桁架鋼結(jié)構(gòu)在大跨度懸空結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

溫福劍，尹凱正

（中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160）

1 工程概況

某項目位于天津市靜海區(qū)團(tuán)泊鎮(zhèn)，為大型住宅類群體小區(qū)，所含高層建筑層數(shù)為28層，建筑高度83.75 m。

在此高層建筑北立面樓梯間凹廊位置（圖1中線框圈出位置）設(shè)計多道9.4 m跨度懸空結(jié)構(gòu)梁板。此樓梯間凹廊部位整體寬度為9.4 m，進(jìn)深長6 m，其結(jié)構(gòu)頂面距地面高度為83.75 m，懸空結(jié)構(gòu)整體成挑檐帽子形狀。

圖1 高層建筑北立面屋面位置懸空結(jié)構(gòu)造型效果

2 工藝特點(diǎn)

本高層建筑北立面樓梯間凹廊位置，設(shè)計中采用多道大跨度懸空混凝土結(jié)構(gòu)梁板，而此位置下部無結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件，上部懸空挑檐板及懸空結(jié)構(gòu)梁搭設(shè)常規(guī)懸挑工字鋼腳手架支撐需采用大尺寸型號工字鋼，用鋼量大，增加了工字鋼錨固部位結(jié)構(gòu)板的配筋量，成本相對較高，同時錨固部位受力較大，存在結(jié)構(gòu)板開裂等質(zhì)量安全問題。同時，常規(guī)懸挑工字鋼在樓層墻體根部須預(yù)留洞口，措施費(fèi)用高，安全性不易保證，不利于后續(xù)外墻及屋面防滲漏，影響建筑使用功能[1]。

由于此大跨度懸空混凝土結(jié)構(gòu)施工作業(yè)面為超高懸空作業(yè)、模板無支撐點(diǎn)、跨度大，與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)存在距離較遠(yuǎn)等施工制約因素，為本工程施工的重難點(diǎn)[2]。

3 具體施工方法及操作要點(diǎn)

本工程整體施工原則為：建筑頂層（第28層）屋面結(jié)構(gòu)施工完成后，在其下部及外側(cè)安裝水平及豎向兜網(wǎng)防護(hù)措施，防護(hù)措施封閉到位后，安裝桁架鋼結(jié)構(gòu)平臺，鋼結(jié)構(gòu)平臺尺寸寬9.2 m，進(jìn)深長6 m，而后在其上搭設(shè)外側(cè)雙排防護(hù)腳手架，防護(hù)完成后，在其內(nèi)側(cè)開始懸空結(jié)構(gòu)梁板腳手架支撐體系搭設(shè)及模板安裝工作，最后進(jìn)行鋼筋綁扎及混凝土澆筑施工。

在第28層施工前進(jìn)行桁架鋼結(jié)構(gòu)平臺施工，主要工藝流程為：（最頂層（第28層）結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎模板安裝時鋼結(jié)構(gòu)平臺預(yù)埋件安裝（桁架鋼結(jié)構(gòu)平臺施工圖紙?zhí)崆霸O(shè)計）→27層頂板標(biāo)高位置水平及豎向防護(hù)兜網(wǎng)安裝→混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度達(dá)到80%后牛腿焊接安裝→鋼結(jié)構(gòu)平臺桁架安裝→拉桿及連梁安裝→平臺木跳板面板安裝→連梁位置懸空結(jié)構(gòu)梁及挑板外腳手架安裝→懸空結(jié)構(gòu)支撐腳手架體系搭設(shè)及模板安裝→懸空結(jié)構(gòu)梁板鋼筋綁扎→混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)[3]。

3.1 施工準(zhǔn)備

鋼結(jié)構(gòu)平臺加工制作前要熟悉掌握方案圖紙設(shè)計情況，仔細(xì)閱讀圖紙，按方案及規(guī)范各項要求施工。材料進(jìn)入加工車間前，須先進(jìn)行材料質(zhì)量檢查驗(yàn)收，合格后再加工制作。鋼平臺各構(gòu)件加工完成后，按方案要求運(yùn)輸?shù)綀鰞?nèi)規(guī)劃位置，并保持材料堆放場地干燥。結(jié)構(gòu)層施工到最頂層屋面位置時，技術(shù)測量人員要根據(jù)土建標(biāo)高體系確定預(yù)埋件位置標(biāo)高。根據(jù)土建標(biāo)高體系控制網(wǎng)，定位預(yù)埋件中軸線、豎向標(biāo)高、水平位置及各牛腿預(yù)埋件表面平整度[4]。

3.2 拼裝式桁架鋼結(jié)構(gòu)平臺設(shè)計

3.2.1 可拆卸拼裝桁架鋼結(jié)構(gòu)平臺設(shè)計

平衡弦桁架體系需使用的材料主要由工字鋼、鋼板、鋼管、高強(qiáng)螺栓、各構(gòu)件焊縫焊接連接固定等，由預(yù)埋件、牛腿、桁架、檁條、拉桿、木跳板等構(gòu)件組成，見表1。

表1 平臺構(gòu)件主要規(guī)格

3.2.2 構(gòu)件連接方式

牛腿預(yù)埋板提前設(shè)置固定在鋼筋混凝土剪力墻中，牛腿與預(yù)埋鋼板采用坡口焊接固定，焊縫高度10 mm，焊縫飽滿均勻，不得有缺陷。

檁條與鋼梁吊裝時使用螺栓臨時加固，然后滿焊，焊縫高度10 mm。拉桿與弦鋼吊裝時使用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接固定。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)平臺桁架及面板安裝技術(shù)

3.3.1 防護(hù)安裝

1）防護(hù)兜網(wǎng)：施工前在鋼結(jié)構(gòu)平臺下一層建筑樓面標(biāo)高位置安裝一道水平兜網(wǎng)，并在建筑懸空結(jié)構(gòu)位置外側(cè)立面懸掛豎向水平兜網(wǎng)。

2）安裝流程：在懸空結(jié)構(gòu)平臺寬度9.4 m兩側(cè)設(shè)置鋼管扣件搭設(shè)的水平兜網(wǎng)支撐臺→兩側(cè)鋼管扣件支撐平臺拉鋼絲繩懸掛鋼絲繩→在鋼絲繩上張掛水平兜網(wǎng)→在豎向鋼管扣件斜撐平臺之間設(shè)置鋼絲繩，張掛豎向兜網(wǎng)。

3.3.2 桁架鋼結(jié)構(gòu)平臺構(gòu)件連接方法

1）下埋件：主體結(jié)構(gòu)施工時，下埋件，與主體澆筑成一整體，采取附加鋼筋、提升標(biāo)號等方式保證強(qiáng)度。預(yù)埋件安裝時對現(xiàn)場施工標(biāo)高線、軸線等進(jìn)行復(fù)核，驗(yàn)線合格后，澆筑混凝土。

2）焊接牛腿：主體混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)達(dá)到80%強(qiáng)度后，施工人員站在爬架上作業(yè)，將牛腿與預(yù)埋件焊接板進(jìn)行焊接，坡口焊接，焊縫高度10 mm，焊接過程中注意牛腿頂部焊縫質(zhì)量。

3）主梁吊裝焊接施工：使用塔吊吊裝主梁桁架至牛腿上，使用普通螺栓臨時緊固，隨后將封頭板與牛腿鋼板焊接固定。

4）次梁吊裝焊接：次梁檁條吊裝至牛腿上，使用普通螺栓臨時緊固，隨后將封頭板與主梁上部鋼板滿焊牢固。

5）滿鋪木跳板：50 mm×200 mm木跳板滿鋪至檁條上，形成操作面，并使用鋼絲繩捆緊固牢。

6）支撐體系搭設(shè)：操作面鋪設(shè)完成后，在平臺上搭設(shè)外腳手架，之后進(jìn)行平臺內(nèi)部懸空結(jié)構(gòu)的木模板支撐體系施工。

3.3.3 鋼結(jié)構(gòu)吊裝工藝

1）吊裝設(shè)備。吊裝采用單榀桁架整體吊裝方案，桁架吊裝到平臺牛腿位置安裝固定，拼焊完成后按焊縫等級要求進(jìn)行超聲波探傷。

2）吊裝受力分析。垂直支撐、系桿等的吊裝也采用塔吊吊裝，同時配合桁架進(jìn)行吊裝作業(yè)。以吊裝重量最大的垂直支撐（立面桁架）進(jìn)行吊裝，經(jīng)計算最重構(gòu)件為單榀桁架質(zhì)量為1.1 t，吊裝前根據(jù)塔吊機(jī)械說明書及吊裝點(diǎn)位置進(jìn)行分析，核算塔吊起重機(jī)吊裝能力可以滿足要求[5]。

3）吊裝前準(zhǔn)備工作。鋼結(jié)構(gòu)安裝前根據(jù)構(gòu)件明細(xì)表校對進(jìn)場構(gòu)件，檢查質(zhì)量證明單和設(shè)計更改文件，查驗(yàn)收構(gòu)件在運(yùn)輸過程中引起的變形情況，并記錄在案，發(fā)現(xiàn)問題及時進(jìn)行矯正到與規(guī)定一致。

對于鋼牛腿，先查驗(yàn)復(fù)核高低偏差、軸線的位置、豎向的標(biāo)高及水平面的平整度，再彈出十字中心線，進(jìn)行引測標(biāo)高。由于鋼結(jié)構(gòu)安裝的同時，土建施工同步進(jìn)行，鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋與土建安裝均采用統(tǒng)一標(biāo)高體系和相同標(biāo)準(zhǔn)工具，避免標(biāo)高控制錯誤，造成鋼結(jié)構(gòu)安裝位置預(yù)埋偏差。

4）吊裝施工。鋼桁架放到牛腿上先用螺栓臨時固定，調(diào)好平整度與垂直度，焊接固定。吊裝剛性系桿，調(diào)整尺寸準(zhǔn)確后，擰緊螺栓，然后吊裝次梁，次梁與鋼桁架上翼緣板螺栓擰緊，使鋼構(gòu)件牢固不移位，成一個穩(wěn)定的單元。

5）鋼架校正。采用掛線檢查定位后，采用倒鏈方式固定鋼結(jié)構(gòu)單榀桁架，輔助進(jìn)行校正，待桁架完全校正并安裝完所有鋼構(gòu)件后，方可松開倒鏈。

3.4 懸空結(jié)構(gòu)鋼管腳手架支撐體系搭設(shè)

3.4.1 外腳手架搭設(shè)

桁架鋼結(jié)構(gòu)操作平臺北側(cè)外檐搭設(shè)腳手架采用φ48 mm×3.0 mm鋼管，立桿間距按≤1.5 m設(shè)置，架體立桿橫距可按0.9 m設(shè)置，外腳手架內(nèi)側(cè)采用鋼管扣件與屋面高出女兒墻做拉結(jié)固定，保證架體穩(wěn)定性。

外腳手架立桿下部設(shè)置在鋼結(jié)構(gòu)平臺檁條上部連梁工字鋼上部，可采取鋼筋焊接立桿座在鋼筋上固定。

3.4.2 模板支撐體系搭設(shè)

懸空結(jié)構(gòu)下部可采用鋼管扣件腳手架支撐體系，支撐體系立桿及橫桿規(guī)格為φ48 mm×3.0 mm鋼管，架體立桿縱向及橫向間距根據(jù)懸空結(jié)構(gòu)梁板截面尺寸及頂部承受施工荷載受力計算確定，適當(dāng)縮小支撐體系立桿間距，本工程立桿間距按≤0.9 m，支撐體系立桿設(shè)置在鋼結(jié)構(gòu)平臺檁條H型鋼（HN200 mm×100 mm）上部，同外腳手架焊接鋼筋固定。桁架鋼結(jié)構(gòu)安裝完成后表面滿鋪木跳板，防止人員及材料墜落。

4 桁架鋼結(jié)構(gòu)平臺拆卸

懸空結(jié)構(gòu)混凝土澆筑完成后，養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度達(dá)到100%強(qiáng)度后方可進(jìn)行拆模，支撐架體及防護(hù)架拆除后，進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)平臺拆除。桁架鋼結(jié)構(gòu)平臺拆除使用氣焊切割，單元分割后使用塔式起重機(jī)吊裝拆除。

拆除工藝流程：拆除最北側(cè)鋼梁及型鋼檁條→拆除北側(cè)第一榀與第二榀桁架之間的型鋼→拆除北側(cè)第二榀與第三榀桁架之間的型鋼→最終使用吊籃對牛腿進(jìn)行切割拆除。

5 結(jié)語

本文介紹了一種拼裝式桁架鋼結(jié)構(gòu)平臺代替?zhèn)鹘y(tǒng)工字鋼懸挑平臺的作為懸空結(jié)構(gòu)支撐基礎(chǔ)的施工工藝，主要適用于超高空大跨度懸空結(jié)構(gòu)施工，此做法提高了腳手架支撐體系基礎(chǔ)平臺的支撐安全系數(shù)。較傳統(tǒng)懸挑工字鋼相比大大提升了安全性，避免了工字鋼預(yù)埋對結(jié)構(gòu)墻體及樓板破壞造成的滲漏問題，提高了施工生產(chǎn)效率。在本工程超高空大跨度懸空結(jié)構(gòu)施工中，采用拼裝式桁架鋼結(jié)構(gòu)平臺作為懸空結(jié)構(gòu)施工支撐架體的基礎(chǔ)平臺，經(jīng)現(xiàn)場施工檢驗(yàn)安全系數(shù)高，具有一定的社會經(jīng)濟(jì)效益，希望能給以后的類似工程作為參考，對現(xiàn)場工程師能有所幫助。