大型高中空鋼結構屋蓋組合吊裝施工技術

劉曉楠

【摘要】某文化廣場規劃展示館工程主體結構大型高中空鋼結構屋蓋安裝，采用了組合吊裝施工技術。通過水平牽引屋蓋內心圈構件就位拼裝、鋼格構柱支架搭設、屋蓋內心圈整體構件提升就位并臨時固定、高空桅桿吊主梁吊裝、鋼結構高空拼裝等多項技術的綜合應用，解決了高大中空鋼結構屋蓋安裝的難題，具有明顯的技術經濟效益。

【關鍵詞】中空鋼屋蓋；鋼格構柱；水平牽引；提升；桅桿吊裝

目前一些大型公共建筑工程中，經常會遇到外形獨特，內部中空的建筑，這類建筑內部中空部分空間大、上下通透，且考慮到屋蓋結構跨度大和采光要求，設計時一般都設計成鋼結構采光玻璃屋頂。這種屋蓋鋼結構雖外形簡單，但由于處于建筑物內頂部，屋蓋中空高度比較高、面積比較大，且屋蓋構件自身重量大，結構體系及節點構造復雜，因此如何安全、快捷地完成鋼結構屋蓋的吊裝，成了擺在工程技術人員面前的一道難題。

1、工程概況

某文化廣場規劃展示館工程，主體結構屬圓型建筑，4層框架結構，直徑53m，高度24.9m。結構內部二層以上為中空式中廳，中空中廳芯筒直徑31.2m，其屋蓋形式為單層鋼結構圓形中空鋼化白玻采光頂，整個屋蓋重約87t。屋蓋鋼結構內心圈為直徑3.3m、方管截面鋼構架結構，外圈鋼梁采用變截面H型鋼。鋼屋蓋構件連接方式為梁與梁腹板大六角頭10.9級高強螺柱連接，鋼屋蓋支承方式為H型鋼主梁頂端與邊緣混凝土結構柱頂端采用鋼板加M30*900地腳螺栓連接。屋蓋平面布置示意圖及屋蓋內心圈整體構件平面示意圖分別見下圖1（a）～（b）。

鋼結構屋蓋安裝時，大型起吊設備不能進入室內吊裝，設置室內塔吊吊裝則塔吊拆除又是一個難題，而采用大跨度鋼結構常用的施工方法如整體提升（頂升）、整體吊裝、滑移法施工等工藝均不適合本工程，滿堂腳手架、分段吊裝、高空組拼的施工方法雖然適用，但鋼結構整體內心圈重量約11.3t，起吊比較困難，且周轉材料投入量會非常大，整體施工工期也比較長。針對該高大中空鋼屋蓋工程的特殊性，采取了組合吊裝施工技術來保證工程的順利施工。

2、組合吊裝施工技術原理

采用在建筑內部中空中心搭設鋼格構柱拼裝支架，通過格構柱支架將屋蓋內心圈整體構件用手拉葫蘆多點牽引提升，提升至設計高度后臨時固定，同時增設限位固定裝置。再在格構柱支架上安裝臨時桅桿吊，通過桅桿吊將邊緣主梁吊至安裝位置，采用臨時固定螺栓進行臨時固定。待邊緣主梁全部吊裝完成后，對構件尺寸誤差進行整體調整，采用高強螺栓替代臨時固定螺栓進行終擰。邊緣主梁安裝完成后，對屋蓋其余次梁采用手拉葫蘆或塔吊進行吊裝安裝，鋼結構全部安裝完成后，安裝鋼化玻璃采光頂，整個中空屋蓋即安裝完成。

鋼格構柱支架設計安裝時，對格構柱的整體穩定性和承載能力進行驗算，并對格構柱支架下的混凝土結構進行支撐加固，以防止屋蓋安裝過程中施工荷載對混凝土結構造成破壞。另外，桅桿吊的承載能力及吊裝安全性也進行了相應的受力驗算。

3、施工流程及工藝要點

3.1 施工流程。本工程中空鋼屋蓋組合吊裝施工的工藝流程為：施工準備→格構柱支架擴大底座安裝→格構柱支架下混凝土結構加固→屋蓋內心圈整體構件就位→格構柱支架安裝→屋蓋內心圈整體構件起吊→焊接格構柱下部固定拉桿→屋蓋內心圈整體構件高空臨時固定→格構柱支撐桅桿吊安裝→邊緣主梁吊裝→邊緣次梁吊裝→采光玻璃安裝→玻璃接縫注膠→檢查驗收。

3.2 工藝要點。根據本工程關鍵施工步驟，詳細說明其工藝要點。

3.2.1 鋼格構柱支架底座安裝及下部混凝土結構加固。鋼格構柱支架底部采用4000mm×4000mm鋼板（t=30mm）鋪墊，鋼板下部用C30細石混凝土找平，保證受力均勻。為確保內架吊裝安全，樓層下除Φ900芯柱外，另增設8根鋼格構架頂緊在樓板下，鋼格構架采用8根Φ159×6水平支撐及斜撐連成格構架，與上部吊架體系桿件在對應的位置，鋼管下墊鋼板采用400mm×400mm鋼板（t=20mm）。

3.2.2 屋蓋內心圈整體構件就位。由于建筑中空結構從二層開始，內心圈整體構件需要先運送至二樓，通過鋪設斜道，用H20型鋼通長鋪設兩道鋼梁，作軌道鋪設在混凝土斜坡道上（包括至室內中心區），用3t卷揚機牽引到預定位置（見下圖2），這樣構件的荷載通過H鋼梁傳遞到梁柱上，而不影響到二層室內地面混凝土的損傷。

3.2.3 格構柱支架設計及安裝

格構柱支架立桿采用Φ159×6鋼管，由于支架高度高，鋼管需對接，接頭錯開≥2000m，對接必須確保同心圓，并分段加固。

雙肢Φ159×6立桿四組之間等距設置，并保證支架中能通過內心圈整體構件的圓弧外挑的翼緣板。Φ159×6鋼管形成的正多邊形，每邊長在高度方向設置剪刀撐。頂部的收口平面用125工字鋼作橫梁，擱置在鋼管端部頂部并焊接。

3.2.4 內心圈整體構件提升牽引。格構柱支架安裝完成后，在內心圈整體構件上對稱設置4個吊點，通過吊掛于支架頂部的4根工字鋼橫梁上的4只5t手拉葫蘆，人工進行四點同步提升。牽引前，先將構件吊起離地面200mm，全面觀察各部位的工作情況，未發現問題后再徐徐上升。提升過程中必須隨時檢查構件的水平，當某一方向高差≥50mm時，該方向應停止提升，防止構件傾斜引起單個葫蘆超重而受力失穩，發生重大安全事故。

由于構件安裝高度比較高，因此必須分多次分段提升（3～4m往復提升一次），每升一次需在格構架立桿兩側各設一只托架支撐構件轉換吊層，并用等粗鋼絲繩環構件一周用鎖扣鎖緊，與上部鋼梁固定。待上部5t起重葫蘆拉索復位并提升至固定鋼絲繩不受力后，拆除穩定鋼絲繩及牛腿，此時固定鋼絲繩隨構件提升。內心圈整體構件吊裝完成后，應進行臨時固定，以便其余鋼梁安裝。

3.2.5 格構柱支架桅桿吊及頂部臨時吊點安裝。內心圈整體構件吊裝到位后，在格構柱支架上安裝桅桿吊，桅桿吊采用Φ108×4單支斜立桿，斜立桿支腳采用抱箍與格構柱支架立桿連接，桅桿吊斜立桿上端通過雙道鋼絲繩與格構柱支架拉結固定。桅桿吊吊裝采用滑輪加鋼絲繩的形式，鋼絲繩采用直徑Φ17mm，利用卷揚機進行牽引。

格構柱支架頂部采用雙拼Φ108×4鋼管扁擔式吊點，作為鋼主梁吊裝時梁端的臨時吊點。雙拼鋼管與格構柱支架頂部橫梁使用螺栓扣連接，保證吊點的穩固。

3.2.6 邊緣主梁吊裝。在邊緣主梁重力中心設置一處吊耳，通過桅桿吊將主梁吊起，吊起時在構件吊起離地面200mm時，全面觀察各部位的工作情況，未發現問題后再徐徐上升。主梁兩端用繩子配專人牽拉以防止主梁擺動。主梁吊裝到一定高度后，配合梁兩端臨時吊點進行梁安裝。吊裝時，先將4根貫通鋼主梁依次提升至內心圈整體構件標高所在位置，并采用臨時固定螺栓與內心圈整體構件進行對接臨時固定，再將另外4根不貫通鋼主梁進行上述同樣步驟安裝。

主梁安裝完后，對已安裝的8根主梁進行位置高度、中心位置、坡部、起穹、主梁與主體連接螺柱標高測量，經反復校正確認后采用高強螺柱替換臨時螺栓，并進行初擰、中擰、終擰。并對鋼梁翼緣由下向上進行焊接拉接，使整個鋼構采光頂形成一個完整的穩固剛性體系。

3.2.7 次梁吊裝。次梁及弧形鋼梁利用塔吊吊裝，并利用手拉葫蘆配合，到位進行高強螺栓拼裝連接。所有構件安裝完成后，對構件進行防火、防銹漆噴涂。

3.2.8 格構柱支架拆除。格構柱支架隨支撐體系下降隨層拆除，Φ159×6支撐系統拆除按6～8m一段，焊接接頭采用C2H2-O2氣割斷開，用塔吊將構架分小片塊起吊（≤1000kg），置于2層室內地面木枕上，向外清運，如此向下循環拆除。拆除時須派專人指揮，專人監護，上部不作業時，下部清運鋼管架。同時做好防火、防構件墜落等安全工作。

4、結語

本工程采用的組合吊裝技術與傳統的施工工藝相比具有較為明顯的優越性，施工方便，快捷安全，節省投資。經測算，在本工程中，采用大型高中空建筑鋼結構屋蓋組合吊裝施工技術與采用傳統的施工方法相比，共節約投資40萬元，工期提前20天，產生了較大的經濟效益和社會效益，對類似工程具有廣泛的應用價值和指導意義。

參考文獻：

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