多層吊掛鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

中建鋼構(gòu)有限公司華東大區(qū) 靖江 214532

1 工程概況

某項(xiàng)目商業(yè)樓為純鋼框架結(jié)構(gòu)體系，受地鐵站房的影響，部分結(jié)構(gòu)采用不落地形式，鋼柱由3層樓面開始，設(shè)置2道立面大斜撐，使體系形成吊掛（圖1）。鋼斜撐由5層起，至8層結(jié)束，對(duì)稱設(shè)置，保證結(jié)構(gòu)體系受力的均衡。吊掛體系總質(zhì)量約為530 t。

圖1 多層吊掛鋼結(jié)構(gòu)示意

常規(guī)吊掛結(jié)構(gòu)施工采用型鋼或胎架作為施工臨時(shí)措施，支撐上部荷載，待結(jié)構(gòu)體系施工完成后，進(jìn)行卸載拆除。根據(jù)工程實(shí)際情況，吊掛結(jié)構(gòu)下方為地鐵站房，允許施工荷載僅20 kN，無法滿足支撐設(shè)置要求。因此，必須采用新的施工工藝解決多層吊掛結(jié)構(gòu)施工難題（圖2）。

圖2 多層吊掛鋼結(jié)構(gòu)平面布置

2 施工重難點(diǎn)分析

2.1 拼裝精度控制

吊掛結(jié)構(gòu)鋼柱由3層起，首節(jié)鋼柱長2 520 mm，鋼梁長9 m，考慮施工的安全性，減少高空施工作業(yè)量，將首節(jié)鋼柱和懸挑鋼梁拼裝為一體，整體吊裝，拼裝完成后總質(zhì)量約為7.50 t。鋼柱和鋼梁的拼接精度控制尤為重要，對(duì)后續(xù)框架梁和次梁的安裝影響較大，且需要滿足幕墻對(duì)結(jié)構(gòu)精度的要求。在拼裝時(shí)，需考慮結(jié)構(gòu)起拱要求。

2.2 施工方法選擇

由于不具備設(shè)置豎向臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)的條件，由施工工藝方面著手，采用剛性拉桿斜拉的方式進(jìn)行施工。施工方法的選擇對(duì)工期、質(zhì)量、安全有著至關(guān)重要的影響。

2.3 臨時(shí)結(jié)構(gòu)體系與永久結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換

吊掛結(jié)構(gòu)施工完成后，需進(jìn)行受力體系的轉(zhuǎn)換，由臨時(shí)結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換為永久結(jié)構(gòu)體系受力，達(dá)到設(shè)計(jì)使用狀態(tài)，同時(shí)，保證結(jié)構(gòu)施工精度，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換過程中，卸載順序、方法及變形監(jiān)測(cè)對(duì)結(jié)構(gòu)安全非常關(guān)鍵[1-4]。

3 施工方法確定

3.1 多層吊掛鋼結(jié)構(gòu)施工思路

將主體結(jié)構(gòu)分為吊掛區(qū)和框架區(qū)，框架區(qū)為常規(guī)柱梁結(jié)構(gòu)體系，吊掛區(qū)為多層吊掛結(jié)構(gòu)體系。吊掛結(jié)構(gòu)立面設(shè)置2道大斜撐，將吊掛結(jié)構(gòu)與框架結(jié)構(gòu)連接為一體。根據(jù)結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)，框架區(qū)施工可領(lǐng)先吊掛區(qū)1層。

主體框架施工至4層時(shí)，開始3層吊掛鋼結(jié)構(gòu)的施工。將首節(jié)短柱與鋼梁在地面組裝為一體，焊接完成后，整體吊裝。在鋼梁1/3處焊接吊耳，就位時(shí)拉設(shè)施工倒鏈，校正完成后，及時(shí)進(jìn)行框架梁安裝，框架體系形成后，安裝斜向剛性拉桿，拆除施工倒鏈，安裝次梁，并鋪設(shè)樓承板。

吊掛結(jié)構(gòu)安裝至8層時(shí)，大斜撐體系形成，由上至下逐層拆除臨時(shí)措施，將臨時(shí)結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換為永久結(jié)構(gòu)體系。

施工過程中，由于此區(qū)域結(jié)構(gòu)尚未完全達(dá)到設(shè)計(jì)使用狀態(tài)，為防止卸載混凝土樓面產(chǎn)生裂縫，卸載前此區(qū)域混凝土?xí)翰荒軡仓?。待吊掛結(jié)構(gòu)施工至8層，斜撐安裝完成，由上至下逐層卸載，完成吊掛體系的施工，而后澆筑樓面混凝土。

3.2 多層吊掛鋼結(jié)構(gòu)施工模擬分析

多層吊掛鋼結(jié)構(gòu)施工前，采用虛擬仿真技術(shù)，利用高契合度有限元軟件Midas對(duì)施工過程進(jìn)行施工模擬，對(duì)各施工段工況進(jìn)行分析。

有限元軟件施工模擬過程中，荷載取結(jié)構(gòu)自重的1.5倍。在結(jié)構(gòu)臨時(shí)剛性支撐安裝前，吊掛結(jié)構(gòu)施工層各構(gòu)件間均按照鉸接節(jié)點(diǎn)考慮，當(dāng)施工層施工完成后，結(jié)構(gòu)為剛接節(jié)點(diǎn)的部分按照剛接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行施工模擬分析。

任取一施工階段，對(duì)多層吊掛鋼結(jié)構(gòu)施工模擬分析進(jìn)行說明。施工模擬過程中，主要控制點(diǎn)為吊掛結(jié)構(gòu)的變形、吊掛結(jié)構(gòu)的應(yīng)力以及臨時(shí)剛性斜撐的內(nèi)力（圖3）。

通過分析，施工模擬過程結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力為43.30 MPa，結(jié)構(gòu)應(yīng)力小于構(gòu)件強(qiáng)度，施工過程滿足安全需求。

施工模擬過程結(jié)構(gòu)最大位形為23 mm。根據(jù)施工模擬結(jié)果，對(duì)吊掛結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)起拱，控制結(jié)構(gòu)位形[5-6]。

圖3 施工模擬分析模型

施工模擬過程中，剛性斜撐最大內(nèi)力為56.50 kN。

通過有限元軟件的施工模擬，對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化，選擇經(jīng)濟(jì)合理的施工措施，避免施工過程中可能出現(xiàn)的安全、質(zhì)量問題，保證吊掛鋼結(jié)構(gòu)施工的順利進(jìn)行。根據(jù)吊掛結(jié)構(gòu)施工過程的有限元軟件模擬，對(duì)吊掛結(jié)構(gòu)吊柱標(biāo)高進(jìn)行預(yù)抬高。多層吊掛鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)高預(yù)調(diào)值如表1所示。

表1 多層吊掛鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)高預(yù)調(diào)值

剛性斜拉桿的長度根據(jù)理論計(jì)算長度加上預(yù)調(diào)值進(jìn)行確定。根據(jù)計(jì)算，φ219 mm×10 mm圓管滿足要求。

3.3 多層吊掛鋼結(jié)構(gòu)施工流程

第1步，4層鋼框架施工完成后，吊裝鋼梁，用施工倒鏈臨時(shí)固定。

第2步，安裝剛性斜拉桿。

第3步，單層吊掛結(jié)構(gòu)施工完成后，拆除施工倒鏈。

第4步，依次完成4、5層吊掛結(jié)構(gòu)安裝后，進(jìn)行第1節(jié)斜撐安裝。

第5步，完成6層結(jié)構(gòu)樓面后，進(jìn)行第2節(jié)斜撐安裝。

斜撐施工完成后，拆除臨時(shí)支撐，依次完成各層吊掛結(jié)構(gòu)施工。

4 多層吊掛結(jié)構(gòu)施工組織

4.1 施工措施選擇

多層吊掛鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，采用剛性斜撐與施工倒鏈相結(jié)合的施工措施。施工倒鏈通過焊接吊耳與懸挑鋼梁進(jìn)行連接，如圖4所示。臨時(shí)剛性斜撐端部通過全熔透焊縫與吊掛鋼結(jié)構(gòu)與框架區(qū)鋼柱連接。

吊掛結(jié)構(gòu)施工過程中，使用施工倒鏈對(duì)吊掛結(jié)構(gòu)進(jìn)行坐標(biāo)標(biāo)高的調(diào)整控制，在吊掛結(jié)構(gòu)位形調(diào)整到位后，采用剛性斜撐進(jìn)行臨時(shí)固定[7-9]。

4.2 多層吊掛結(jié)構(gòu)施工安全防護(hù)措施

吊掛鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，在吊掛柱端設(shè)置鋼爬梯與防墜器，鋼柱焊接設(shè)置焊接操作平臺(tái)（圖5、圖6）。

圖4 施工倒鏈吊耳示意

圖5 多層吊掛結(jié)構(gòu)施工安防示意

圖6 多層吊掛結(jié)構(gòu)焊接操作平臺(tái)

5 多層吊掛鋼結(jié)構(gòu)施工控制

5.1 多層吊掛鋼結(jié)構(gòu)測(cè)量精度控制

5.1.1 多層吊掛鋼結(jié)構(gòu)施工測(cè)量控制要點(diǎn)

多層吊掛結(jié)構(gòu)施工精度控制主要包括以下內(nèi)容：

1）吊掛結(jié)構(gòu)懸挑主梁端部水平坐標(biāo)與標(biāo)高；

2）結(jié)構(gòu)邊線平面坐標(biāo)；

3）吊掛結(jié)構(gòu)鋼柱的水平坐標(biāo)與標(biāo)高。

5.1.2 施工過程構(gòu)件位置及變形監(jiān)測(cè)

吊掛鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，定期對(duì)吊掛結(jié)構(gòu)進(jìn)行位形監(jiān)測(cè)，以確保施工質(zhì)量。

5.2 卸載變形監(jiān)測(cè)

多層吊掛鋼結(jié)構(gòu)斜撐施工完成后，拆除臨時(shí)剛性支撐。主要進(jìn)行多層吊掛結(jié)構(gòu)端部標(biāo)高的變形監(jiān)測(cè)。沿吊掛結(jié)構(gòu)邊界線設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)，每天定時(shí)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。避免懸挑吊掛結(jié)構(gòu)在自重作用下下?lián)铣鼋Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，卸載完成后，結(jié)構(gòu)最終端部變形值為2 mm，標(biāo)高較理論值高3 mm，滿足規(guī)范要求[10-12]。

6 結(jié)語

本多層吊掛鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，為吊掛鋼結(jié)構(gòu)施工提供了借鑒，為特殊懸挑鋼結(jié)構(gòu)的施工提供施工方法。同時(shí)為解決現(xiàn)場施工難點(diǎn)，提出了基本的解決思路。本施工技術(shù)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)主要包括以下4點(diǎn)。

1）優(yōu)化施工工藝，為現(xiàn)場施工提供便利，節(jié)約了工期，施工安全性有保障。

2）選擇可循環(huán)使用的措施，做到經(jīng)濟(jì)合理。采用剛性型鋼斜撐與施工倒鏈相結(jié)合的施工措施，充分利用2種器械的優(yōu)點(diǎn)，保證了吊掛結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，降低了施工成本。

3）利用模擬仿真技術(shù)對(duì)施工方案進(jìn)行分析，確定施工方案的可行性與經(jīng)濟(jì)性。

4）探索特殊懸挑吊掛結(jié)構(gòu)的施工方法。