大型高中空鋼結(jié)構(gòu)屋蓋組合吊裝施工技術(shù)

劉曉楠

【摘要】某文化廣場(chǎng)規(guī)劃展示館工程主體結(jié)構(gòu)大型高中空鋼結(jié)構(gòu)屋蓋安裝，采用了組合吊裝施工技術(shù)。通過(guò)水平牽引屋蓋內(nèi)心圈構(gòu)件就位拼裝、鋼格構(gòu)柱支架搭設(shè)、屋蓋內(nèi)心圈整體構(gòu)件提升就位并臨時(shí)固定、高空桅桿吊主梁吊裝、鋼結(jié)構(gòu)高空拼裝等多項(xiàng)技術(shù)的綜合應(yīng)用，解決了高大中空鋼結(jié)構(gòu)屋蓋安裝的難題，具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】中空鋼屋蓋；鋼格構(gòu)柱；水平牽引；提升；桅桿吊裝

目前一些大型公共建筑工程中，經(jīng)常會(huì)遇到外形獨(dú)特，內(nèi)部中空的建筑，這類(lèi)建筑內(nèi)部中空部分空間大、上下通透，且考慮到屋蓋結(jié)構(gòu)跨度大和采光要求，設(shè)計(jì)時(shí)一般都設(shè)計(jì)成鋼結(jié)構(gòu)采光玻璃屋頂。這種屋蓋鋼結(jié)構(gòu)雖外形簡(jiǎn)單，但由于處于建筑物內(nèi)頂部，屋蓋中空高度比較高、面積比較大，且屋蓋構(gòu)件自身重量大，結(jié)構(gòu)體系及節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，因此如何安全、快捷地完成鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的吊裝，成了擺在工程技術(shù)人員面前的一道難題。

1、工程概況

某文化廣場(chǎng)規(guī)劃展示館工程，主體結(jié)構(gòu)屬圓型建筑，4層框架結(jié)構(gòu)，直徑53m，高度24.9m。結(jié)構(gòu)內(nèi)部二層以上為中空式中廳，中空中廳芯筒直徑31.2m，其屋蓋形式為單層鋼結(jié)構(gòu)圓形中空鋼化白玻采光頂，整個(gè)屋蓋重約87t。屋蓋鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)心圈為直徑3.3m、方管截面鋼構(gòu)架結(jié)構(gòu)，外圈鋼梁采用變截面H型鋼。鋼屋蓋構(gòu)件連接方式為梁與梁腹板大六角頭10.9級(jí)高強(qiáng)螺柱連接，鋼屋蓋支承方式為H型鋼主梁頂端與邊緣混凝土結(jié)構(gòu)柱頂端采用鋼板加M30*900地腳螺栓連接。屋蓋平面布置示意圖及屋蓋內(nèi)心圈整體構(gòu)件平面示意圖分別見(jiàn)下圖1（a）～（b）。

鋼結(jié)構(gòu)屋蓋安裝時(shí)，大型起吊設(shè)備不能進(jìn)入室內(nèi)吊裝，設(shè)置室內(nèi)塔吊吊裝則塔吊拆除又是一個(gè)難題，而采用大跨度鋼結(jié)構(gòu)常用的施工方法如整體提升（頂升）、整體吊裝、滑移法施工等工藝均不適合本工程，滿(mǎn)堂腳手架、分段吊裝、高空組拼的施工方法雖然適用，但鋼結(jié)構(gòu)整體內(nèi)心圈重量約11.3t，起吊比較困難，且周轉(zhuǎn)材料投入量會(huì)非常大，整體施工工期也比較長(zhǎng)。針對(duì)該高大中空鋼屋蓋工程的特殊性，采取了組合吊裝施工技術(shù)來(lái)保證工程的順利施工。

2、組合吊裝施工技術(shù)原理

采用在建筑內(nèi)部中空中心搭設(shè)鋼格構(gòu)柱拼裝支架，通過(guò)格構(gòu)柱支架將屋蓋內(nèi)心圈整體構(gòu)件用手拉葫蘆多點(diǎn)牽引提升，提升至設(shè)計(jì)高度后臨時(shí)固定，同時(shí)增設(shè)限位固定裝置。再在格構(gòu)柱支架上安裝臨時(shí)桅桿吊，通過(guò)桅桿吊將邊緣主梁吊至安裝位置，采用臨時(shí)固定螺栓進(jìn)行臨時(shí)固定。待邊緣主梁全部吊裝完成后，對(duì)構(gòu)件尺寸誤差進(jìn)行整體調(diào)整，采用高強(qiáng)螺栓替代臨時(shí)固定螺栓進(jìn)行終擰。邊緣主梁安裝完成后，對(duì)屋蓋其余次梁采用手拉葫蘆或塔吊進(jìn)行吊裝安裝，鋼結(jié)構(gòu)全部安裝完成后，安裝鋼化玻璃采光頂，整個(gè)中空屋蓋即安裝完成。

鋼格構(gòu)柱支架設(shè)計(jì)安裝時(shí)，對(duì)格構(gòu)柱的整體穩(wěn)定性和承載能力進(jìn)行驗(yàn)算，并對(duì)格構(gòu)柱支架下的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐加固，以防止屋蓋安裝過(guò)程中施工荷載對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成破壞。另外，桅桿吊的承載能力及吊裝安全性也進(jìn)行了相應(yīng)的受力驗(yàn)算。

3、施工流程及工藝要點(diǎn)

3.1 施工流程。本工程中空鋼屋蓋組合吊裝施工的工藝流程為：施工準(zhǔn)備→格構(gòu)柱支架擴(kuò)大底座安裝→格構(gòu)柱支架下混凝土結(jié)構(gòu)加固→屋蓋內(nèi)心圈整體構(gòu)件就位→格構(gòu)柱支架安裝→屋蓋內(nèi)心圈整體構(gòu)件起吊→焊接格構(gòu)柱下部固定拉桿→屋蓋內(nèi)心圈整體構(gòu)件高空臨時(shí)固定→格構(gòu)柱支撐桅桿吊安裝→邊緣主梁吊裝→邊緣次梁吊裝→采光玻璃安裝→玻璃接縫注膠→檢查驗(yàn)收。

3.2 工藝要點(diǎn)。根據(jù)本工程關(guān)鍵施工步驟，詳細(xì)說(shuō)明其工藝要點(diǎn)。

3.2.1 鋼格構(gòu)柱支架底座安裝及下部混凝土結(jié)構(gòu)加固。鋼格構(gòu)柱支架底部采用4000mm×4000mm鋼板（t=30mm）鋪墊，鋼板下部用C30細(xì)石混凝土找平，保證受力均勻。為確保內(nèi)架吊裝安全，樓層下除Φ900芯柱外，另增設(shè)8根鋼格構(gòu)架頂緊在樓板下，鋼格構(gòu)架采用8根Φ159×6水平支撐及斜撐連成格構(gòu)架，與上部吊架體系桿件在對(duì)應(yīng)的位置，鋼管下墊鋼板采用400mm×400mm鋼板（t=20mm）。

3.2.2 屋蓋內(nèi)心圈整體構(gòu)件就位。由于建筑中空結(jié)構(gòu)從二層開(kāi)始，內(nèi)心圈整體構(gòu)件需要先運(yùn)送至二樓，通過(guò)鋪設(shè)斜道，用H20型鋼通長(zhǎng)鋪設(shè)兩道鋼梁，作軌道鋪設(shè)在混凝土斜坡道上（包括至室內(nèi)中心區(qū)），用3t卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引到預(yù)定位置（見(jiàn)下圖2），這樣構(gòu)件的荷載通過(guò)H鋼梁傳遞到梁柱上，而不影響到二層室內(nèi)地面混凝土的損傷。

3.2.3 格構(gòu)柱支架設(shè)計(jì)及安裝

格構(gòu)柱支架立桿采用Φ159×6鋼管，由于支架高度高，鋼管需對(duì)接，接頭錯(cuò)開(kāi)≥2000m，對(duì)接必須確保同心圓，并分段加固。

雙肢Φ159×6立桿四組之間等距設(shè)置，并保證支架中能通過(guò)內(nèi)心圈整體構(gòu)件的圓弧外挑的翼緣板。Φ159×6鋼管形成的正多邊形，每邊長(zhǎng)在高度方向設(shè)置剪刀撐。頂部的收口平面用125工字鋼作橫梁，擱置在鋼管端部頂部并焊接。

3.2.4 內(nèi)心圈整體構(gòu)件提升牽引。格構(gòu)柱支架安裝完成后，在內(nèi)心圈整體構(gòu)件上對(duì)稱(chēng)設(shè)置4個(gè)吊點(diǎn)，通過(guò)吊掛于支架頂部的4根工字鋼橫梁上的4只5t手拉葫蘆，人工進(jìn)行四點(diǎn)同步提升。牽引前，先將構(gòu)件吊起離地面200mm，全面觀(guān)察各部位的工作情況，未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后再徐徐上升。提升過(guò)程中必須隨時(shí)檢查構(gòu)件的水平，當(dāng)某一方向高差≥50mm時(shí)，該方向應(yīng)停止提升，防止構(gòu)件傾斜引起單個(gè)葫蘆超重而受力失穩(wěn)，發(fā)生重大安全事故。

由于構(gòu)件安裝高度比較高，因此必須分多次分段提升（3～4m往復(fù)提升一次），每升一次需在格構(gòu)架立桿兩側(cè)各設(shè)一只托架支撐構(gòu)件轉(zhuǎn)換吊層，并用等粗鋼絲繩環(huán)構(gòu)件一周用鎖扣鎖緊，與上部鋼梁固定。待上部5t起重葫蘆拉索復(fù)位并提升至固定鋼絲繩不受力后，拆除穩(wěn)定鋼絲繩及牛腿，此時(shí)固定鋼絲繩隨構(gòu)件提升。內(nèi)心圈整體構(gòu)件吊裝完成后，應(yīng)進(jìn)行臨時(shí)固定，以便其余鋼梁安裝。

3.2.5 格構(gòu)柱支架桅桿吊及頂部臨時(shí)吊點(diǎn)安裝。內(nèi)心圈整體構(gòu)件吊裝到位后，在格構(gòu)柱支架上安裝桅桿吊，桅桿吊采用Φ108×4單支斜立桿，斜立桿支腳采用抱箍與格構(gòu)柱支架立桿連接，桅桿吊斜立桿上端通過(guò)雙道鋼絲繩與格構(gòu)柱支架拉結(jié)固定。桅桿吊吊裝采用滑輪加鋼絲繩的形式，鋼絲繩采用直徑Φ17mm，利用卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行牽引。

格構(gòu)柱支架頂部采用雙拼Φ108×4鋼管扁擔(dān)式吊點(diǎn)，作為鋼主梁吊裝時(shí)梁端的臨時(shí)吊點(diǎn)。雙拼鋼管與格構(gòu)柱支架頂部橫梁使用螺栓扣連接，保證吊點(diǎn)的穩(wěn)固。

3.2.6 邊緣主梁吊裝。在邊緣主梁重力中心設(shè)置一處吊耳，通過(guò)桅桿吊將主梁吊起，吊起時(shí)在構(gòu)件吊起離地面200mm時(shí)，全面觀(guān)察各部位的工作情況，未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后再徐徐上升。主梁兩端用繩子配專(zhuān)人牽拉以防止主梁擺動(dòng)。主梁吊裝到一定高度后，配合梁兩端臨時(shí)吊點(diǎn)進(jìn)行梁安裝。吊裝時(shí)，先將4根貫通鋼主梁依次提升至內(nèi)心圈整體構(gòu)件標(biāo)高所在位置，并采用臨時(shí)固定螺栓與內(nèi)心圈整體構(gòu)件進(jìn)行對(duì)接臨時(shí)固定，再將另外4根不貫通鋼主梁進(jìn)行上述同樣步驟安裝。

主梁安裝完后，對(duì)已安裝的8根主梁進(jìn)行位置高度、中心位置、坡部、起穹、主梁與主體連接螺柱標(biāo)高測(cè)量，經(jīng)反復(fù)校正確認(rèn)后采用高強(qiáng)螺柱替換臨時(shí)螺栓，并進(jìn)行初擰、中擰、終擰。并對(duì)鋼梁翼緣由下向上進(jìn)行焊接拉接，使整個(gè)鋼構(gòu)采光頂形成一個(gè)完整的穩(wěn)固剛性體系。

3.2.7 次梁吊裝。次梁及弧形鋼梁利用塔吊吊裝，并利用手拉葫蘆配合，到位進(jìn)行高強(qiáng)螺栓拼裝連接。所有構(gòu)件安裝完成后，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行防火、防銹漆噴涂。

3.2.8 格構(gòu)柱支架拆除。格構(gòu)柱支架隨支撐體系下降隨層拆除，Φ159×6支撐系統(tǒng)拆除按6～8m一段，焊接接頭采用C2H2-O2氣割斷開(kāi)，用塔吊將構(gòu)架分小片塊起吊（≤1000kg），置于2層室內(nèi)地面木枕上，向外清運(yùn)，如此向下循環(huán)拆除。拆除時(shí)須派專(zhuān)人指揮，專(zhuān)人監(jiān)護(hù)，上部不作業(yè)時(shí)，下部清運(yùn)鋼管架。同時(shí)做好防火、防構(gòu)件墜落等安全工作。

4、結(jié)語(yǔ)

本工程采用的組合吊裝技術(shù)與傳統(tǒng)的施工工藝相比具有較為明顯的優(yōu)越性，施工方便，快捷安全，節(jié)省投資。經(jīng)測(cè)算，在本工程中，采用大型高中空建筑鋼結(jié)構(gòu)屋蓋組合吊裝施工技術(shù)與采用傳統(tǒng)的施工方法相比，共節(jié)約投資40萬(wàn)元，工期提前20天，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對(duì)類(lèi)似工程具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和指導(dǎo)意義。

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