大跨度钢架连廊拼装技术的施工应用

焦国民，沙峰峰，朱伟明，彭 平，蒯力春

（1.江苏省建筑工程集团第二工程有限公司，江苏 苏州 215000；2.苏州环秀湖旅游发展有限公司，江苏 苏州 215000；3.江苏省建筑工程集团有限公司，江苏 南京 210000）

0 引言

随着高层建筑工程技术的发展，为追求建筑外立面效果和满足使用功能的要求，越来越多的高层建筑带有大跨度连廊。钢结构连廊具有较大的跨度、高度、重量，施工难度较大。在确保大跨度钢架连廊施工质量、安全等前提下，选择较好的施工方法，提高经济效益非常重要。钢结构的施工方法很多，每种施工方法均有其优点和不足之处。具体施工方法可分为分条（分块）吊装法、整体顶升法、整体吊装法、高空滑移法、逆作安装法、整体提升法、悬臂安装法、原位整体拼装法等［1-3］。传统空中连廊结构形式采用钢结构，自重大且提升高度高；传统施工方法采用分件高空散装焊接成型，增加施工难度，增大风险系数［4，5］。如何降低高空安装的施工难度，降低施工风险是亟需解决的课题，因此，本文根据以往的工程施工经验总结出大跨度钢连廊结构现场采用原位、错位地面拼装的施工技术，并运用于实际工程中。

1 工程概况

苏州阳澄湖景区配套酒店项目位于苏州市相城区相融路西侧，背靠环秀湖，地理位置优越。整个项目的钢结构部分主要为：地下及地上混凝土柱中钢劲性柱、大小宴会厅钢结构、A/B 楼之间的空中廊桥钢结构、报告厅钢结构、主入口门厅钢结构、A 楼、B 楼、宴会厅等入口雨棚钢结构、其他零星钢结构（冷却塔钢平台、钢楼梯等）。其中，大跨度钢架连廊：宽度为 22 m，跨度 81 m；其底部标高+79.7 m，顶部标高+94.75 m；桁架结构由 4 榀主桁架及次连系结构组成，自身高度 16.18 m。提升重量 2 600 t，如图 1、图 2 所示。

图1 苏州阳澄湖景区配套酒店项目效果图

图2 大跨度钢架连廊三维图

考虑到该钢连廊结构杆件自重大，横向及纵向跨度较大、杆件众多，若采用分件高空散装，不但高空组装、焊接工作量巨大，而且存在较大的安全、质量风险。因此，本文采用将钢连廊散件在地面胎架上现场原位、错位拼装成整体［6，7］。

2 工程项目施工难点

1）大跨度钢架连廊由于跨度大，钢结构主构件均为桁架形式，受运输重量限制，需现场进行二次拼装；

2）大跨度钢架连廊的主体安装区域的中心到结构的边缘距离远，高度较高，限制了安装的吊装工艺，故采取现场原位、错位地面拼装；

3）大跨度钢架连廊有 24 个主要受力点，每个受力点要保持一致受力，对每个牛腿的标高与水平精准度的控制，是本工程的难点之一。

3 大跨度钢架连廊的拼装及验算

3.1 大跨度钢架连廊拼装

钢廊桥为 A、B 楼之间钢桁架廊桥结构，钢桁架廊桥顶标高 94.75 m，底标高 79.7 m，高度为 16.18 m，长度为 81 m，宽度为 22 m。本结构由 4 榀主钢桁架与箱型梁及 H 型钢梁组成，总重约 2 600 t。由于单根主构件较重，分段现场组拼无法运输，故采取单根构件进场，利用 200 t 履带吊现场组拼。大跨度钢架连廊拼装的施工工艺流程如下所述。

1）在 4 根加固梁双拼工字钢 500×158×12×20 上方安装 10 根辅助廊桥结构的搁置梁 HN700×300×13×24，位置根据主梁分段位置确定，便于 79.7 m 面主梁、次梁拼装；

2）在搁置梁上进行拼装，先安装 79.7 m 面的主梁，再安装次梁。拼装需在原位的基础上向右偏移 1.5 m 进行，特别是主梁两端的底平面必须在同一水平标高位置，确保提升就位与支座的紧密配合；

3）在搁置梁 HN700×300×13×24 上安装辅助胎架，主要为了辅助中间两榀桁架梁的安装，其水平顶高度必须与两侧桁架梁底标高一致。二层胎架必须要保证自身结构的稳定性，连接胎架之间的斜撑和连系梁；

4）在主横梁上安装立柱（主桁架梁下方的吊挂柱），立柱需定位准确，左右前后垂直偏差在规范允许范围内；

5）安装二层梁实际为 87.75 m 标高的主次梁，先拼装主梁再拼装次梁，必须保证 4 根主梁的两端下部在同一水平标高，同时与下部主梁垂直；

6）二层柱（87.75～94.75 m 之间立柱）安装需及时安装柱间的斜撑，确保每个立柱的稳定，垂直度＜ 2 mm；

7）安装三层主次梁（94.75 m），必须保证 4 根主梁的两端下部在同一水平标高，同时与下部主梁垂直；

8）安装二层斜撑梁，拼装必须在主框架梁完成后，斜撑梁与主框架梁之间的切口需顺滑，端面齐整，现场拼装完成。

桁架与连系梁组装完成后，复测几何尺寸，无误后开始焊接。焊接时必须按照焊接工艺要求对称施焊，探伤合格后进行验收交接，进行油漆补涂和防火涂料施工。

3.2 施工工艺要求

1）地面拼装的桁架分段要按加工编号顺序进行，注意连接点的方向；

2）桁架的拼装由于跨度较大，按 1/700 比例中间预提拱；

3）所有对接焊缝单面 45°坡口到底，内加衬板，焊缝要求一级焊缝，100 % 超声波探伤；

4）安装过程中，严格控制所有主梁两端的水平度和垂直度，确保每层在同一水平面和垂直面；

5）钢柱、钢梁的安装分层逐根进行，以先主梁后次梁，再支梁、立柱的顺序；

6）每根钢梁需根据构件编号，对号入座，不能混装；

7）因 79.7 m 框架为非主要受力梁，主要受力为上部桁架梁，为了减少底部梁应力，采取分段临时固定后焊；

8）钢连廊的地面拼装，考虑到原位拼装提升与钢支腿相碰，故需在地面错位拼装，结合钢支腿的宽度，需错位 2.0 m 在胎架上进行拼装，提升后再滑移就位。

3.3 工况分析

1）拼装吊车选择。本钢连廊的拼装在 AB 之间加固胎架上进行，200 t 履带吊位于拼装区域的左侧与离宴会厅结构 18 m 的区域（N 轴与 Q 轴之间），来回行走长度 36 m，履带吊的自身重量重体积大，散件进入现场进行组装。由于空间限制，采用 SCC2000C 型变幅副臂LG 工况，主臂 37 m，副臂 43 m 履带吊，履带吊行走区域采取加固措施。空中钢廊桥散件进场拼装，经计算，结合履带吊停放位置，最大回转半径 42 m 内，可吊重量 12.5 t，廊桥单根构件重量为 10 t；回转半径 32 m 范围内，可吊重量 17.2 t，廊桥单根构件重量为 16 t。因此，选用 SCC2000C 型号 200 t 履带吊能够符合安装起重要求。200 t 履带吊停放位置如图 3 所示。

图3 200 t 履带吊停放位置示意图（单位：mm）

2）拼装辅助措施。廊桥拼装所有构件均为刚接，现场焊接量大，及后续油漆防火涂料施工，故在拼装时，考虑拼装方便和安全，根据拼装进度和高度，逐层搭设操作平台脚手架辅助构件拼装。

3）拼装注意事项 1。胎架布置完成，开始主体结构拼装，在胎架上按空中廊桥的主控尺寸的正投影地面位置，向右侧偏离 2.0 m 定位，安装 79.7 m 平面梁。因 79.7 m 框架为非主要受力梁，主要受力为上部桁架梁，为了减少底部梁应力，分段点采取临时固定后焊，后焊点在试提升卸载后进行焊接。后焊点如图 4 所示。

图4 79.7 m 层后焊点布置图

4）拼装注意事项 2。根据设计要求，拼装时注意按 1/700 比例提拱，现场对接焊缝应错开连廊中心 21 轴-22 轴之间位置。

3.4 吊点布置的计算分析

大跨度钢架连廊整体结构提升吊点的布置需同时兼顾经济性、安全性的要求。经过对钢架结构建模分析，进行吊点布置，并通过 SAP2000 有限元分析软件对整体结构强度进行分析复核。

大跨度钢架连廊整体结构采用结构分析软件 SAP2000 进行计算，计算模型如图 5 所示。其中，采用 BEAM44 单元模拟连廊结构各杆件，材料弹性模量取 2.06×105MPa，密度取 7 850 kg/m3，泊松比取 0.3。边界条件：提升吊点——Z向固定、XY向弹簧（模拟提升约束）；荷载：自重——DEAD；荷载组合：强度及稳定——1.3×DEAD；支座反力及变形——1×DEAD。

图5 大跨度钢架连廊整体结构计算模型

由计算结果可分析得到：

1）大跨度钢架连廊整体结构的最大位移为43.5 mm，小于L/400=73 700/400=184.25 mm，变形相对较小，满足设计要求；

2）大跨度钢架连廊整体结构的最大应力比为 0.657，低于设计规范所要求的最大应力比；

3）吊点布置的计算分析结果表明大跨度钢架连廊整体结构在提升阶段可以保证安全施工，因此，通过 SAP2000 有限元分析可验证吊点布置是合理的。

4 结语

本文介绍了大跨度钢架连廊工程的施工关键技术，包括钢结构构件的拼装、施工现场的布置、施工要求及吊点的布置等。结合工程实例分析了大跨度钢架连廊整体拼装的施工工艺及要求，并且通过有限元软件 SAP2000 建立了合适的钢结构三维模型，研究分析了大跨度钢架连廊整体结构吊点布置在荷载工况下其整体受力性能，计算得到整体结构的最大应力比满足 GB 50017-2003《钢结构设计标准》要求；同时，整体结构的最大位移为 43.5 mm，也满足规范设计要求，结果表明大跨度钢架连廊整体结构在提升阶段可以保证安全施工。Q