超大跨度悬挑钢桁架高空安装技术研究

倪新星 马 伟

(江苏省华建建设股份有限公司 广东深圳 518000)

0 引言

近年来，大跨度悬挑结构能提高建筑的美观及功能，在高层建筑中的应用倍受青睐。然而大跨度悬挑结构的应用缺乏关键施工技术与管理经验。黄昕[1]等结合大跨度悬挑钢桁架结构特点与施工难点进行研究，采用临时支撑体系和空中散装结合的安装工艺。尹友成等[2]针对双向悬挑大跨度钢结构连廊的高空悬拼施工，研究分析钢桁架受力模型,钢构件拼装顺序、变形预控、焊缝质量控制。本文研究超大跨度悬挑钢桁架高空安装技术，提高施工工艺、保证施工安全、节约工期。

1 工程概况

兆鑫汇金广场主体工程位于深圳市罗湖区，项目由1栋高度是249.950 m的公建、1栋高度148.250 m住宅及4层裙房商业、5层地下室组成。总建筑面积为19.16万m2。

本工程外立面采用玻璃幕墙，在建筑物东南角、西北角设计将外立面造型设计成独特的双“V”造型，给人一种很强的立面视觉冲突，形成“高山流水”设计意境。该幕墙造型在5层～25层、30层～屋面；采用逐层变化的单片弧形悬挑钢梁(悬挑钢梁长度约2 m～12 m)+钢柱+斜拉杆+水平钢斜撑杆，作为幕墙造型的钢桁架支撑体系。

为凸出外立面 “收、放”的效果，并增加体系的刚度，在建筑东南角、西北角26层～29层采用钢悬挑桁架结构层，如图1所示。

图1 西北角立面图

1.1 钢桁架基本情况

西北角5层至25层幕墙骨架安装，拟拆成“钢挑梁+下部吊柱”的形式，采用散拼吊装法，从下向上逐层安装。最大悬挑钢梁截面尺寸为口500×500×18，长度为11.8 m， 重量为3.3 t；钢柱为□300×150×6，长度为4.5 m，单条重量为0.18 t，临时通道1.0 t，则6层～25层最大挑梁拼装构件整体重为5.0 t，取5.5 t，如图2所示。

图2 西北角幕墙骨架架立面图 图3 东南角幕墙骨架立面图

西北角30层至屋面层幕墙骨架安装拟拆成“钢挑梁+下部吊柱”的形式，采用散拼吊装法从下向上逐层安装。经计算，组合钢构架整体吊装最重约6 t，如图3所示。

西北角26层～29层采用悬挑钢桁架体系，最大悬挑跨度南北向为11.05 m，东西向为16.75 m，悬挑梁分别采用H型钢、方钢，H型钢最大截面为H800×500×36×50，长度为8.7 m，其重量为5 t，最重钢梁为6.6 t，方钢最大梁截面为口600×600×36，最重钢梁为4.02 t。为便于安装，26～27层桁架在吊装前先行组合拼装，局部组合吊装。经计算，最重的组合钢桁架1(GHJ1)重为20.38 t，取21 t，距离1#塔吊的距离23 m,如图2所示。

东南角各层幕墙骨架安装拟采用“钢挑梁+下部吊柱”组合形式，进行散拼吊装从下向上逐层安装。最重钢梁为30层，其规格□500×500×18，长度16.1 m，重量为4.4 t，钢柱为□300×150×6，单条重量为0.18 t，临时通道1.6 t，则东南角29～屋面层最大挑梁拼装结构整体吊量约为7.1 t，如图3所示。

1.2 塔吊性能情况

西北角6层～25层幕墙骨架安装拟拆成“钢挑梁+下部吊柱”的形式，采用散拼吊装法从下向上逐层安装。最大悬挑钢梁截面尺寸为口500×500×18，长度为11.8 m， 重量为3.3 t。钢柱为□300×150×6，长度为4.5 m，单条重量为0.18 t，临时通道1.0 t，则6层～25层最大挑梁拼装构件整体重为5.0 t，取5.5 t。与1#塔吊距离21 m，根据塔吊载荷特性塔吊40 m范围内能吊31 t，能满足吊装要求。

西北角30层至屋面层幕墙骨架安装拟拆成“钢挑梁+下部吊柱”的形式，采用散拼吊装法，从下向上逐层安装，经计算，组合钢构架整体吊装最重约6 t。距离1#塔吊的距离39 m。根据塔吊载荷特性，塔吊40 m范围内能吊31 t，能满足吊装要求，如图4所示。

图4 塔吊立面图

西北角26层～29层，组合钢桁架距1#塔吊的距离为23 m。最重的组合钢桁架1(GHJ1)重为20.38 t，取21 t。根据塔吊载荷特性塔吊40 m范围内能吊31t，能满足吊装要求。

东南角各层幕墙骨架安装，拟采用“钢挑梁+下部吊柱”组合形式，进行散拼吊装，从下向上逐层安装。最重钢梁为30层，其规格□500×500×18，长度16.1 m，重量为4.4 t，钢柱为□300×150×6，单条重量为0.18 t，临时通道1.6 t，则东南角29～屋面层最大挑梁拼装结构整体吊量约为7.1 t。距离1#塔吊45 m。根据塔吊载荷特性，塔吊45 m范围内能吊26.6 t，能满足吊装要求。

2 桁架及钢梁安装

2.1 西北角幕墙骨架安装流程

第1步：采用塔吊3点吊装[3]，手动葫芦调节，使悬挑组合构件支座端(与预埋件连接端)略低的状态，保持倾斜状态。斜向进入柱侧预埋支座，与内侧的限位挡板抵紧，用螺栓临时固定。悬挑组合构件上，表面焊接连接板(10×100×100)，用钢丝绳(直径16 mm)在连接板上，与上一层结构预埋件斜拉临时固定。

第2步：塔吊松勾，用水平拉索、顶撑(或柱脚)调节悬挑梁水平位置。柱侧预埋支座端设拉顶机构，调节钢梁沿梁长方向的位置。放松斜拉索，调节悬挑梁水平度，临时固定立柱下脚，焊接固定悬挑梁支座，焊接固定立柱下脚。解除临时斜拉索，如图5所示。

图5 西北角幕墙骨架安装立面图

2.2 西北角25层～29层安装流程

图6为25层～29层安装立面图，图7为临时缀连杆示意图，西北角25层～29层安装流程：

图6 25层～29层安装立面图

图7 临时缀连杆示意图

第1步：安装25层幕墙骨架；

第2步：安装26层～27层“八”字架斜撑GHJ2；

第3步：安装26层～27层“十”字斜撑GHJ1，钢柱在GHJ1里面；

第4步：安装26层次梁；

第5步：铺次梁上部分的楼承板作为操作平台；

第6步：安装26层1A-1～1A-2×1A-C～D轴主次钢梁；

第7步：安装26层1A-1～1A-2×1A-C～D轴外侧弧形主次钢梁；

第8步：安装27层1A-1～1A-2×1A-C～D轴次钢梁和27层钢柱；

第9步：安装27层斜主次钢梁;

第10步：安装29层1A-2～1A-3×1A-C～D轴钢梁;

第11步：安装29层1A-1～1A-2×1A-C～D轴钢梁。

详细介绍西北角25～29层钢桁架及钢梁安装流程中的施工工艺。

第1步：在4层楼面作为操作平台，通过计算得出吊点，采用3点吊装方式，手动葫芦调节，使25层悬挑钢梁(与预埋件连接端)略低的状态，保持倾斜状态。将钢梁吊装到楼层位置时，通过水平激光仪控制好垂直度和高度，在端部利用临时吊笼，将悬挑钢梁与预埋件焊接在一起。待25层钢梁安装完毕后，采用M12钢丝绳间距@200 mm纵横布置，上方铺满挂安全兜底网，作为安全防护，不上人。

第2步：安装26层～27层中间1A-2×1A-C～D轴八字悬挑钢桁架梁片体GHJ2。GHJ2距离塔吊的距离为23 m，塔吊两倍率40 m范围内，性能为32 t，4倍率25 m为吊装性能48 t，满足吊装要求。

与八字撑钢柱相连的附近，也应增加临时缀连杆。缀连杆采用材质为Q235B，规格为20#工字钢。悬挑钢桁架内侧设置悬挑临时平台，采用L75×5间距为500 mm，焊接在桁架上。上方铺2 mm厚压型钢板。焊死在桁架上。作为临时走道板。在桁架上设置生命绳。在端部利用临时吊笼，将悬挑钢桁架与预埋件焊接在一起。

第3步：安装26～27层中间1A-2×1A-C～D轴钢桁架(GHJ1)，GHJ1里面含有竖向钢柱，钢柱分段吊装。GHJ1中心距离塔吊的距离为17 m，塔吊两倍率40 m范围内性能为32 t，4倍率25 m吊装性能为48 t，满足吊装要求。因为与八字撑相连的钢柱已经安装完成，十字撑除与混凝土柱相连的部位附近加临时缀连杆，与八字撑钢柱相连的附近也应增加临时缀连杆。在外侧，利用北侧1A-D轴钢桁架梁片体作为临时平台及操作平台。临时平台采用L75×5间距为500 mm，焊接在桁架上，上方铺2 mm厚压型钢板，焊死在桁架上。作为临时走道板。在混凝土柱边利用简易操作吊笼，将悬挑钢桁架与预埋件焊接在一起。

第4步:安装1A-2～1A-3×1A-C～D轴钢次梁，利用北侧1A-2×1A-C～D轴钢桁架梁片体临时通道及在26层端部挂吊笼作为操作平台。

第5步:铺设1A-2～1A-3×1A-C～D轴楼承板[4]。

第6/7步：安装1A-1～1A-2×1A-C～D轴钢梁，利用中间1A-2×1A-C～D轴钢桁架梁片体临时通道及在26层端部挂吊笼操作平台。

第8步：安装27层1A-2～1A-3×1A-C～D轴钢次梁。

第9步：安装27层1A-1～1A-2×1A-C～D轴钢梁。

第10步：安装27层1A-2～1A-3×1A-C～D轴钢梁。

第11步：安装27层1A-2～1A-3×1A-C～D轴钢梁。

2.3 东南角幕墙骨架安装流程

第1步：采用塔吊3点吊装，手动葫芦调节，使悬挑组合构件支座端(与预埋件连接端)略低的状态，保持倾斜。斜向进入柱侧预埋支座，与内侧的限位挡板抵紧，用螺栓临时固定。悬挑组合构件上表面焊接连接板(10×100×100)，用钢丝绳(直径16 mm)在连接板上，与上一层结构预埋件斜拉临时固定。

第2步：塔吊松勾，用水平拉索、顶撑(或柱脚)调节悬挑梁水平位置。柱侧预埋支座端设拉顶机构，调节钢梁沿梁长方向的位置。放松斜拉索，调节悬挑梁水平度，临时固定立柱下脚，焊接固定悬挑梁支座，焊接固定立柱下脚。解除临时斜拉索，如图8所示。

图8 现场安装图

2.4 操作要点

(1)变形控制：由于25层悬挑钢梁跨度大，在自重状态下，悬挑端部会发生28.7 mm的下挠变形。因此，采取钢梁端部预先起拱35 mm，并在26层预埋件斜拉钢丝绳，拉25层钢梁，减少25层钢梁下挠。当26层～27层钢梁安装完毕，将钢丝绳或者钢板条直接竖向挂在26层钢梁上，拉25层钢梁。

(2)定位控制：吊装到楼层位置时，保持水平和竖向位置，保持与柱子相连的端部略低10 mm，安装就位，调节方法如下：

①定位连接 利用连接板进行定位，在连接板上采用高强螺栓(M20)临时固定，连接板的厚度为12 mm×150 mm×200 mm。

②控制网竖向传递与复核 在楼层位置设置竖向控制点，确保控制网竖向传递累计误差受控。

③构件平整度及标高控制 利用斜拉钢丝绳挂手动葫芦上下调节，用水平激光仪或者水平仪控制水平度。

④左右偏差的控制 在钢梁上设置控制点(一条线在端部500 mm，另外一条根据现场情况设置)，用两台经纬仪或者水平激光仪投影到控制点上。利用水平连杆调节偏差，连杆和钢梁相连接，在连杆上加装液顶调节左右偏差。也可以通过塔吊向外摆动，内侧用手动葫芦向内调节。在钢梁上设置控制线到梁端部为500 mm(与埋件件连接的一端)[5]。

3 安全保障措施

3.1 安全防护平台

在26层～29层施工前，在25层做安全防护平台，在外围悬挑圆弧梁上，焊压环采用M12钢丝绳间距@200 mm纵横布置，上方铺满挂安全兜底网，作为安全防护，不上人，如图9所示。

图9 安全兜网

3.2 临时通道

在钢梁旁边做通道，方便工人操作，通道为永久性通道，通道外侧用安装栏杆和生命绳，工人安全挂在安全绳上，栏杆的尺寸为直径48×2.5，楼面厚度为3 mm后的花纹钢板，如图10所示。

图10 现场临时通道

3.3 自制操作平台(简易吊篮)

在钢梁与预埋件连接处没有柱子时，采用挂吊篮型式，楼面处采用吊篮，在楼面制作预埋螺杆4M16 2×2个，吊篮挂在螺杆上，螺母固定好吊篮，吊篮作为临时操作平台,用钢丝绳在拉吊篮加固。工人安全带挂在楼面结构上，如图11所示。

图11 吊篮

4 结语

兆鑫汇金广场主体工程在26～29层的悬挑钢桁架施工过程中，采取利用已完成的钢梁铺设楼承板继续向外施工。为保证施工安全性，采取底部做软质钢丝绳防护、钢梁旁增加临时走道板、自制吊篮等措施，既保证安全又操作方便、节约工期，为今后类似的工程提供借鉴。