大跨度懸臂鋼結構高空散拼施工技術

徐亞非

深圳市市政工程總公司 廣東 深圳 518001

1 工程概況

天健科技大廈工程總建筑面積114 767.73 m2，包括地下2層、地上15層，地面以上總高度為68.15 m，由2座塔樓和裙房組成。該工程鋼結構主要分布在5～8層塔樓與裙樓之間的大跨度桁架部分及5～8層塔樓大跨度懸挑部分。大跨度的桁架離地面高度約18.50 m，跨度約32.65 m，懸挑部分的懸挑長度約21.201 m（圖1）。

圖1 天健科技大廈工程鋼結構平面示意

2 施工工藝流程

2.1 鋼結構總體施工安排

鋼結構圖紙深化設計→構件工廠加工→預拼裝→材料、構件進場→鋼結構吊裝→質量檢查→壓型金屬板施工→涂裝→監測

2.2 鋼結構吊裝施工工藝流程

施工準備→測量放線→構件進場驗收→安裝部分弦桿、斜拉桿→懸臂主梁安裝及臨時拉結槽鋼固定→次梁及其他構件安裝→測量、校正→構件焊接、連接→質量檢查→拉結槽鋼拆除

3 施工要點

3.1 施工準備

3.1.1 鋼結構圖紙深化設計

根據現場條件和施工工況，對大跨度鋼桁架進行深化設計。綜合考慮現場場地、塔吊起吊能力、鋼桁架受力特點、桁架現場焊接等因素，對鋼構件進行分段設計。

3.1.2 鋼構件工廠預制

為保證加工質量及進度，鋼構件統一在工廠預制加工，并進行預拼裝，解體后再分段運輸至施工現場。

3.1.3 預拼裝

采用BIM技術對鋼結構分段懸拼安裝進行整個過程的施工模擬。同時考慮到大跨度、高空懸臂安裝的難度較大，選取部分有代表性的構件進行實體預拼裝。

3.2 模擬計算

安裝前采用Midas/Gen8.0軟件對鋼結構安裝全過程進行施工模擬計算，考察安裝過程各階段結構的安全性。

3.2.1 計算內容

1）施工安全驗算。鋼桁架施工采用立面流水施工法，前一單元施工完畢后再進行后續單元施工，后續單元施工對已施工完畢結構產生二次加載。因此，結構的受力復雜，不同于設計考慮的最終成型狀態，需對施工全過程進行安全性評估。

2）結構變形驗算。驗算在各施工過程中構件之間的變形是否滿足要求，該變形差是否對其他構件的受力和變形造成影響。

3）施工預變形。大跨度懸臂鋼結構在自重和施工荷載的作用下將出現下撓，較大的下撓有可能影響結構的整體造型，因此，需對鋼桁架下撓量進行計算。

3.2.2 計算方法

采用Midas/Gen8.0進行施工階段模擬分析，按照施工步驟將結構構件、支座約束、荷載工況劃分為組。按照施工步驟、工期進度進行施工階段定義，并按照控制數據進行分析。在分析某一施工步驟時，程序將會凍結該施工步驟后期的所有構件及后期需要加載的荷載工況，僅允許在該步驟之前完成的構件參與運算。計算過程采用考慮時間依從效果（累加模型）的方式進行分析，得到每一階段完成狀態下的結構內力和變形，在下一階段程序會根據新的變形對模型進行調整，從而真實地模擬施工的動態過程。

3.3 鋼結構高空懸臂分段拼裝

1）大跨度懸臂鋼結構的安裝由混凝土結構的連接點向外采用高空懸臂散拼安裝。

2）先安裝與混凝土結構連接的上下弦桿、斜拉桿，接著安裝懸臂主梁，再依次安裝次梁等其他構件，并盡快形成閉合穩定的結構體系。

3）鋼結構主梁懸臂拼裝是一端固定、另一端懸臂；采用槽鋼作為懸臂主梁的臨時拉結梁，槽鋼與混凝土結構連接承受桁架重力；懸臂主梁安裝分段進行，每安裝一段即設置一道槽鋼拉結（圖2）。

圖2 鋼結構懸臂主梁安裝及拉結槽鋼固定

4）待鋼結構形成穩定封閉的受力體系后，再切割槽鋼拉結梁逐步進行卸載。

3.4 槽鋼拉結點的設置

槽鋼拉結梁的上端與伸出混凝土結構的鋼梁牛腿連接（圖3），下端與懸臂主梁連接（圖4）。

圖3 拉結槽鋼上吊點連接

圖4 拉結槽鋼下吊點連接

3.5 安全控制措施

1）在加工鋼梁時，在鋼梁下翼緣加設安全網掛鉤，完成一個區域的樓層鋼梁安裝后，鋪設小眼網。小眼網掛設在預制好的安全網掛鉤上。

2）為保障安裝施工安全，避免施工時材料、工具掉落對下層操作人員造成人身傷害，在鋼結構外圍樓層周邊設置安全外挑網（2層小眼網及1層鋼絲網）。

3）夾具式安全立桿主要用于施工人員在鋼梁上行走時懸掛安全帶、防墜器等設施，可防止施工人員在鋼梁上行走時出現意外。

4）吊裝區域應設置安全警戒線，非作業人員嚴禁入內。當吊裝物吊離地面200～300 mm時，應進行全面檢查，確認無誤后再正式起吊。當風速達到或超過10 m/s時，宜停止吊裝作業；當風速達到或超過15 m/s時，不得進行吊裝作業。

4 結語

1）對現場情況（包括施工平面布置、起重設備吊裝能力）進行分析調研，再對圖紙進行二次深化設計，在技術條件允許且不增加其他設備投入的情況下，使得已有資源得到最大限度的利用。

2）利用BIM技術對鋼結構施工進行模擬[1-2]，提前發現問題，并提前解決問題，不僅提高了施工進度，也提高了構件制作的精度。

3）大跨度懸臂鋼結構施工難度較大，尤其在現場場地狹窄、起重設備能力有限的情況下，施工更是難上加難。通過高空懸臂散拼施工技術，采用槽鋼作為臨時固定拉桿、安裝完成后切割槽鋼腹板截面實現逐步卸載的安裝方法，利用施工現場已有資源，合理安排施工工序，加強質量安全控制措施，解決了大跨度懸臂鋼結構施工的難題，產生了良好的社會效益和一定的經濟效益。