高層屋面連體大懸挑雙層鋼結構施工技術

南通華新建工集團有限公司 南通 226631

1 工程概況及施工難點

1.1 工程概況

新城總部大廈位于南京市浦口總部大道與新浦路交叉路口，本項目的鋼結構部分主要分布于A、B塔樓頂部，標高在86.83～97.88 m之間，鋼結構總質量約800 t，結構形式為鋼桁架結構（部分鋼骨柱鋼骨梁）。

工程主要分為四個區段：

第一區段：A、B塔樓頂部，標高在86.83～97.88 m之間的鋼骨柱鋼骨梁。安裝完成后外包混凝土。

第二區段：A、B塔樓頂部之間，標高90.83～97.88 m之間的懸挑鋼桁架，桁架高7 050 mm，從A、B塔樓頂部側面向中間懸挑，懸挑距離為16 m左右。在中間合攏，并間隔600 mm，在桁架結構中間有一個Φ12.9 m的圓形空洞。

第三區段：B塔樓頂部B軸外側，標高90.83～97.88 m之間的懸挑鋼桁架，桁架高7 050 mm，從B塔樓頂部側面向外側懸挑，懸挑距離為9.7 m左右。

第四區段：A、B塔樓頂13軸外側，標高90.83～97.88 m之間的懸挑鋼桁架，桁架高7 050 mm，從A、B塔樓頂部側面向外側懸挑，懸挑距離為5 m左右，如圖1所示。

1.2 工程特點及難點分析

（a）本工程現場安裝只能采用塔吊吊裝，因吊重限制，預加工車間也不能組成整榀鋼桁架件，故需按如下指導思想：“化整為零、提高單件精度、保證整體精度”的原則進行加工制作。

圖1 新城總部大廈外觀

（b）H型鋼桁架結構位于標高86.83～97.88 m處，均為外挑桁架且懸挑距離大（16 m），高空吊裝、組拼難度大。

（c）A、B塔樓屋頂鋼結構相連并形成弧形結構，故各構件的安裝定位、標高測量控制及安裝校正亦是現場安裝施工的難點。

（d）由于構件安裝高度高且為懸挑結構，如何控制懸挑端的起拱量遂成為重點，也給定位測量帶來一定的難度。

（e）桁架下方均為懸空狀態，所以，施工安全措施的落實是重點也是難點。

2 鋼結構施工總體部署

2.1 鋼結構施工指導原則

對于屋面鋼構件的全部加工件以“工廠分段單根制作、構件分段運輸、現場塔吊垂直運輸吊裝、高空就位安裝”為原則進行施工。

2.2 鋼結構施工區段的劃分

鋼結構施工區段的劃分如圖2所示。

圖2 鋼結構屋面施工區段的劃分

2.3 施工機具部署

所有構件卸車及吊裝均利用現場2 臺1 600 kN塔吊，詳圖分解時，每個構件分段質量不超過塔吊起吊能力，結構詳圖經設計院認可后，施工前應附上每個構件質量及塔吊起吊能力表報監理審核。

3 鋼結構吊裝[1-6]

3.1 鋼構件準備

所有鋼構件在工廠進行制作，構件分段質量根據現場塔吊吊重進行拆分。

3.2 塔樓樓頂上的鋼骨柱和鋼骨梁的吊裝

3.2.1 鋼骨柱梁結構吊裝流程

第22層的鋼骨柱吊裝→吊裝鋼骨梁→綁扎鋼筋籠并支模→澆筑混凝土→第23層的鋼骨柱吊裝→吊裝鋼骨梁→綁扎鋼筋籠并支模→澆筑混凝土

3.2.2 吊裝工藝

（a）鋼柱預埋螺栓。鋼柱標高控制采用調整螺母控制，在每一根柱的預埋螺栓上安裝好1 個螺母，并測量好統一標高，當鋼柱底座板插入螺栓后，初步擰緊螺母，安裝工人通過預先捆綁在鋼柱上的爬梯上至鋼柱頂端摘鉤，摘鉤后用互成90°的2 架經緯儀找正鋼柱垂度，然后擰緊地腳螺栓雙螺母。

（b）吊裝綁扎。選用二點式綁扎，一點式起吊。鋼柱吊裝利用鋼柱頂端上設置的柱與柱對接安裝耳板上的吊裝孔，再用專用吊具卸扣進行吊裝。鋼柱吊裝時用對講機指揮塔吊吊裝，當鋼柱起吊至垂直狀態時不得馬上提起離開地面，應待柱頂停止晃動后，才能將鋼柱起吊離地。

（c）鋼柱對接安裝。先控制標高、垂直度，其后校正扭轉的安裝方法，用臨時螺栓固定。在上節鋼柱吊裝前，先在下節鋼柱頂端四面耳板上安裝好夾板，待上節鋼柱吊裝對接時，柱下端的耳板插入下節鋼柱的四面各2 塊夾板內，穿入臨時安裝螺栓，且初步擰緊螺栓，并在上下鋼柱的耳板之間插入小型鐵楔，以控制其標高，摘鉤后，再用2 架經緯儀校正鋼柱垂直度，擰緊安裝螺栓。

如鋼柱對接后產生扭轉現象，則在臨時連接板和耳板之間墊入扭轉偏差值等厚的墊板，擰緊安裝螺栓后，即糾正鋼柱扭轉，以此類推安裝其他鋼柱。

梁兩端采用高強螺栓連接安裝時，安裝螺栓先按規格型號、數量配備好，裝在帆布袋內，再用鐵絲捆在梁端一起吊上去（圖3）。

圖3 柱、梁安裝

（e）高強螺栓安裝。高強螺栓特點是施工方便，可拆可換，傳力均勻，接頭剛性好，承載能力大，疲勞強度高，螺母不易松動，結構安全可靠。本工程鋼結構安裝節點設計為磨擦型連接節點，采用10.9級大六角高強螺栓。

3.3 兩塔樓（L～G軸）間鋼構件的吊裝

3.3.1 鋼構件安裝主流程

A、B塔樓間的桁架可以看成對稱懸挑結構，經綜合分析吊裝安全、塔吊起吊能力、吊裝就位控制等，最終采用先吊裝A樓12軸HJ-3，因為A塔樓塔吊起吊能力大，HJ-3質量小，故優先吊本桁架。B塔樓桁架安裝參考A塔樓桁架。

3.3.2 鋼構件吊裝工況介紹

在安裝鋼桁架之前，所有鋼骨柱鋼骨梁及其外包混凝土均已施工完畢。并且混凝土達到預定的強度。外挑鋼牛腿是預先連于鋼骨構件上一起吊裝的。

第一步：吊裝12軸桁架下弦鋼梁及其臨時撐桿。并且在水平方向上設左右2 根手動葫蘆調節拉索，垂直方向設1 根手動葫蘆以調節拉索。在調整好水平方向和垂直方向的參數后，緊固好梁與短梁的節點螺栓，隨即將鋼梁焊縫全部焊完，同時將下方支撐鋼管節點焊接，確保支撐不移位。此時，3 根調節葫蘆不能拆除。

Ca1、ca2、ca3 {font-size:l6px;list-style:none；Width:300px;padding:l2px；background-color:# ddd;}

第二步：吊裝12軸桁架斜腹桿鋼梁。此時，可拆除上方調節用的手動葫蘆。

第三步：吊裝11軸桁架下弦鋼梁及其臨時撐桿。并且在水平方向上設左右2 根調節拉索，垂直方向設1 根調節拉索。在調整好水平方向和垂直方向的參數后，緊固好梁與短梁的高強螺栓節點，同時焊好節點處焊縫。此時，3 根調節葫蘆也不能拆除。本工況與第一步完全一致。

第四步：吊裝11軸桁架斜腹桿鋼梁。此時，可拆除上方調節用手動葫蘆。

第五步：吊裝11～12軸間K軸位置的HJ1下弦鋼梁。本鋼梁就位后，11軸、12軸鋼梁兩側的手動葫蘆均可拆除。

第六步：吊裝11～12軸交K～L軸間的主鋼梁及此間的桁架下弦鋼支撐。

第七步：吊裝11～12軸交K～L軸位置的桁架下弦鋼次梁。

第八步：吊裝11～12軸交K～L軸位置的桁架下弦鋼樓承板。并焊好與鋼梁的焊釘，使此房間成為穩定的安裝平臺。

第九步：分別吊裝11和12軸鋼桁架直腹桿和上弦鋼梁，并完成調校工作。

第十步：吊裝11～12軸間K軸位置的HJ1上弦鋼梁。

第十一步：吊裝11、12軸交K、L軸位置的桁架上弦鋼水平支撐和鋼次梁。在完成此間鋼結構安裝后，按圖示方向延伸安裝，直至所在區域鋼結構安裝完畢。

安裝過程中須注意及時調整并在精確就位后，立即焊接，焊接質量應滿足設計及規范要求。并注意要起拱，確保出現不下撓現象。

本區域的K、J、H三軸線鋼桁架最后吊裝，且必須在L～G交13～10軸間鋼桁架構件所有焊縫均完成后才能吊裝（圖4）。

圖4 懸空部分安裝完成

3.4 橫向外挑出B塔樓的鋼構件吊裝

本區鋼桁架結構型式及布置與G、H軸基本一致，故吊裝參考上述鋼構件的吊裝方案進行。

3.5 縱向外挑出A、B塔樓的鋼構件吊裝

3.5.1 鋼構件安裝主流程[7,8]

具體安裝步驟：將所有安全保證措施（如生命線、安裝平臺等）安裝到位，并檢查合格→吊裝桁架下弦梁→安裝桁架斜腹桿→按此順序安裝旁邊的桁架的下弦梁及斜拉桿→安裝桁架間的鋼梁→鋪設樓承板→安裝桁架直腹桿及上弦梁→依次逐間完成吊裝

3.5.2 鋼構件吊裝工況介紹

在安裝鋼桁架之前，所有鋼骨柱鋼骨梁及其外包混凝土均已施工完畢。并且混凝土達到預定的強度。

第一步：吊裝桁架下弦鋼梁及斜腹桿的組合件，查構件分段表，組合件的質量均在塔吊吊重范圍內。并且在水平方向上設左右2 根調節拉索。在調整好水平方向的參數后，緊固好梁與短梁的節點，并將焊縫焊接。同樣，梁端頭需起拱20 mm，綜合考慮到自重及起拱量，余同。

第二步：按照第一步的方法吊裝第2榀桁架下弦鋼梁和斜腹桿鋼梁。

第三步：吊裝桁架下弦間的鋼次梁。

第四步：吊裝桁架下弦間的樓承板。并焊好與鋼梁的焊釘，使此間成為穩定的安裝平臺。

第五步：吊裝桁架上弦鋼梁及直腹桿的組合件，并調校完成。

第六步：吊裝桁架上弦間的鋼次梁。

第七步：在完成此間鋼結構安裝后，按圖示方向延伸安裝，直至所在區域鋼結構安裝完畢。

4 現場施工安全措施

4.1 懸空段滿鋪安全網及構架施工的生命線

A、B塔樓間懸空段的安全網的鋪設，先在A、B塔樓的混凝土梁上面埋設預埋鋼板（標高86.59 m），按間距5.8 m鋪設，在各個預埋件間張拉8 mm的鋼絞線，最后在鋼絞線上鋪設規格為6 m×3 m的安全網，安全網與鋼絞線之間用小葫蘆連接，以便于滑動，安全網鋪滿2 座塔樓間腳手架以外的所有空間。

在安裝桁架下弦梁之前，利用塔吊在A、B塔樓之間鋼桁架下弦鋼梁上方1. 5 m處混凝土柱側面，搭設1 根Φ10 mm鋼絞線用作生命線。在每榀桁架安裝下弦梁前均要搭設生命線。安裝上弦梁時可在混凝土柱頂預先安裝一工20a臨時短柱（圖5），生命線安裝于短柱側面，施工人員在高空安裝的任何時刻，必需確保安全帶與生命線可靠連接，做到安全有保障。

圖5 懸空段生命線、安全網立面示意

4.2 橫向懸空段生命線施工做法

B～A軸間23 層、24 層鋼結構施工時，上、下弦鋼梁安裝，都必須設置可靠的生命線，施工時先在混凝土柱頂預先安裝一個臨時桁架，生命線安裝在臨時桁架下面，施工人員在高空安裝的任何時刻，必需確保安全帶與生命線可靠連接，做到安全有保障（圖6）。

圖6 橫向懸空段生命線設置

4.3 縱向外挑結構處生命線施工做法

桁架安裝前可在混凝土柱頂預先安裝一個臨時三角架，生命線安裝在臨時三角架下面，施工人員在高空安裝的任何時刻，必需確保安全帶與生命線可靠連接，做到安全有保障。

4.4 焊接施工時，下方收集焊接氣割等火花飛濺物

在鋼結構需焊接或氣割之前，必須在作業點的下方懸掛專用的掛箱，收集焊接氣割等火花飛濺物，防止發生火災等意外事故。

5 結語

由于節點設計合理，現場吊裝設備滿足垂直運輸要求，各種現場安全施工措施到位，本工程塔樓雙層屋面連體大懸挑鋼結構施工得以順利完成。針對吊裝、焊接以及組裝完成后施工活荷載可能產生的撓度值，通過工廠試配變形值、設計院提供起拱值加上現場精確測量控制，確保了安裝質量。