高空屋面桁架安装塔吊标准节支撑体系

徐建成

摘要：文章所述工法采用塔吊标准节支撑体系进行大跨度屋面钢桁架安装，地面组装、高空分段拼装、高空散拼相结合的方法对大型钢桁架屋顶钢结构进行拼装施工。采用塔吊标准节支撑，构件安装施工前，先对建筑物的结构进行分析，对建筑物周围的场地大小，现场塔吊的吊装能力等进行了解，拼装完成后拆除临时支撑、塔吊，钢结构安装完成。

关键词：高空屋面；桁架安装；塔吊标准节支撑体系；建筑物；吊装能力 文献标识码：A

中图分类号：TU323 文章编号：1009-2374（2016）30-0121-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.30.059

1 成功应用项目简介

湖南省博物馆改扩建（二期）工程是国家首批一级博物馆、中央和地方共建的8个国家级重点博物馆之一，并被列为“十二五”期间湖南省重点文化建设项目，总用地面积51000m2，总建筑面积84425m2（地上部分31857m2，地下部分52568m2）；屋顶钢结构为由平面桁架组成的空间屋架体系，呈钻石状，西面最宽75.6m，东面宽25.2m，长138.6m；中间是报告厅，最大单榀桁架重152吨，高18m，最大跨度50.4m，共有16榀主桁架。

2 工法特点

本工法主要采用塔吊标准节支撑体系进行大跨度屋面钢桁架安装，塔吊标准节支撑体系安装快速、支撑强度高、安全稳定，同时可作为人员上下的安全通道、操作平台。传统的施工方法是搭设满堂钢管脚手架，作为大空间结构安装的支撑与操作平台搭设量大、刚度强度低、搭拆时间长、费用高。相对而言，本工法有如下优点：（1）工期上能节省约60天；（2）由于采用刚度强度高的塔吊标准节，变形小，调节方便，有利于安装质量的控制；（3）人工使用量减少到50%，高空作业的人员和作业时长都大幅度减少，有利于安全管理与控制；（4）措施费能降低约80%，解决了大跨度结构散装过程中的支撑问题，并能节省施工场地，用于堆放构件、地面小单元组装。

3 适用范围

本工法适用于大跨度空间钢桁架结构，施工场地狭小，大型机械设备无法使用，现场塔吊吊装能力不大的项目。能安全、快速、可靠地解决此类项目在安装过程中的支撑、安全通道、操作平台等问题。

4 工艺原理

原有结构加固→塔吊标准节基础结构搭设→塔吊标准节（格构柱）安装→刚性转换层→支撑横梁悬空结构→桁架分段吊装→整体卸载→沉降变形观测→支撑拆除→完成钢结构安装。

5 工艺流程和操作要点

第一，原有结构加固（采用扣件式钢管脚手对下部混凝土结构进行加固）：根据屋面桁架对接节点及自重等因数设置支撑点，对每个支撑点需进行支座反力计算，充分考虑各种不利工况，对原有结构进行验算，若原有结构承载力不够，必须进行加固处理。本工序要点：（1）设置支撑点合理，根据桁架的特点及方便现场拼接设置节点；（2）根据分段节点，计算分段后每个节点荷载，选择相应标准节规格，再根据支撑点楼板承载力，采取相应加固措施，并验算是否合理。

第二，塔吊标准节基础结构[将荷载扩散至基础底面的作用：基础设置钢梁，使传力更合理，采用基础预埋或植化学锚栓的方式进行有效连接，将底部塔吊标准节连接可靠，防止格构柱（若干节塔吊标准节）底部受弯矩而倾覆]。本工序要点：（1）标准节与楼板间荷载传递必须为均布荷载（如钢梁、钢板等）；（2）标节与钢梁间、钢梁与楼板间、钢梁与钢梁间均要有可靠而有效的连接措施。

第三，格构柱拼装（若干节塔吊标准节）借助施工现场的塔吊，将塔吊标准节用配套高强螺栓进行连接。

本工序要点：（1）标准节安装高度提前进行计算；（2）标节安装完毕后及时安装缆风绳，如果标节数量较多或标节承受荷载较大，则标节与标节之间需采用刚性连接，形成一个整体；（3）在安装过程中，使用经纬仪控制标节垂直度，垂直度控制在1/1500不大于3cm；（4）安装完成后进行验收，检查包括标节垂直度、标节间螺栓紧固度、各连接节点、缆风绳连接点和拉力情况、刚性支撑连接点等，确定其是否满足要求。

第四，刚性转换层安装，刚性转换层采用型钢、钢板焊接成口字、工字，塔吊标准节组成的格构柱顶部设置刚型转换层，将上部的荷载均匀传递到标节支撑上。转换层主要作用为均匀传递荷载、调节标高、定位、防止构件直接接触标节而破坏标节支撑。

本工序要点：（1）提前测量标准节标高，计算出转换层标高；（2）转换层制作要精确，各个对接节点均为全熔透满焊；（3）定位板位置要精确，若有起拱要提前考虑；（4）转换层与标准节支撑采用螺栓连接，螺栓孔大小及位置制作要精确。

图3为转换层安装图：

第五，支撑横梁安装，支撑横梁主要为了满足标节支撑之间的整体性，在支撑高度较高（大于12m）、荷载较大（大于标节自身承载力一半）时需设置横梁支撑。本工序要点：（1）支撑横梁为刚性支撑，横梁与标准节连接点要可靠有效；（2）横梁的大小符合设计要求，根据现场情况，若需要变换，需要重新验算。

第六，桁架分段吊装，桁架吊装按照标节支撑点分段进行，安装时基本顺序为：（1）先拼主桁架，主桁架间连接为整体后安装其他桁架；（2）安装区域进行拼装，每品桁架安装完成后需校正焊接后，再进行下一品安装；（3）每品安装顺序为先下弦安装→立杆安装→上弦安装→腹杆安装；（4）各个桁架间安装按一个方向进行，相邻桁架安装完后及时安装之间的次桁架，形成一个整体。

本工序要点：（1）按照安装顺序安装；（2）安装前安全措施完善，包括施工面提前布置安全网、安装构件生命线提前安装；（3）现场技术人员指导，安全人员全程监督。

第七，整体卸载，整体卸载在桁架安装焊接完成之后进行。卸载的原则：（1）卸载方向宜由中心向四周均匀对称扩散，中间向两边卸载；（2）卸载应该分若干次进行，具体卸载次数根据实际面积、重量、跨度而定；（3）卸载前应对关键部位（受力较大部位）进行无损探伤，在焊缝合格的前提下卸载，卸载前根据施工经验或查询专业资料，预判沉降量，根据预判沉降量确定卸载次数，宜每次卸载10～20mm；（4）卸载遵循一听二看，每个卸载点均配备技术人员，通讯仪器配备齐全，听是否有异常响声，在出现异常声音后立即停止卸载，排除隐患后继续进行；（5）每次整体卸载完成后，观察24小时下挠稳定后，进行下一次整体卸载；（6）超大型钢结构整体卸载宜采用机械千斤顶整体卸载，卸载量的误差控制在10mm以内。

第八，沉降变形观测，在整体卸载完毕后，对卸载后结构各个观测点进行各变形数据收集，比较预期值差，变形值是否符合规范要求。

第九，支撑拆除，整体卸载完成观测结构稳定后，方可拆除支撑架。

6 材料与设备

工程建设工法所使用的主要材料塔吊标准节、化学锚栓、配套型材。

7 质量控制

（1）构件进场验收质量控制，钢结构产品运抵至安装工地后按有关质量标准进行产品的验收；（2）桁架拼装及安装的技术指标和允许偏差应符合相关国家及行业标准的规定。

8 安全措施

（1）塔吊标准节各支撑点受力计算时，充分考虑各种不利工况，选择合适的塔吊标准节，对原有结构的承载力进行分析，编制详细的结构加固方案，塔吊标准节支撑搭设方案；（2）工程开工前，向施工人员认真进行安全技术措施的交底；（3）对搭设完成的标准节支撑体系进行验收，合格后方能投入使用（重点检查验收加固点位置、支撑的垂直度、螺栓连接、转换层标高等内容）；（4）吊装区域及周边设安全警示围挡封闭，并配置醒目的安全标志，非作业人员禁止入内，出入口由专人值守；（5）屋面主结构整体安装完成，按照方案进行卸载、变形观测、拆除支撑体系。

9 效益分析

在单榀桁架重量较大、高度大的情况下，既有塔吊无法满足其安装，同时地面拼装场地狭小，对于跨度较大的单榀桁架地面拼装困难，此时采用分段吊装和局部散拼相结合的方法，节省工程开支。

接下来以湖南省博物馆钢结构安装项目为例，与传统满堂脚手架安装方法对比各项费用情况。

从以上对比分析可以明显看出本功法的优势在于工期缩短一半，费用节约50%。与之相比，传统满堂脚手架安装方法耗时、耗工，在承重大、高度高的情况下既不经济，也不实用。

10 结语

在湖南省博物馆屋顶复杂桁架安装施工中成功应用，支撑安全、方便快捷，施工周期短，施工过程中架体没有出现大幅变形、倾覆等事故，安全可靠，具有良好的经济、社会效益。