長(zhǎng)懸臂躍層鋼桁架逆序施工工藝探究

文／張宏亮 中鐵城建集團(tuán)有限公司總承包分公司 湖南長(zhǎng)沙 410000

引言：

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，大型多層型鋼混凝土結(jié)構(gòu)公共建筑越來越復(fù)雜，長(zhǎng)懸臂躍層鋼桁架順序施工難以滿足施工要求。本論文借鑒大跨度鋼桁架屋面整體提升施工技術(shù)、鋼筋桁架樓承板施工技術(shù)等應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，針正對(duì)舒城縣三館一院建設(shè)項(xiàng)目探索長(zhǎng)懸臂躍層鋼桁架逆序施工工藝應(yīng)用。

1.項(xiàng)目概況

舒城縣三館一院建設(shè)項(xiàng)目位于舒城縣華蓋路與南溪路交叉口東北角，總建筑面積為100976.21 m2，主要有博物館、圖書館、文化館、劇院與下沉廣場(chǎng)及室外附屬景觀組成。其中博物館及圖書館采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)層數(shù)為五層，三層以上采用長(zhǎng)懸臂躍層鋼桁架，最大懸挑長(zhǎng)度為10.65m，局部鋼桁架+伸臂鋼梁懸挑長(zhǎng)度達(dá)13m。

2.長(zhǎng)懸臂鋼桁架逆序施工工藝原理

采用深化設(shè)計(jì)軟件對(duì)長(zhǎng)懸臂躍層鋼桁架深化設(shè)計(jì)，明確躍層桁架每層豎向與水平分段點(diǎn)位置。施工時(shí)從首層開始逐層安裝躍層桁架，SRC 柱與SRC 梁里的型鋼柱、型鋼梁隨躍層桁架同步安裝，直至將型鋼柱、型鋼梁、躍層桁架形成一個(gè)完整的鋼結(jié)構(gòu)受力體系，然后利用鋼結(jié)構(gòu)受力體系承擔(dān)樓面結(jié)構(gòu)施工荷載，再?gòu)氖讓娱_始逐層澆筑樓面混凝土，從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)懸臂躍層鋼桁架逆序施工。

3.長(zhǎng)懸臂鋼桁架逆序施工工藝及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

長(zhǎng)懸臂躍層鋼桁架深化設(shè)計(jì)→施工測(cè)量放線→首層支撐胎架安裝→首層躍層桁架吊裝→逐層吊裝其余段躍層桁架→首層支撐胎架拆除→首層樓承板施工→依次施工其余樓承板

3.1 長(zhǎng)懸臂躍層鋼桁架深化設(shè)計(jì)

躍層鋼桁架深化設(shè)計(jì)主要對(duì)躍層桁架與SRC 柱、RC 梁的連接方式優(yōu)化，并確定躍層桁架的分段點(diǎn)位置，以便于工廠加工制作及現(xiàn)場(chǎng)安裝。利用BIM 技術(shù)對(duì)長(zhǎng)懸臂躍層鋼桁架進(jìn)行模型建立，根據(jù)躍層桁架受力情況確定分段點(diǎn)位置，分段點(diǎn)位置需設(shè)在桁架受力較小，并導(dǎo)出躍層桁架加工圖。躍層桁架與SRC 柱、RC 梁的連接可采用鋼牛腿形式，鋼牛腿與型鋼柱、型鋼梁連接應(yīng)在工廠一次加工成型（見圖1、圖2）。

圖1 躍層桁架BIM 模型示意圖

圖2 躍層桁架分段加工示意圖

3.2 施工測(cè)量放線

依據(jù)結(jié)構(gòu)施工圖紙、躍層鋼桁架深化圖紙以及內(nèi)控點(diǎn)布置圖，復(fù)核桁架位置及標(biāo)高。并在樓面上彈出支撐胎架位置線，確保胎架中心與桁架中軸線在同一立面上[1]。

3.3 首層支撐胎架安裝

3.3.1 裝配式胎架安裝

施工前應(yīng)對(duì)放置胎架的樓板進(jìn)行承載力驗(yàn)算，確保施工安全。裝配式胎架采用方鋼制作，相鄰兩節(jié)采用高強(qiáng)螺栓連接。胎架安裝時(shí)采用塔吊或汽車吊進(jìn)行安裝，先進(jìn)行胎架底座安裝，底座轉(zhuǎn)換采用H 型鋼制作，通過膨脹螺栓與樓板連接固定，或者提前在樓板內(nèi)預(yù)埋鋼板進(jìn)行焊接固定。底座安裝完成后再逐節(jié)安裝標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，最后在支撐胎架頂端安裝操作平臺(tái)，操作平臺(tái)上口標(biāo)高與首段躍層桁架下口垂直距離應(yīng)控制在50cm 至80cm 之間。操作平臺(tái)采用H 型鋼或槽鋼制作，四周設(shè)1100mm 高防護(hù)欄桿[2]（見圖3）。

圖3 支撐胎架構(gòu)造示意圖

3.3.2 升降裝置安裝、頂升

升降裝置由底座、升降機(jī)構(gòu)、固定機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)組成。底座上轉(zhuǎn)動(dòng)連接有轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)，用以調(diào)整支撐方向；底座上固定連接依靠固定管實(shí)現(xiàn)。升降機(jī)構(gòu)包括升降盤，轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)上設(shè)有多組升降桿，固定機(jī)構(gòu)包括固定臺(tái)，固定臺(tái)上設(shè)有兩組夾持塊，通過向固定管內(nèi)注入清水，并啟動(dòng)升降盤下移將清水壓入到升降桿的下方，將升降桿頂起，從而升降操作。使用完成后將清水放出，還可減輕裝置整體的重量，便于周轉(zhuǎn)使用[3]（見圖4）。

圖4 支撐胎架構(gòu)造效果圖

支撐胎架安裝完成后，將升降裝置平穩(wěn)放置在操作平臺(tái)上，并移動(dòng)升降裝置至操作平臺(tái)中心位置，使用升降裝置中心、支撐胎架中心、首段躍層桁架中軸線位于同一立面。位置調(diào)整完成后對(duì)升降裝置進(jìn)行臨時(shí)固定，向升降裝置固定管內(nèi)注入足量的清水，啟動(dòng)升降機(jī)構(gòu)推動(dòng)升降盤下移，通過液壓驅(qū)動(dòng)使得升降桿將固定臺(tái)頂起，直至設(shè)計(jì)標(biāo)高。升降裝置上口標(biāo)高應(yīng)與首段躍層桁架下口標(biāo)高一致[4]（見圖5）。

圖5 升降裝置構(gòu)造示意圖

3.4 首段躍層桁架吊裝

桁架現(xiàn)場(chǎng)吊裝利用塔吊、汽車吊等起重機(jī)械進(jìn)行。桁架吊裝時(shí)，為了防止損壞棱角，應(yīng)當(dāng)利用橡膠墊等柔性材料對(duì)吊裝位置進(jìn)行保護(hù)。起吊時(shí)當(dāng)桁架處于升降裝置上方20cm 左右時(shí)應(yīng)先進(jìn)行適當(dāng)穩(wěn)定，并調(diào)整桁架位置使其中軸線與升降裝置固定臺(tái)中軸線一致，然后緩慢下桁架，使其逐漸放入到升降裝置固定臺(tái)兩組夾持塊之間，并避免在下落時(shí)發(fā)生桁架與升降裝置碰撞的現(xiàn)象。放置完成后再次調(diào)整升降裝置使首段桁架滿足設(shè)計(jì)高程，最后將首段桁架與型鋼柱或鋼梁牛腿按設(shè)計(jì)要求連接固定[5]。

3.5 其余段躍層桁架吊裝

其余段躍層桁架安裝方法與首段躍層桁架一致，吊裝時(shí)先進(jìn)行型鋼柱、型鋼梁吊裝，型鋼柱、型鋼梁吊裝完成后再進(jìn)行其余段躍層桁架吊裝，其余段躍層桁架吊裝時(shí)應(yīng)直接按設(shè)計(jì)要求連接方式將其與前一段躍層桁架、型鋼柱、型鋼梁連接固定，直至躍層桁架全部安裝完成，并與型鋼柱、型鋼梁形成完整的受力體系[6]（見圖6）。

圖6 躍層桁架吊裝示意圖

3.6 首層支撐胎架拆除

支撐胎架拆除時(shí)，先將解除升降裝置的固定，利用升降機(jī)構(gòu)將固定臺(tái)降下，并將固定管內(nèi)的清水排出，便可拆除升降裝置。再利用塔吊或汽車吊從上至下依次拆除操作平臺(tái)、胎架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、胎架底座（見圖7）。

3.7 首層樓承板施工

施工前先進(jìn)行鋼筋桁架樓承板排版設(shè)計(jì)并出具排版圖，根據(jù)排版圖進(jìn)行鋪設(shè)，鋪設(shè)時(shí)以邊跨桁架中軸線為起鋪控制線，然后按設(shè)計(jì)鋪設(shè)方向逐塊鋪設(shè)，相鄰兩塊樓承板應(yīng)采用咬合連接，以防混凝土澆筑時(shí)出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。樓承板伸入桁架鋼梁翼緣的長(zhǎng)度不應(yīng)小于50mm，且不小于5d（d 為下弦鋼筋直徑）。鋼筋桁架樓承板跨度超過設(shè)計(jì)最大無支撐跨度時(shí)應(yīng)設(shè)反向支撐，反向支撐可采用鋼筋拉桿設(shè)置，通過花籃螺栓一端與鋼筋桁架連接，一端與上段躍層桁架連接。鋼筋桁架樓承板一端與SRC 柱、SRC 梁相接時(shí)，樓承板端部需以SRC 柱、SRC 梁側(cè)模內(nèi)邊緣為控制線，不得伸入SRC 柱、SRC 梁內(nèi)部，并樓承板端部設(shè)置反向支撐[7]。

首層樓承板鋪設(shè)完成后便可進(jìn)行分布筋及連接鋼筋安裝，驗(yàn)收合格后即可進(jìn)行混凝土澆筑，同一層鋼筋樓承板與SRC 柱、SRC 梁應(yīng)一次澆筑完成。澆筑混凝土?xí)r，不得對(duì)鋼筋桁架樓承板造成沖擊。傾倒混凝土?xí)r，應(yīng)迅速向四周攤開，避免堆積過高；泵送混凝土管道支架應(yīng)支撐在梁或墻上（見圖8）。

圖8 樓承板施工效果圖

3.8 其余層樓承板施工

樓承板施工與首層樓承板施工一致，由低至高逐層施工，直至所有樓層全部完成。

3.9 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

（1）支撐胎架操作平臺(tái)上口標(biāo)高與首段躍層桁架下口垂直距離應(yīng)控制在50cm～80cm。

（2）升降裝置中心、支撐胎架中心位于同一立面，升降裝置中心與首段躍層桁架中軸線偏差不應(yīng)大于10mm。

（3）躍層桁架分段點(diǎn)位置需設(shè)在桁架受力較小位置，應(yīng)高出桁架主梁頂面以上1.0m～1.3m。

（4）桁架分段連接時(shí)軸線空間位置偏差不應(yīng)大于10mm，連接節(jié)點(diǎn)中心空間位置偏差不應(yīng)大于15mm。

（5）首段躍層桁架應(yīng)按設(shè)計(jì)要求起拱，設(shè)計(jì)無要求時(shí)起拱高度不宜小于L/5000（L 為懸挑長(zhǎng)度）。

（6）升降裝置與首段躍層桁架的臨時(shí)固定應(yīng)利用夾持板進(jìn)行，嚴(yán)禁采用焊接方式對(duì)桁架進(jìn)行臨時(shí)固定。

（7）樓承板伸入桁架主鋼梁翼緣的長(zhǎng)度不應(yīng)小于50mm，且不小于5d（d 為樓承板下弦鋼筋直徑）。

結(jié)語：

長(zhǎng)懸臂鋼桁架逆序施工工藝，不僅消除了傳統(tǒng)支撐體系受載后產(chǎn)生的非彈性變形，有效保證了懸臂桁架安裝精度，而且長(zhǎng)懸臂躍層鋼桁架安裝完成后，與型鋼柱、型鋼梁形成完整的鋼結(jié)構(gòu)受力體系，有效解決了傳統(tǒng)工藝中長(zhǎng)懸臂躍層鋼桁架施工沉降問題，并利用鋼結(jié)構(gòu)整體受力體系承擔(dān)樓板施工荷載，減少了懸臂躍層鋼桁架及樓板支撐體系用量，節(jié)約周轉(zhuǎn)材料用量，其中圖書館與博物館長(zhǎng)懸臂躍層桁架施工較傳統(tǒng)工藝每層節(jié)約工期3 天，逆序施工既保證施工質(zhì)量，又節(jié)約了施工成本，提高了施工效率，在體量大、層高高、工期短的多層型鋼混凝土結(jié)構(gòu)施工方面積累了經(jīng)驗(yàn)，對(duì)后續(xù)長(zhǎng)懸臂躍層桁架施工有著很好的借鑒作用，應(yīng)用前景非常廣泛。