多层吊挂钢结构施工技术

中建钢构有限公司华东大区 靖江 214532

1 工程概况

某项目商业楼为纯钢框架结构体系，受地铁站房的影响，部分结构采用不落地形式，钢柱由3层楼面开始，设置2道立面大斜撑，使体系形成吊挂（图1）。钢斜撑由5层起，至8层结束，对称设置，保证结构体系受力的均衡。吊挂体系总质量约为530 t。

图1 多层吊挂钢结构示意

常规吊挂结构施工采用型钢或胎架作为施工临时措施，支撑上部荷载，待结构体系施工完成后，进行卸载拆除。根据工程实际情况，吊挂结构下方为地铁站房，允许施工荷载仅20 kN，无法满足支撑设置要求。因此，必须采用新的施工工艺解决多层吊挂结构施工难题（图2）。

图2 多层吊挂钢结构平面布置

2 施工重难点分析

2.1 拼装精度控制

吊挂结构钢柱由3层起，首节钢柱长2 520 mm，钢梁长9 m，考虑施工的安全性，减少高空施工作业量，将首节钢柱和悬挑钢梁拼装为一体，整体吊装，拼装完成后总质量约为7.50 t。钢柱和钢梁的拼接精度控制尤为重要，对后续框架梁和次梁的安装影响较大，且需要满足幕墙对结构精度的要求。在拼装时，需考虑结构起拱要求。

2.2 施工方法选择

由于不具备设置竖向临时支撑结构的条件，由施工工艺方面着手，采用刚性拉杆斜拉的方式进行施工。施工方法的选择对工期、质量、安全有着至关重要的影响。

2.3 临时结构体系与永久结构体系转换

吊挂结构施工完成后，需进行受力体系的转换，由临时结构体系转换为永久结构体系受力，达到设计使用状态，同时，保证结构施工精度，达到设计要求。在结构体系转换过程中，卸载顺序、方法及变形监测对结构安全非常关键[1-4]。

3 施工方法确定

3.1 多层吊挂钢结构施工思路

将主体结构分为吊挂区和框架区，框架区为常规柱梁结构体系，吊挂区为多层吊挂结构体系。吊挂结构立面设置2道大斜撑，将吊挂结构与框架结构连接为一体。根据结构体系特点，框架区施工可领先吊挂区1层。

主体框架施工至4层时，开始3层吊挂钢结构的施工。将首节短柱与钢梁在地面组装为一体，焊接完成后，整体吊装。在钢梁1/3处焊接吊耳，就位时拉设施工倒链，校正完成后，及时进行框架梁安装，框架体系形成后，安装斜向刚性拉杆，拆除施工倒链，安装次梁，并铺设楼承板。

吊挂结构安装至8层时，大斜撑体系形成，由上至下逐层拆除临时措施，将临时结构体系转换为永久结构体系。

施工过程中，由于此区域结构尚未完全达到设计使用状态，为防止卸载混凝土楼面产生裂缝，卸载前此区域混凝土暂不能浇筑。待吊挂结构施工至8层，斜撑安装完成，由上至下逐层卸载，完成吊挂体系的施工，而后浇筑楼面混凝土。

3.2 多层吊挂钢结构施工模拟分析

多层吊挂钢结构施工前，采用虚拟仿真技术，利用高契合度有限元软件Midas对施工过程进行施工模拟，对各施工段工况进行分析。

有限元软件施工模拟过程中，荷载取结构自重的1.5倍。在结构临时刚性支撑安装前，吊挂结构施工层各构件间均按照铰接节点考虑，当施工层施工完成后，结构为刚接节点的部分按照刚接节点进行施工模拟分析。

任取一施工阶段，对多层吊挂钢结构施工模拟分析进行说明。施工模拟过程中，主要控制点为吊挂结构的变形、吊挂结构的应力以及临时刚性斜撑的内力（图3）。

通过分析，施工模拟过程结构最大应力为43.30 MPa，结构应力小于构件强度，施工过程满足安全需求。

施工模拟过程结构最大位形为23 mm。根据施工模拟结果，对吊挂结构进行预起拱，控制结构位形[5-6]。

图3 施工模拟分析模型

施工模拟过程中，刚性斜撑最大内力为56.50 kN。

通过有限元软件的施工模拟，对施工方案进行优化，选择经济合理的施工措施，避免施工过程中可能出现的安全、质量问题，保证吊挂钢结构施工的顺利进行。根据吊挂结构施工过程的有限元软件模拟，对吊挂结构吊柱标高进行预抬高。多层吊挂钢结构标高预调值如表1所示。

表1 多层吊挂钢结构标高预调值

刚性斜拉杆的长度根据理论计算长度加上预调值进行确定。根据计算，φ219 mm×10 mm圆管满足要求。

3.3 多层吊挂钢结构施工流程

第1步，4层钢框架施工完成后，吊装钢梁，用施工倒链临时固定。

第2步，安装刚性斜拉杆。

第3步，单层吊挂结构施工完成后，拆除施工倒链。

第4步，依次完成4、5层吊挂结构安装后，进行第1节斜撑安装。

第5步，完成6层结构楼面后，进行第2节斜撑安装。

斜撑施工完成后，拆除临时支撑，依次完成各层吊挂结构施工。

4 多层吊挂结构施工组织

4.1 施工措施选择

多层吊挂钢结构施工过程中，采用刚性斜撑与施工倒链相结合的施工措施。施工倒链通过焊接吊耳与悬挑钢梁进行连接，如图4所示。临时刚性斜撑端部通过全熔透焊缝与吊挂钢结构与框架区钢柱连接。

吊挂结构施工过程中，使用施工倒链对吊挂结构进行坐标标高的调整控制，在吊挂结构位形调整到位后，采用刚性斜撑进行临时固定[7-9]。

4.2 多层吊挂结构施工安全防护措施

吊挂钢结构施工过程中，在吊挂柱端设置钢爬梯与防坠器，钢柱焊接设置焊接操作平台（图5、图6）。

图4 施工倒链吊耳示意

图5 多层吊挂结构施工安防示意

图6 多层吊挂结构焊接操作平台

5 多层吊挂钢结构施工控制

5.1 多层吊挂钢结构测量精度控制

5.1.1 多层吊挂钢结构施工测量控制要点

多层吊挂结构施工精度控制主要包括以下内容：

1）吊挂结构悬挑主梁端部水平坐标与标高；

2）结构边线平面坐标；

3）吊挂结构钢柱的水平坐标与标高。

5.1.2 施工过程构件位置及变形监测

吊挂钢结构施工过程中，定期对吊挂结构进行位形监测，以确保施工质量。

5.2 卸载变形监测

多层吊挂钢结构斜撑施工完成后，拆除临时刚性支撑。主要进行多层吊挂结构端部标高的变形监测。沿吊挂结构边界线设置监控点，每天定时进行变形监测。避免悬挑吊挂结构在自重作用下下挠超出结构设计要求。

根据监测数据，卸载完成后，结构最终端部变形值为2 mm，标高较理论值高3 mm，满足规范要求[10-12]。

6 结语

本多层吊挂钢结构施工技术，为吊挂钢结构施工提供了借鉴，为特殊悬挑钢结构的施工提供施工方法。同时为解决现场施工难点，提出了基本的解决思路。本施工技术主要创新点主要包括以下4点。

1）优化施工工艺，为现场施工提供便利，节约了工期，施工安全性有保障。

2）选择可循环使用的措施，做到经济合理。采用刚性型钢斜撑与施工倒链相结合的施工措施，充分利用2种器械的优点，保证了吊挂结构的施工质量，降低了施工成本。

3）利用模拟仿真技术对施工方案进行分析，确定施工方案的可行性与经济性。

4）探索特殊悬挑吊挂结构的施工方法。