超大跨度懸挑鋼桁架高空安裝技術(shù)研究

倪新星 馬 偉

(江蘇省華建建設(shè)股份有限公司 廣東深圳 518000)

0 引言

近年來，大跨度懸挑結(jié)構(gòu)能提高建筑的美觀及功能，在高層建筑中的應用倍受青睞。然而大跨度懸挑結(jié)構(gòu)的應用缺乏關(guān)鍵施工技術(shù)與管理經(jīng)驗。黃昕[1]等結(jié)合大跨度懸挑鋼桁架結(jié)構(gòu)特點與施工難點進行研究，采用臨時支撐體系和空中散裝結(jié)合的安裝工藝。尹友成等[2]針對雙向懸挑大跨度鋼結(jié)構(gòu)連廊的高空懸拼施工，研究分析鋼桁架受力模型,鋼構(gòu)件拼裝順序、變形預控、焊縫質(zhì)量控制。本文研究超大跨度懸挑鋼桁架高空安裝技術(shù)，提高施工工藝、保證施工安全、節(jié)約工期。

1 工程概況

兆鑫匯金廣場主體工程位于深圳市羅湖區(qū)，項目由1棟高度是249.950 m的公建、1棟高度148.250 m住宅及4層裙房商業(yè)、5層地下室組成?？偨ㄖ娣e為19.16萬m2。

本工程外立面采用玻璃幕墻，在建筑物東南角、西北角設(shè)計將外立面造型設(shè)計成獨特的雙“V”造型，給人一種很強的立面視覺沖突，形成“高山流水”設(shè)計意境。該幕墻造型在5層～25層、30層～屋面；采用逐層變化的單片弧形懸挑鋼梁(懸挑鋼梁長度約2 m～12 m)+鋼柱+斜拉桿+水平鋼斜撐桿，作為幕墻造型的鋼桁架支撐體系。

為凸出外立面 “收、放”的效果，并增加體系的剛度，在建筑東南角、西北角26層～29層采用鋼懸挑桁架結(jié)構(gòu)層，如圖1所示。

圖1 西北角立面圖

1.1 鋼桁架基本情況

西北角5層至25層幕墻骨架安裝，擬拆成“鋼挑梁+下部吊柱”的形式，采用散拼吊裝法，從下向上逐層安裝。最大懸挑鋼梁截面尺寸為口500×500×18，長度為11.8 m， 重量為3.3 t；鋼柱為□300×150×6，長度為4.5 m，單條重量為0.18 t，臨時通道1.0 t，則6層～25層最大挑梁拼裝構(gòu)件整體重為5.0 t，取5.5 t，如圖2所示。

圖2 西北角幕墻骨架架立面圖 圖3 東南角幕墻骨架立面圖

西北角30層至屋面層幕墻骨架安裝擬拆成“鋼挑梁+下部吊柱”的形式，采用散拼吊裝法從下向上逐層安裝。經(jīng)計算，組合鋼構(gòu)架整體吊裝最重約6 t，如圖3所示。

西北角26層～29層采用懸挑鋼桁架體系，最大懸挑跨度南北向為11.05 m，東西向為16.75 m，懸挑梁分別采用H型鋼、方鋼，H型鋼最大截面為H800×500×36×50，長度為8.7 m，其重量為5 t，最重鋼梁為6.6 t，方鋼最大梁截面為口600×600×36，最重鋼梁為4.02 t。為便于安裝，26～27層桁架在吊裝前先行組合拼裝，局部組合吊裝。經(jīng)計算，最重的組合鋼桁架1(GHJ1)重為20.38 t，取21 t，距離1#塔吊的距離23 m,如圖2所示。

東南角各層幕墻骨架安裝擬采用“鋼挑梁+下部吊柱”組合形式，進行散拼吊裝從下向上逐層安裝。最重鋼梁為30層，其規(guī)格□500×500×18，長度16.1 m，重量為4.4 t，鋼柱為□300×150×6，單條重量為0.18 t，臨時通道1.6 t，則東南角29～屋面層最大挑梁拼裝結(jié)構(gòu)整體吊量約為7.1 t，如圖3所示。

1.2 塔吊性能情況

西北角6層～25層幕墻骨架安裝擬拆成“鋼挑梁+下部吊柱”的形式，采用散拼吊裝法從下向上逐層安裝。最大懸挑鋼梁截面尺寸為口500×500×18，長度為11.8 m， 重量為3.3 t。鋼柱為□300×150×6，長度為4.5 m，單條重量為0.18 t，臨時通道1.0 t，則6層～25層最大挑梁拼裝構(gòu)件整體重為5.0 t，取5.5 t。與1#塔吊距離21 m，根據(jù)塔吊載荷特性塔吊40 m范圍內(nèi)能吊31 t，能滿足吊裝要求。

西北角30層至屋面層幕墻骨架安裝擬拆成“鋼挑梁+下部吊柱”的形式，采用散拼吊裝法，從下向上逐層安裝，經(jīng)計算，組合鋼構(gòu)架整體吊裝最重約6 t。距離1#塔吊的距離39 m。根據(jù)塔吊載荷特性，塔吊40 m范圍內(nèi)能吊31 t，能滿足吊裝要求，如圖4所示。

圖4 塔吊立面圖

西北角26層～29層，組合鋼桁架距1#塔吊的距離為23 m。最重的組合鋼桁架1(GHJ1)重為20.38 t，取21 t。根據(jù)塔吊載荷特性塔吊40 m范圍內(nèi)能吊31t，能滿足吊裝要求。

東南角各層幕墻骨架安裝，擬采用“鋼挑梁+下部吊柱”組合形式，進行散拼吊裝，從下向上逐層安裝。最重鋼梁為30層，其規(guī)格□500×500×18，長度16.1 m，重量為4.4 t，鋼柱為□300×150×6，單條重量為0.18 t，臨時通道1.6 t，則東南角29～屋面層最大挑梁拼裝結(jié)構(gòu)整體吊量約為7.1 t。距離1#塔吊45 m。根據(jù)塔吊載荷特性，塔吊45 m范圍內(nèi)能吊26.6 t，能滿足吊裝要求。

2 桁架及鋼梁安裝

2.1 西北角幕墻骨架安裝流程

第1步：采用塔吊3點吊裝[3]，手動葫蘆調(diào)節(jié)，使懸挑組合構(gòu)件支座端(與預埋件連接端)略低的狀態(tài)，保持傾斜狀態(tài)。斜向進入柱側(cè)預埋支座，與內(nèi)側(cè)的限位擋板抵緊，用螺栓臨時固定。懸挑組合構(gòu)件上，表面焊接連接板(10×100×100)，用鋼絲繩(直徑16 mm)在連接板上，與上一層結(jié)構(gòu)預埋件斜拉臨時固定。

第2步：塔吊松勾，用水平拉索、頂撐(或柱腳)調(diào)節(jié)懸挑梁水平位置。柱側(cè)預埋支座端設(shè)拉頂機構(gòu)，調(diào)節(jié)鋼梁沿梁長方向的位置。放松斜拉索，調(diào)節(jié)懸挑梁水平度，臨時固定立柱下腳，焊接固定懸挑梁支座，焊接固定立柱下腳。解除臨時斜拉索，如圖5所示。

圖5 西北角幕墻骨架安裝立面圖

2.2 西北角25層～29層安裝流程

圖6為25層～29層安裝立面圖，圖7為臨時綴連桿示意圖，西北角25層～29層安裝流程：

圖6 25層～29層安裝立面圖

圖7 臨時綴連桿示意圖

第1步：安裝25層幕墻骨架；

第2步：安裝26層～27層“八”字架斜撐GHJ2；

第3步：安裝26層～27層“十”字斜撐GHJ1，鋼柱在GHJ1里面；

第4步：安裝26層次梁；

第5步：鋪次梁上部分的樓承板作為操作平臺；

第6步：安裝26層1A-1～1A-2×1A-C～D軸主次鋼梁；

第7步：安裝26層1A-1～1A-2×1A-C～D軸外側(cè)弧形主次鋼梁；

第8步：安裝27層1A-1～1A-2×1A-C～D軸次鋼梁和27層鋼柱；

第9步：安裝27層斜主次鋼梁;

第10步：安裝29層1A-2～1A-3×1A-C～D軸鋼梁;

第11步：安裝29層1A-1～1A-2×1A-C～D軸鋼梁。

詳細介紹西北角25～29層鋼桁架及鋼梁安裝流程中的施工工藝。

第1步：在4層樓面作為操作平臺，通過計算得出吊點，采用3點吊裝方式，手動葫蘆調(diào)節(jié)，使25層懸挑鋼梁(與預埋件連接端)略低的狀態(tài)，保持傾斜狀態(tài)。將鋼梁吊裝到樓層位置時，通過水平激光儀控制好垂直度和高度，在端部利用臨時吊籠，將懸挑鋼梁與預埋件焊接在一起。待25層鋼梁安裝完畢后，采用M12鋼絲繩間距@200 mm縱橫布置，上方鋪滿掛安全兜底網(wǎng)，作為安全防護，不上人。

第2步：安裝26層～27層中間1A-2×1A-C～D軸八字懸挑鋼桁架梁片體GHJ2。GHJ2距離塔吊的距離為23 m，塔吊兩倍率40 m范圍內(nèi)，性能為32 t，4倍率25 m為吊裝性能48 t，滿足吊裝要求。

與八字撐鋼柱相連的附近，也應增加臨時綴連桿。綴連桿采用材質(zhì)為Q235B，規(guī)格為20#工字鋼。懸挑鋼桁架內(nèi)側(cè)設(shè)置懸挑臨時平臺，采用L75×5間距為500 mm，焊接在桁架上。上方鋪2 mm厚壓型鋼板。焊死在桁架上。作為臨時走道板。在桁架上設(shè)置生命繩。在端部利用臨時吊籠，將懸挑鋼桁架與預埋件焊接在一起。

第3步：安裝26～27層中間1A-2×1A-C～D軸鋼桁架(GHJ1)，GHJ1里面含有豎向鋼柱，鋼柱分段吊裝。GHJ1中心距離塔吊的距離為17 m，塔吊兩倍率40 m范圍內(nèi)性能為32 t，4倍率25 m吊裝性能為48 t，滿足吊裝要求。因為與八字撐相連的鋼柱已經(jīng)安裝完成，十字撐除與混凝土柱相連的部位附近加臨時綴連桿，與八字撐鋼柱相連的附近也應增加臨時綴連桿。在外側(cè)，利用北側(cè)1A-D軸鋼桁架梁片體作為臨時平臺及操作平臺。臨時平臺采用L75×5間距為500 mm，焊接在桁架上，上方鋪2 mm厚壓型鋼板，焊死在桁架上。作為臨時走道板。在混凝土柱邊利用簡易操作吊籠，將懸挑鋼桁架與預埋件焊接在一起。

第4步:安裝1A-2～1A-3×1A-C～D軸鋼次梁，利用北側(cè)1A-2×1A-C～D軸鋼桁架梁片體臨時通道及在26層端部掛吊籠作為操作平臺。

第5步:鋪設(shè)1A-2～1A-3×1A-C～D軸樓承板[4]。

第6/7步：安裝1A-1～1A-2×1A-C～D軸鋼梁，利用中間1A-2×1A-C～D軸鋼桁架梁片體臨時通道及在26層端部掛吊籠操作平臺。

第8步：安裝27層1A-2～1A-3×1A-C～D軸鋼次梁。

第9步：安裝27層1A-1～1A-2×1A-C～D軸鋼梁。

第10步：安裝27層1A-2～1A-3×1A-C～D軸鋼梁。

第11步：安裝27層1A-2～1A-3×1A-C～D軸鋼梁。

2.3 東南角幕墻骨架安裝流程

第1步：采用塔吊3點吊裝，手動葫蘆調(diào)節(jié)，使懸挑組合構(gòu)件支座端(與預埋件連接端)略低的狀態(tài)，保持傾斜。斜向進入柱側(cè)預埋支座，與內(nèi)側(cè)的限位擋板抵緊，用螺栓臨時固定。懸挑組合構(gòu)件上表面焊接連接板(10×100×100)，用鋼絲繩(直徑16 mm)在連接板上，與上一層結(jié)構(gòu)預埋件斜拉臨時固定。

第2步：塔吊松勾，用水平拉索、頂撐(或柱腳)調(diào)節(jié)懸挑梁水平位置。柱側(cè)預埋支座端設(shè)拉頂機構(gòu)，調(diào)節(jié)鋼梁沿梁長方向的位置。放松斜拉索，調(diào)節(jié)懸挑梁水平度，臨時固定立柱下腳，焊接固定懸挑梁支座，焊接固定立柱下腳。解除臨時斜拉索，如圖8所示。

圖8 現(xiàn)場安裝圖

2.4 操作要點

(1)變形控制：由于25層懸挑鋼梁跨度大，在自重狀態(tài)下，懸挑端部會發(fā)生28.7 mm的下?lián)献冃巍Ｒ虼?，采取鋼梁端部預先起拱35 mm，并在26層預埋件斜拉鋼絲繩，拉25層鋼梁，減少25層鋼梁下?lián)?。?6層～27層鋼梁安裝完畢，將鋼絲繩或者鋼板條直接豎向掛在26層鋼梁上，拉25層鋼梁。

(2)定位控制：吊裝到樓層位置時，保持水平和豎向位置，保持與柱子相連的端部略低10 mm，安裝就位，調(diào)節(jié)方法如下：

①定位連接 利用連接板進行定位，在連接板上采用高強螺栓(M20)臨時固定，連接板的厚度為12 mm×150 mm×200 mm。

②控制網(wǎng)豎向傳遞與復核 在樓層位置設(shè)置豎向控制點，確?？刂凭W(wǎng)豎向傳遞累計誤差受控。

③構(gòu)件平整度及標高控制 利用斜拉鋼絲繩掛手動葫蘆上下調(diào)節(jié)，用水平激光儀或者水平儀控制水平度。

④左右偏差的控制 在鋼梁上設(shè)置控制點(一條線在端部500 mm，另外一條根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)置)，用兩臺經(jīng)緯儀或者水平激光儀投影到控制點上。利用水平連桿調(diào)節(jié)偏差，連桿和鋼梁相連接，在連桿上加裝液頂調(diào)節(jié)左右偏差。也可以通過塔吊向外擺動，內(nèi)側(cè)用手動葫蘆向內(nèi)調(diào)節(jié)。在鋼梁上設(shè)置控制線到梁端部為500 mm(與埋件件連接的一端)[5]。

3 安全保障措施

3.1 安全防護平臺

在26層～29層施工前，在25層做安全防護平臺，在外圍懸挑圓弧梁上，焊壓環(huán)采用M12鋼絲繩間距@200 mm縱橫布置，上方鋪滿掛安全兜底網(wǎng)，作為安全防護，不上人，如圖9所示。

圖9 安全兜網(wǎng)

3.2 臨時通道

在鋼梁旁邊做通道，方便工人操作，通道為永久性通道，通道外側(cè)用安裝欄桿和生命繩，工人安全掛在安全繩上，欄桿的尺寸為直徑48×2.5，樓面厚度為3 mm后的花紋鋼板，如圖10所示。

圖10 現(xiàn)場臨時通道

3.3 自制操作平臺(簡易吊籃)

在鋼梁與預埋件連接處沒有柱子時，采用掛吊籃型式，樓面處采用吊籃，在樓面制作預埋螺桿4M16 2×2個，吊籃掛在螺桿上，螺母固定好吊籃，吊籃作為臨時操作平臺,用鋼絲繩在拉吊籃加固。工人安全帶掛在樓面結(jié)構(gòu)上，如圖11所示。

圖11 吊籃

4 結(jié)語

兆鑫匯金廣場主體工程在26～29層的懸挑鋼桁架施工過程中，采取利用已完成的鋼梁鋪設(shè)樓承板繼續(xù)向外施工。為保證施工安全性，采取底部做軟質(zhì)鋼絲繩防護、鋼梁旁增加臨時走道板、自制吊籃等措施，既保證安全又操作方便、節(jié)約工期，為今后類似的工程提供借鑒。