大跨度鋼結(jié)構(gòu)場(chǎng)館懸掛結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-6903（2025）08-0010-03

0 引言

在大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，安裝懸掛結(jié)構(gòu)始終是重難點(diǎn)難題。這些結(jié)構(gòu)通常位于主體結(jié)構(gòu)的邊緣地帶，其依靠吊柱或拉桿與上部鋼桁架相連，以支撐起下方的樓層結(jié)構(gòu)。特別是當(dāng)?shù)踔蚶瓧U呈現(xiàn)傾斜狀態(tài)時(shí)，整個(gè)受力系統(tǒng)變得更加復(fù)雜與多變，對(duì)施工精確度提出了十分嚴(yán)格的要求。鑒于此，對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)場(chǎng)館中懸掛結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)進(jìn)行深入探索，顯得尤為迫切且具有重要意義。

1工程概況

某圖書(shū)館項(xiàng)目整體規(guī)劃用地約3.96萬(wàn) m² ，總建筑面積高達(dá)11.40萬(wàn) m² ，細(xì)分為地上7.80萬(wàn) m² 與地下3.60萬(wàn) m² 的建筑面積。項(xiàng)目主體包括一座7層、高達(dá)50m 的塔樓，一層 8m 高的裙樓，以及全面覆蓋的地下室。塔樓上部結(jié)構(gòu)采用了規(guī)則的 16.8m×16.8m 柱網(wǎng)布局，外圍的懸挑結(jié)構(gòu)在屋頂層達(dá)到最大幅度 16.8m 逐層縮減，整體建筑高度為 49.5m 在建筑的核心區(qū)域，采用的是框架結(jié)合剪力墻筒體的結(jié)構(gòu)體系，對(duì)于懸挑部分，項(xiàng)目則創(chuàng)造性地采用了“懸掛結(jié)構(gòu)”設(shè)計(jì)。

2工程重點(diǎn)及難點(diǎn)

本工程鋼結(jié)構(gòu)施工規(guī)模龐大，覆蓋廣闊區(qū)域，鋼材使用量驚人，達(dá)到了約2.4萬(wàn)t，并伴隨著為期6個(gè)月的緊湊施工時(shí)段，這在大型城市場(chǎng)館鋼結(jié)構(gòu)工程中十分典型。該工程的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)錯(cuò)綜復(fù)雜，加勁肋分布密集。為了保障大跨度鋼結(jié)構(gòu)場(chǎng)館的功能性和實(shí)用性，特別選用了Q390、Q420、Q460等高強(qiáng)度鋼材（性能參數(shù)如表1所示）。隨著鋼材強(qiáng)度等級(jí)的提升，其焊接性能卻相應(yīng)下降，對(duì)焊縫質(zhì)量的要求愈發(fā)嚴(yán)苛，加之焊接作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，使得焊接工作極具挑戰(zhàn)性。

表1Q390、Q420、Q460等高強(qiáng)度鋼材性能表

在整體結(jié)構(gòu)受力體系中，屋頂桁架層及其外圍懸掛結(jié)構(gòu)占據(jù)著重要的地位。施工之際，必須嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)方規(guī)定的受力標(biāo)準(zhǔn)。為確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，安裝屋頂懸挑桁架及懸掛結(jié)構(gòu)時(shí)，須搭建臨時(shí)支撐體系，該體系既要滿(mǎn)足承載需求，又要避免對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成損傷，從而保障施工質(zhì)量和整體結(jié)構(gòu)的安全性。

本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，在外圍懸掛鋼結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程中，面臨著重重挑戰(zhàn)，對(duì)施工技術(shù)的要求極為嚴(yán)苛。項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)采用了框架-核心筒體系，明確劃分了非懸挑區(qū)與懸挑區(qū)。非懸挑區(qū)環(huán)繞4個(gè)核心筒布局，懸挑區(qū)則向外延伸。在非懸挑區(qū)內(nèi)，樓面荷載的傳遞路徑簡(jiǎn)潔明了，自樓板依次通過(guò)次梁、框架梁，最終傳遞至框架柱或核心筒，實(shí)現(xiàn)了荷載的自上而下有效傳導(dǎo)。

懸挑區(qū)的荷載傳遞機(jī)制則大相徑庭：荷載自樓板起始，經(jīng)次梁、框架梁后，通過(guò)吊桿上傳至屋頂桁架，最終由框架柱或核心筒承擔(dān)，形成了自下而上的獨(dú)特傳力路徑。懸挑區(qū)域運(yùn)用了全鋼材質(zhì)的“懸掛結(jié)構(gòu)”設(shè)計(jì)，屋頂特別安裝了上翻鋼桁架系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用吊柱來(lái)支撐下方樓層的質(zhì)量。各樓層均統(tǒng)一選用單向?qū)嵏逛摿鹤鳛榻Y(jié)構(gòu)主體，而吊柱與樓面鋼梁的連接則巧妙地采用了鉸接方式，這樣的構(gòu)造既確保了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，又為其增添了一定的靈活度。所有懸掛吊柱均采用高強(qiáng)度Q420C鋼，直徑分別為 250mm 和 290mm 的U型吊柱，顯著增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體效能。

3施工總體部署

3.1總體安裝流程

本項(xiàng)目采取的總體方針是充分利用現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械資源，確保鋼結(jié)構(gòu)吊裝作業(yè)高效有序，并保證各施工環(huán)節(jié)與相關(guān)單位的作業(yè)流程無(wú)縫對(duì)接[。在資源配置環(huán)節(jié)，通過(guò)細(xì)致的對(duì)比分析和優(yōu)化策略，實(shí)現(xiàn)了資源的平衡高效分配。施工管理方面，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和結(jié)構(gòu)受力特性，定制了施工方案。

在框架結(jié)構(gòu)施工中，QAY型動(dòng)臂起重機(jī)憑借其卓越性能成為首選設(shè)備（QAY型動(dòng)臂起重機(jī)技術(shù)參數(shù)如表2所示）。對(duì)于懸挑桁架和懸掛結(jié)構(gòu)，采取了分段吊裝的方法，并輔以臨時(shí)支撐系統(tǒng)，以確保施工安全。屋頂層結(jié)構(gòu)完工后，立即展開(kāi)下方懸掛結(jié)構(gòu)的施工[2。主樓非懸挑區(qū)域的鋼結(jié)構(gòu)施工結(jié)束后，迅速轉(zhuǎn)入懸挑區(qū)域的施工。

在施工過(guò)程中，充分利用主樓結(jié)構(gòu)的支撐作用：下層懸掛結(jié)構(gòu)借助上一層主樓結(jié)構(gòu)實(shí)施斜拉施工；而屋頂層懸挑桁架的施工，則依靠下層主樓結(jié)構(gòu)設(shè)置斜撐，以增強(qiáng)穩(wěn)定性[3]。桁架的安裝工作分階段進(jìn)行，懸掛結(jié)構(gòu)的吊柱則在懸挑桁架施工完畢后，從頂層逐層向下安裝，直至底層（吊柱應(yīng)變監(jiān)測(cè)配置如表3所示）。整個(gè)吊裝作業(yè)完成后，按照計(jì)劃，從頂層開(kāi)始逐層拆除臨時(shí)支撐系統(tǒng)，以確保施工的高效性和安全性[4]。

表2QAY型動(dòng)臂起重機(jī)技術(shù)參數(shù)表

表3吊柱應(yīng)變監(jiān)測(cè)配置

3.2 現(xiàn)場(chǎng)總體焊接要點(diǎn)

對(duì)于擁有復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和精度要求較高的子項(xiàng)目，焊接技術(shù)成為連接構(gòu)件的基礎(chǔ)手段，也是確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與安全的關(guān)鍵所在。考慮到本工程項(xiàng)目獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及懸掛吊柱所承受的復(fù)雜受力條件，經(jīng)過(guò)慎重考慮與研究，決定采用整體對(duì)稱(chēng)焊接技術(shù)，以最大程度上減少和降低焊接過(guò)程中可能出現(xiàn)的應(yīng)力變形，從而維護(hù)結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性能，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

整體對(duì)稱(chēng)焊接技術(shù)的核心原則是對(duì)稱(chēng)性，即通過(guò)對(duì)稱(chēng)分布焊點(diǎn)和均衡控制焊接熱量的輸入，有效平衡焊接過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，避免結(jié)構(gòu)由于不均勻的熱膨脹與冷卻收縮而出現(xiàn)的變形。

在本工程項(xiàng)目中，該技術(shù)的應(yīng)用即體現(xiàn)在了單個(gè)構(gòu)件的焊接方面，更是貫穿于整個(gè)結(jié)構(gòu)的組裝焊接過(guò)程中，以確保每一處的焊接均能夠達(dá)到最佳的力學(xué)性能和外觀(guān)效果。為確保焊接質(zhì)量滿(mǎn)足要求，在具體的焊接作業(yè)中，對(duì)結(jié)構(gòu)的標(biāo)高、垂直度以及水平度均實(shí)施了嚴(yán)格的監(jiān)控。通過(guò)利用全站儀、水準(zhǔn)儀等先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器，定期對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行測(cè)量，及時(shí)調(diào)整在焊接過(guò)程中可能出現(xiàn)的微小誤差。控制結(jié)構(gòu)預(yù)起拱值時(shí)，要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和力學(xué)計(jì)算模型，精確設(shè)定預(yù)起拱量，并通過(guò)在焊接過(guò)程中的不斷校驗(yàn)，以確保最終結(jié)構(gòu)形態(tài)與設(shè)計(jì)預(yù)期的高度契合，既要滿(mǎn)足美學(xué)的要求，又要保證結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性和功能性。

在焊接順序的安排上，更是展現(xiàn)出了超高的專(zhuān)業(yè)性和策略性。核心筒焊接作業(yè)作為整個(gè)結(jié)構(gòu)的核心，焊接質(zhì)量和精確性對(duì)于整個(gè)工程項(xiàng)目的建設(shè)質(zhì)量發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過(guò)先完成的核心筒焊接，可為非懸挑區(qū)域提供一個(gè)穩(wěn)定和安全的基礎(chǔ)框架，有利于整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和精準(zhǔn)對(duì)接。以核心筒為基礎(chǔ)逐步向外推進(jìn)非懸挑區(qū)域的焊接工作，要有詳盡的規(guī)劃，以確保每一段焊縫的焊接均能夠在不干擾其他區(qū)域的基礎(chǔ)上進(jìn)行，并保持焊接速度和質(zhì)量的均衡。非懸挑區(qū)域的順利完成，為進(jìn)入下一步更加復(fù)雜的懸挑區(qū)域構(gòu)件焊接奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

懸挑區(qū)域的焊接是本工程項(xiàng)目焊接作業(yè)過(guò)程中的重難點(diǎn)之一。由于懸挑結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，且對(duì)焊接變形控制要求較高，施工人員在此過(guò)程中采取了針對(duì)性的焊接策略與額外的支撐措施。通過(guò)對(duì)懸挑構(gòu)件的預(yù)組裝，再通過(guò)臨時(shí)支撐系統(tǒng)調(diào)整至設(shè)計(jì)位置，逐一進(jìn)行焊接，確保每一個(gè)節(jié)段的精確連接。待所有的懸掛吊柱相關(guān)節(jié)點(diǎn)焊接工作全部結(jié)束后，整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全得到了充分保障。這一焊接流程，確保了焊接作業(yè)的順利進(jìn)行，顯著提升了工程項(xiàng)目的質(zhì)量和精度，充分展示了現(xiàn)代焊接技術(shù)在復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中強(qiáng)大的應(yīng)用能力和技術(shù)創(chuàng)新。通過(guò)嚴(yán)格的焊接步驟，本工程項(xiàng)目滿(mǎn)足了結(jié)構(gòu)對(duì)于穩(wěn)定和安全的嚴(yán)格要求，也為同類(lèi)工程項(xiàng)目的順利開(kāi)展提供了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。

表4施工全過(guò)程跟蹤分析結(jié)果表

3.3施工模擬分析

本項(xiàng)目采用先進(jìn)的Midas/Gen有限元分析軟件作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具，以保證工程結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，確保安裝進(jìn)度和施工過(guò)程的安全性。該軟件在建模和深度分析復(fù)雜大型結(jié)構(gòu)方面帶來(lái)了顯著的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗哂懈咝У乃惴ā?/p>

在施工準(zhǔn)備過(guò)程中，充分利用MIDAS/GEN軟件精心模擬分析了整個(gè)施工過(guò)程。分析的核心集中在施工過(guò)程中懸索結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的變化，以及結(jié)構(gòu)變形和懸架吊柱在臨時(shí)支撐系統(tǒng)卸載前后受力狀況等方面[5]。根據(jù)施工全過(guò)程的模擬分析結(jié)果，為保證施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全，為工程順利推進(jìn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，規(guī)劃了臨時(shí)保障措施的拆除順序和流程。在建設(shè)過(guò)程中全面跟蹤分析主體結(jié)構(gòu)，并對(duì)其各個(gè)建設(shè)階段的表現(xiàn)給予高度關(guān)注。具體分析結(jié)果如表4所示。通過(guò)細(xì)致的分析工作，得出了施工各階段結(jié)構(gòu)的總體應(yīng)力分布情況和撓度分布情況。

4結(jié)束語(yǔ)

基于本工程結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性和實(shí)際施工環(huán)境的考量，對(duì)支撐體系的穩(wěn)定性和受力狀態(tài)進(jìn)行了精確計(jì)算，從而建立起一個(gè)穩(wěn)固可靠的支撐系統(tǒng)。在懸掛結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程中，采用了先進(jìn)的施工技術(shù)與設(shè)備，并結(jié)合分階段的全流程施工模擬分析，科學(xué)合理地規(guī)劃了懸掛結(jié)構(gòu)的安裝步驟。結(jié)果表明：該施工技術(shù)的應(yīng)用，有效保障了鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵施工步驟的安全穩(wěn)定與精確安裝，全面符合設(shè)計(jì)與相關(guān)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。

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