高层建筑屋顶大跨度桁架吊装式施工工艺与管理措施—以南阳卷烟厂科技综合楼修缮项目为例

张利彬 罗国兴 李 铮 刘长春

经济的快速发展推动了建筑业的蓬勃发展，建筑企业要想获得更多的利润，应积极引进新技术，研发既能保证施工质量又能降低施工成本的新工艺。

1 项目概况

南阳卷烟厂科技综合楼修缮项目位于河南省南阳市，主体建筑16 层，裙房3 层，建筑总高度为57.15 m，总建筑面积为9252 m2，幕墙建筑面积约为2.1 万m2。建筑外立面为白色瓷片贴面，窗户为老式铝合金蓝色玻璃窗。建筑南侧立面局部采用凸出的圆弧型玻璃幕墙，东西2 个侧面为凸出的铝合金幕墙。

科技综合楼项目的修缮内容包括5 方面：第1，改造科技综合楼外立面，增加外墙外保温；第2，拆除外挑圆弧、女儿墙等构件，进行局部结构加固；第3，外墙窗更换为节能玻璃窗；第4，修缮屋面保温防水系统；第5，改造入口大厅，增加建筑沿街立面外围廊架等。

2 高层建筑屋顶大跨度桁架吊装式施工工艺概述

结合南阳卷烟厂科技综合楼修缮项目建设内容，本文提出一套高层建筑屋顶大跨度桁架吊装式施工工艺。具体施工工艺如下：第1，采用测距仪复核现场结构的尺寸，保证测量数据精确；第2，建立建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM），验证造型比例关系；第3，进行钢桁架分段单元化加工，在保证施工质量和安全的同时，保证施工进度；第4，实施工厂标准化加工，确保构件焊接精度高、速度快；第5，实施整体单元式分段吊装。

3 高层建筑屋顶大跨度桁架吊装式施工工艺原理及操作要点

3.1 施工工艺原理

利用测距仪对现场进行精准测量，测量出桁架梁总长度，并根据吊车吊装吨位与施工便利性，对钢桁架梁进行尺寸分段。加工厂将分段后的钢桁架龙骨进行标准化切割、批量化下料，然后将龙骨焊接成满足吊装尺寸的钢桁架。将分段桁架吊装到屋面相对应的位置上进行拼装焊接，以此类推，达到分段安装的目的。

3.2 施工操作要点

3.2.1 施工准备

准备部分有4 方面:第1，根据图纸及施工进度，编制详细的物资需求计划及加工计划；第2，检测所用机具，确保其性能良好；第3，对管理人员和操作工人进行培训；第4，准备各种施工材料。

3.2.2 测量放线

测量依据。该项目的原有轴线已不存在，需要工人凿除表面装饰面砖，漏出混凝土结构，进行实测实量，找出原图纸与现场不相符之处，并调整图纸。

测量方法。将原建筑标高基准点上引至楼层间柱面，再通过水准仪将楼层标高引至屋面。标高点应逐层从原土建基准点上引，避免误差累计。在需要施工的屋面上，根据模拟控制线的位置，利用经纬仪和墨盒弹出墨线，形成水平控制基准线。依据CAD蓝图确定连接点个数，结合图纸放出钢柱横向控制线，并弹出埋件固定点位置[1]。

3.2.3 BIM建模

将调整后的图纸，采用BIM 软件进行1:1 建模，如图1 所示，为施工下料、制订施工方案提供最新、最准确的数据，并进行存档。

图1 钢桁架单元BIM 模型（来源：作者自绘）

利用Revit 软件构建BIM 模型，并将3D 模型展示给现场作业人员。另外，可以将BIM 模型提供给加工厂，加工厂根据模型尺寸焊接钢桁架单元，提高其作业效率。

3.2.4 龙骨材料下单

在测量放线、BIM 建模的基础上，根据项目实际需求，确定南阳卷烟厂科技楼修缮项目屋面钢桁架龙骨下料单，如表1 所示。

表1 钢桁架龙骨下料单

3.2.5 龙骨焊接成单元

根据钢桁架龙骨下料单，确定同规格尺寸构件并统计数量。之后把钢桁梁构件进行合理分段，并对分段构件进行编号，同规格构件可以进行批量生产。构件生产完成后进行加工焊接，焊接后对焊接部位进行防锈处理，并喷涂防锈漆。

3.2.6 钢桁架单元吊装、拼接焊接

钢桁架单元吊装、拼接焊接具体分3 步：

1）提前联系好吊车，合理安排吊装顺序。

2）通过对讲机指挥吊车作业人员缓慢吊装，保证起吊操作平稳。整体骨架离地500 mm 时检查无误后再继续起吊。吊车臂吊装到屋面合适高度，采用人工拉拽的方式将钢桁架单元点焊固定到预定位置。桁架连接点焊接固定后，才能摘除吊钩，如图2 所示。

图2 龙骨架单元板块固定完成（来源：作者自摄）

3）每个桁架单元焊接完成后，利用水平尺检查平整度，平整度误差控制在2 mm 以内，以满足面层对基层平整度的要求。对整体桁架单元进行位置校核，确定无误后，将连接部位的桁架进行满焊。焊缝达到设计要求后，在焊缝涂刷防锈漆[2]。

3.2.7 清理验收

高层建筑屋顶大跨度架吊装式施工中的清理验收工作分为如下3 步进行：第1，检查焊缝是否满焊，是否满足设计要求，是否存在沙眼和漏焊部位；表面涂刷2 遍铁红防锈漆，待防锈漆干燥后，再涂刷1 遍银粉防锈漆。第2，清理干净焊缝表面的焊渣。第3，准备验收。

4 高层建筑屋顶大跨度桁架吊装式施工管理措施

4.1 施工质量管理措施

在实际施工过程中，作业人员需要按照《建筑装饰装修工程质量验 收 规 范》（GB 50210—2018）、《建筑施工安全技术统一规范》（GB 50870—2013）、《建设工程施工现场消防安全技术规范》（GB 50720—2011）、《建筑节能工程施工质量验 收 规 范》（GB 50411—2019）、《民用建筑设计通则》（GB 50352—2019）、《民用建筑工程室内环境污染控制规范》（GB 50325—2020）、《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205—2022）、《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2019）等标准严格规范自身操作，保证施工质量。

基于上述规范，作业人员可从以下4 方面加强施工质量管控：第1，工程使用的各种材料和组件应有产品合格证书、进场验收记录、性能检测报告及材料复验报告，其质量应符合设计要求及国家现行产品标准和工程技术规范的规定[3-4]。第2，施工人员进入现场前，应进行施工前的技术和工艺交底，编制详细的书面交底至每一位参与施工的作业人员。第3，前期放线作业成立放线小组，需要指派专业测量员现场负责，复核后才能进入下道工序。第4，指派专业质量员驻扎加工厂，监督加工情况，严把质量关。第5，实施现场施工质量安全责任制，每个管理人员对自己所监管的施工区域质量安全负责。

4.2 施工安全管理措施

施工安全管理措施包括9 点：第1，项目部应成立项目安全领导小组，由项目经理担任安全活动领导小组组长，成员包括项目安全员、技术负责人和劳务班组长。第2，施工作业人员进入现场前，必须进行施工前的安全培训、技术和任务交底，明确各自职责，服从指挥，听从分配。第3，现场临时用电及配电箱放置要符合电气安全规程，电气开关和手动电动工具要有漏电保护器。第4，配电线路的允许荷载冗余量保持在30%，不得使用绝缘破损的线路。第5，不定时检查进入现场的作业人员是否正确佩戴安全帽。第6，埋件施工人员在施工时不应将大块凿除混凝土随意向下抛洒，及时清理悬挂吊篮内的废弃物，装入垃圾袋，由辅助人员用绳索提出装好的垃圾并倾倒在指定区域；不得在悬挂吊篮内放置超过吊篮起重荷载的重物；在吊篮下方设置警戒标志，其他人员严禁进入危险区域内，防止掉落物品砸伤其他人员。第7，采用电锤打孔时，电锤的钻头必须垂直于工作面，要用手均匀按压电锤，连续送进，不得使钻头在孔眼内左右摆动，以免扭力伤害操作人员。第8，检查钢材焊接的焊口是否脱焊，是否有损伤，若有损伤及时维护；检查安全带、安全绳、钢丝绳是否有损伤，绳扣是否有松动，槽钢轨道固定部位是否有松动，若发现异常，及时更换。第9，现场所有人员严禁吸烟，焊接作业时开具动火作业申请。

4.3 环境保护措施

在实际施工过程中，按照《建筑工程绿色施工评价标准》（GB/T 50640—2010）、《建筑施工场界环境噪声排放标准》（GB 12523—2011）等国家、行业和地方有关环境保护的法律法规、规范及相关规定，将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，做到标牌清楚、齐全，各种标志醒目，施工场地整洁文明。同时，加强对施工现场燃油、废弃材料、废渣的控制和治理。此外，选用低噪音施工机械，装卸物料时轻拿轻放，做到施工期间不扰民[5]。

5 项目效益分析

5.1 社会效益

该施工工艺采用钢桁架分段吊装施工，以BIM 技术为核心，采用数字化、标准化设计，采用工厂化单元加工，通过简单的分段吊装式施工，实现了复杂桁架梁安装工作，达到了安全、便捷、经济及实用的施工目的。我国各地相继兴建了很多规模大的钢构公共建筑，如博物馆、办公楼、工业厂房及城市展览馆等，该施工工艺对于构造相同的建筑具有一定的推广应用价值。

5.2 经济效益

采用分段吊装焊接，安全系数高、成本低，能够缩短施工周期。采用BIM 技术进行虚拟施工，能够提前解决龙骨碰撞冲突、收边收口交替等问题，有效降低了管理成本。采用该施工工艺后，该项目的安装效率提高约30%，造价降低约20%。另外，相比搭设满堂脚手架施工，采用吊车吊装施工节约了人力搭设成本和租赁成本，避免了交叉施工，屋顶部位施工成本节省约9.88 万元。

6 结语

越来越多的建筑师选择采用大跨度空间桁架钢结构作为高层建筑的设计亮点。针对大跨度空间桁架钢结构施工存在的问题，本文结合南阳卷烟厂科技综合楼修缮项目建设内容，提出一套高层建筑屋顶大跨度桁架吊装式施工工艺，希望为类似工程项目施工提供借鉴。