大跨度超重钢桁架的高空散装施工技术

中建三局集团有限公司 北京 100097

1 工程概况

1.1 总体介绍

华为环保园数据通信研发中心工程位于北京市海淀区中关村环保科技示范园内，是华为投资控股有限公司在京最主要的数据通信中心，建成后将成为中关村环保科技示范园标志性建筑。工程由3 栋科技厂房（Q5、Q6、Q7）、1 栋食堂共4 个单体组成，科技厂房设计新颖、食堂造型独特，施工质量要求高。本工程地下2 层、地上4 层，总建筑面积148 075 m2，建筑高度22.49 m。

1.2 钢结构施工概况

本工程主要有Q5、Q6、Q7共3 个独立厂房，每栋厂房在3～4层各设有2 个钢结构连廊，每个连廊都由8 根钢骨柱、2 榀空腹钢桁架及桁架间钢梁组成。本工程钢结构主要工程内容包括：钢骨柱、钢骨梁、空腹钢桁架、钢梁等钢构件的加工制作及安装。主体钢结构钢柱为十字形钢柱和H形钢柱，从地下1层楼板标高（-5.0 m）至4层顶标高（19.56 m）。3层、4层空腹钢桁架的上下弦杆和腹杆均为箱形构件，钢桁架轴线净长27.7 m，2 榀钢桁架之间用焊接H型钢梁连接。

2 钢结构工程量

该钢结构工程主要分为科技厂房1（Q5）、科技厂房2（Q6）、科技厂房3（Q7）、1#警卫室、钢梯及埋件等。科技厂房和警卫室钢结构总质量约为2 730 t，科技厂房各零部件质量见表1。

表1 科技厂房结构工程量（Q5、Q6、Q7共3 个厂房）

3 构件分段及垂直运输机械的选择

本工程钢结构吊装可分为4 部分：-1～4层钢骨柱、3～4层顶钢骨梁、3～4层顶空腹钢桁架（每榀桁架均由箱形柱与箱形梁焊接成）、3～4层顶钢梁。

根据现场条件，吊装利用现场已有的塔吊吊装钢构件。塔吊的布置已由总包单位统筹考虑，在确保满足钢结构及土建专业的施工要求时，利用结构孔洞布置塔吊，避免结构预留洞口。

出于安全考虑，施工中+9.90 m标高以下的满堂钢管脚手支撑，必须在3 层全部构件（梁柱板）施工完毕并达到强度后，方可拆除。空腹桁架柱安装时，必须利用满堂脚手架进行箱形梁分段拼接，脚手架的搭设必须满足钢结构施工要求。根据总包现场布置的6 台塔吊吊装参数，对该工程钢构件进行合理分段后，充分利用现场塔吊吊装钢构件。因受塔吊起重能力的限制，桁架梁吊装时，基坑肥槽须回填完成，并具备构件运输车进车条件，否则塔吊无法满足桁架吊装要求[1-3]。

4 满堂脚手架支撑

本工程共涉及钢结构桁架支撑体系6 处。钢连廊分布如图1所示。

图1 钢连廊分布

4.1 方案设计

4.1.1 支撑架设计

本工程6 处钢结构连廊采用碗扣式钢管脚手架支撑，每个连廊设置8 个支撑点，支撑架采用扣件式钢管脚手架与碗扣式钢管脚手架混合搭设，立杆为碗扣式脚手架，横杆为钢管，其立杆横向间距300 mm，纵向间距300 mm，步距1 500 mm，主次龙骨均为100 mm×100 mm木方，木方间距300 mm。支撑点2 个方向立杆均为7 根，搭设成内部立杆间距为300 mm的1.8 m×1.8 m钢结构桁架支撑点，如图2、图3所示。

图2 钢连廊处满堂承重脚手架搭设立面

图3 钢连廊处满堂承重脚手架搭设平面

4.1.2 稳定性验算

为使钢结构桁架支撑架整体均匀受力，在支撑架顶部铺设2 000 mm×2 000 mm×20 mm钢板，计算过程中，将钢结构荷载等效为混凝土梁进行计算。计算模型为混凝土梁，梁尺寸b×h=1.8 m×4 m。由计算公式N=b×h×l×25，得知N=32.4 t。

单个钢结构桁架总计228 t（不含次梁，次梁在全部主梁安装完毕后进行安装），单个支撑点承受轴力为28.5 t，考虑施工活荷载0.5 t，共计单个支撑点总荷载29 t，故等效为1.8 m×4 m混凝土梁计算出的钢结构桁架支撑架满足施工需求。

为保证单个钢桁架内8 个支撑点稳定，在8 个支撑点之间搭设满堂脚手架，使8 个支撑点及之间架体连为一个整体，确保不发生倾覆。支撑点之间架体采用碗扣式搭设，其立杆横向间距1 200 mm，纵向间距1 200 mm，步距1 500 mm。

在支撑体系外侧多设置1 个立杆，距离支撑体系1 200 mm，用于安全防护及作业人员通信，此范围内铺设脚手板，并在四周张挂密目安全网。

4.2 安装要点及注意事项

本工程中每个厂房各由4 榀钢桁架组成2 个连廊，每榀钢桁架弦杆均为3 根钢箱梁（截面600 mm×900 mm×40 mm×40 mm，长度27.7 m），腹杆均为8 根箱型柱（截面500 mm×700 mm×40 mm×40 mm，长度3.9 m）。根据起重能力，钢箱梁分为3 段，每段长9.3 m，重约8.7 t。

4.2.1 安装要点

3层空腹钢桁架安装分成2 个步骤来进行，桁架弦杆（钢箱梁）按照钢梁的吊装方法，桁架腹杆（钢箱柱）按照钢柱的吊装方法。由于单件钢箱梁质量较大，塔吊无法满足吊装要求，因此分3 段制作，运输至现场后，现场拼接。钢箱梁应在设计拱值的基础上按施工规范要求留施工起拱值。

1）3层空腹钢桁架的钢箱梁安装。在搭好的满堂脚手架上、钢箱梁底部装置脚手架可调顶托，先将两侧分段钢箱梁吊装就位，调节可调顶托将钢箱梁降至设计标高，再吊装中间段就位，调节可调顶托将中间段钢箱梁调至设计标高，然后整体检查钢箱梁位置，在钢箱梁标高、水平度、轴线位置符合设计要求后，最后进行钢箱梁对接焊。

2）4层及4层顶空腹钢桁架的钢箱梁安装。先进行钢桁架腹杆（钢箱柱）的吊装，钢箱柱就位后检查无误，进行根部焊接，再按以上步骤进行钢桁架弦杆吊装，钢箱梁吊装段直接置于钢箱柱顶部，做好临时固定，待3 段钢箱梁全部就位且经检查无误，最后进行现场对接焊。

3）桁架安装完成后的卸载。钢桁架全部安装完成并经验收合格后，开始准备钢桁架的卸载。桁架卸载前，先对桁架起拱度进行复核，并详细记录；卸载过程中，用水准仪对起拱度进行跟踪测量。桁架卸载需安排8 人，在8 个支点处同时操作砂箱卸载，边卸载边观察桁架下沉情况，并同步详细记录。直至砂箱上顶面完全脱离桁架接触面，起拱值符合要求后，卸载成功，完成钢桁架的安装。

4.2.2 注意事项

1）满堂承重脚手架在使用过程中，因受重压，会发生适当下沉，合理预留下沉值以及合理安排钢梁焊接和上层构件的安装时间能有效避免起拱度的偏差，使卸载后安装精度满足设计及规范要求。

2）为避免卸载过程中，钢桁架各杆件受力的状态与设计要求不一致，8 个支撑点需同步进行卸载，并持续观察桁架位移变化，直至卸载结束。

3）安全防护：在桁架的东西两侧，距离桁架最外侧钢梁0.5 m处，搭设围护脚手架，并铺设跳板，围护脚手架需与满堂结构主体连接，围护脚手架上顶标高超出所在楼层钢梁上表面1.2 m，最高不超过1.5 m，外围满挂密目网。围护脚手架的高度随着钢桁架的安装同步搭设。

5 结语

通过采用搭设满堂脚手架进行高空散装的施工方法，有效利用现场塔吊进行钢桁架的安装，确保了施工按照总包的工期要求，圆满地完成了钢桁架的吊装，并避免了使用大型汽车吊增加的高额机械费[4-6]。同时，通过该项目的有效实施，我们也积累了在现有垂直运输机械起重能力不足的情况下，大跨度钢桁架高空散装的施工经验，了解了安装过程中如何克服支墩下沉造成的起拱值损失的预防措施，可为类似工程提供一定的参考价值。