(jié)構(gòu)中，合理地采用伸臂桁架結(jié)構(gòu)，可以有效地增大建筑物的結(jié)構(gòu)剛度，控制建筑物的水平位移，協(xié)調(diào)建筑物豎向荷載的分布，平衡建筑物的沉降差，使建筑物做的更高更經(jīng)濟(jì)。

[1]鋼結(jié)構(gòu)施工，徐占發(fā) 吳金馳 許大江，武漢，華中科技大學(xué)出版社，2010.3

[2]鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)與實(shí)訓(xùn)，胡建琴，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2010.2

[3]鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，上海建工集團(tuán)股份有限公司，上海，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2012.1

[4]伸臂桁架在超高層建筑中的應(yīng)用，費(fèi)新華，北京，施工技術(shù)，2006.11第35卷增刊（238-241）