超大跨度吊掛結構施工技術分析

孫友林，代廣信，胡錦偉，邢 強，李 軍

（1.中國建筑第二工程局有限公司 華南分公司，廣東 深圳 518045；2.中建二局陽光智造有限公司，廣東 河源 517373）

1 工程概況

大型場館的結構體系極具復雜性，吊掛結構可將空間利用最大化，故應用范圍較廣。深圳科技館（新館）是深圳市重點規劃建設的新十大文化設施之一。項目占地面積約66 000m2，建筑面積128 276m2，地上55.5m，共6 層；地下室10.5m，共2 層。地下至首層為鋼筋混凝土框架結構；2～5 層為鋼框架-鋼筋混凝土混合結構（核心筒為型鋼混凝土，外圍為鋼框架結構）；在屋面桁架下方設有吊掛結構，吊掛結構除次梁及吊柱外，還包含吊掛桁架，3～5 層范圍內還分布有截面為1700mm×800mm×40mm×60mm 的大跨度鋼梁，材質為Q460GJC，整梁跨度達52.1m，單根重量約107.5t，見圖1。

圖1 吊掛結構示意圖

2 施工工況分析

吊掛結構常規施工思路是采用從上至下的安裝順序，但是因本項目工期緊迫，且施工環境復雜，所以采用從下而上的逆做法，因吊掛結構中涉及大跨度鋼梁，其大跨度鋼梁下方無支撐結構，在施工前需要提前設置臨時支撐鋼柱。根據施工計劃在施工3 層鋼結構時，地下室還未完成回填，此時鋼構件距塔吊較遠，起重量受限，因此3 層大跨度鋼梁需分為5 段，設置支撐點1、支撐點2、支撐點3、支撐點4，4 個點的臨時支撐鋼柱，用以滿足大跨度鋼梁的安裝，待4～5 層大跨度鋼梁及6 層桁架弦桿安裝時，地下室外圍已完成回填，此部分可分為3 段安裝。所以4～5層僅需設置支撐點1和支撐點4即可（圖2、圖3）。

圖2 支撐設置示意圖

圖3 支撐布置示意圖

支撐點1～支撐點4 采用規格為□600mm×500mm×20mm×20mm 的箱型柱作為臨時支撐。支撐點底部與設置于混凝土梁或柱頂的埋件焊接固定，

3 施工技術要點

3.1 支撐體系設計

3.1.1 支撐頂部節點設計

支撐點1～支撐點3 豎向支撐和頂部橫桿1 采用截面為600mm×500mm×20mm×20mm 的箱型鋼，橫杠1 長1.4m，橫杠頂部設置2 截高0.3m，截面400mm×400mm×10mm×16mm 的H 型鋼短柱。支撐立桿和頂部橫杠以及頂部橫杠和短柱之間角焊縫圍焊接固定，見圖4。

圖4 支撐點頂部節點示意圖

3.1.2 支撐底部節點設計

如圖5 所示，在支撐位置提前設置埋件，支撐立柱底部與埋件全熔透焊接固定，支撐點埋件板規格800mm×800mm×25mm，材質為Q355B，錨筋為?16 螺紋鋼。錨筋長度100mm。

圖5 支撐底部節點示意圖

3.1.3 支撐頂部操作平臺設置

為了方便施工人員對頂部短柱標高的調整及后期卸載施工，同時也為了保證施工的安全，需要在支撐頂部設置標準化操作平臺，如圖6。

圖6 操作平臺示意圖

3.1.4 吊掛桁架結構的安裝

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1）安裝重難點 ①吊掛桁架結構位于屋面提升桁架下方，屋面整體提升部分的桁架在2 層樓板上進行拼裝，桁架下方的吊掛桁架沒有提前進行拼裝的作業空間；②吊掛結構位于整體提升鋼桁架下方，無論是待屋面桁架提升完成之后進其安裝，還是待桁架提升到一定高度后進行安裝，施工效率和安全無法得到保障。

2）安裝解決方案 ①將桁架下方吊掛結構正投影下方的2 層鋼梁安裝及混凝土澆筑延后施工；②吊掛桁架擁有了提前拼裝的作業空間，下方的吊掛桁架先伸入2 層板面的預留洞口，在1 層板面上拼裝；③吊掛桁架拼裝完成往后再進行上方屋面桁架的拼裝，吊掛桁架便可隨屋面整體一同提升。不僅能夠很大程度上加快此部分鋼結構施工速度，同時也能保證安全性。

3.1.5 吊柱的安裝

吊柱按常規做法是隨著吊掛結構從上至下逐層進行安裝，但因此項目工期緊，施工環境復雜的情況，故等吊掛結構部分鋼梁及屋面桁架提升安裝完成后，3～5 層的6 根吊柱逐一在地面拼裝焊接完成后，進行單根整體吊裝。此施工方案在滿足結構受力的同時，不僅有效地縮短了工期，更很大程度地降低了安全風險。

3.2 卸載施工

3.2.1 卸載方式的確定

大跨度鋼梁的卸載方式采用累積切除卸載法。

先卸載5～3 層1 號和4 號點位的支撐，后卸載2 層2 號和3 號點位的支撐，最后卸載2 層1 號和4 號點位。按照高層向底層卸載的順序進行卸載，同一個樓層應先卸載中部支撐后卸載兩側支撐。在卸載時遵循“變形協調，逐級循環”的原則，每次對卸載點支撐短柱切割高度不宜大于5mm，逐級多次卸載直至卸載完成。

3.2.2 卸載流程

全部安裝完成后，所有鉸接節點完成高強螺栓終擰緊固，節點焊縫檢測合格之后進行卸載施工，按照整體從高層向底層卸載，5～2 層的支撐每一層卸載時，同步卸載，2 層支撐卸載時先同步卸載中部支撐點2 和支撐點3，再同步卸載支撐點1 和支撐點4。

3.2.3 卸載原則及注意事項

對于此類大跨度結構，使用“分階段同步卸載”的方法卸載時，施工過程應嚴格遵循如下原則：①主體鋼結構安裝到位，焊縫全部焊接完成，無漏焊斷焊的現象，焊接質量經探傷檢查全部合格；②主體鋼結構所有的栓接部位全部連接完畢，且驗收合格；③各個格構柱支撐全部按設計要求完成的，且驗收合格。

在卸載過程中，為防止發生意外，確保卸載的順利進行，在卸載過程中應特別注意如下事項：①卸載時要統一指揮，保證同步，且嚴格按照同步和分階段大小進行；②卸載前要清理鋼結構上的雜物和一切無關的荷載，卸載過程中，鋼結構上下不得進行其他的作業。

3.3 施工模擬分析

3.3.1 卸載階段變形分析計算

1）4 層的支撐點1、4 卸載支撐卸載后，8.8mm ≤400/L，滿足要求。

2）3 層的支撐點1、4 卸載支撐卸載后，8.8mm ≤400/L，滿足要求。

3）2 層的支撐點1、4 卸載支撐卸載后，8.8mm ≤400/L，滿足要求。

4）2 層的支撐點1～4 卸載支撐卸載后，8.8mm ≤400/L，滿足要求。

結論：A3 區吊掛結構在卸載完成后其中部產生的下撓為8.8mm，遠小于52 100/400，滿足要求。所以安裝時預起拱10mm。

3.3.2 結構受力體系轉化

吊掛結構位置受力非常復雜，考慮實際施工順序與加載條件的不同，結構應進行施工模擬分析。將Revit 模型轉換為Midas 模型進行施工順序模擬，將分析結果與一次加載的結果進行對比，確保分析的準確性和結構的安全性。

施工順序對結構受力有一定影響，對部分施工模擬工況下受力較大的構件，設計時提高其承載力冗余度。

4 結語

本文根據深圳科技館（新館）現場機械部署及施工進度制定了最佳施工方案，超大跨吊掛結構高空拼裝施工技術的應用，不僅充分提高了施工效率，同時也降低了施工中的安全風險，節省了工期，可為國內同類鋼結構施工提供有益借鑒。