某高層建筑屋頂薄壁鋼結構安裝技術探討

（廈門象嶼工程咨詢管理有限公司，福建 廈門 361000）

某高層建筑屋頂薄壁鋼結構安裝技術探討

曾遠峰

（廈門象嶼工程咨詢管理有限公司，福建 廈門 361000）

本文以某工程為例，闡述對鋼結構安裝工藝、臨時支撐體系、施工階段結構以及塔吊拆除工藝的研究，總結施工過程得到的經驗，最終本工程是圓滿完工。

高層建筑；薄壁鋼結構；支撐；安裝

1 工程概況

本工程建筑主樓結構176.23m，加上39m的薄壁鋼管構成空間屋頂鋼結構，屋頂結構外邊線距地面205.23m。鋼結構屋頂用的鋼管結構中，面積最大的300mm*18mm，最小的60mm*9mm。鋼管間用相關焊接，整個鋼結構總重426000千克。整個建筑結構形狀為 “三腳凳”形，3個支腳均為倒錐形，整個結構靠11根鑄鋼件支撐。

工程特點和難點為：（1）吊裝問題。屋頂管桁架內部在屋頂結構設計方案發生改變后無法滿足吊裝要求。（2）風荷載影響。主樓結構高176.23 m，屋頂鋼結構高達39 m，高空風荷載影響嚴重。（3）吊裝測量要求高。鋼結構屋頂吊裝封閉前是不穩定的，且同一個節點有數根桿件，因此吊裝測量需要十分注意。（4）施工階段結構穩定至關重要。由于屋頂結構高度高41 m，且屋頂結構四周無結構依靠，在屋頂結構吊裝封閉前都是鉸接連接，整個結構不穩定，加重施工難度。（5）腳手架搭設難度高。

2 鋼結構安裝工藝研究

2.1 確定方案和技術路線

圖1 構件吊裝示意

圖2 全站儀軸線控制網示意

本案例最后施工方案是：采用鋼管桁架構成“三腳凳”形的空間結構。最后決定的設計方案中采用的屋頂結構構件為薄壁鋼管，但是，由于結構的復雜性和安全性，結構構件的面積都不大，最大的約1350～1400m2，因此需要剛管桿件很多，最多達兩千多根。屋頂鋼結構用鋼管相貫連接，因此很多鋼管是連接相交在一點，最多時13根桿件交匯在一點。如果現場安裝存在很大困難，經過研究決定在先在工廠進行預拼。考慮到整體提升存在較大問題，因此用分塊吊裝施工。建模后通過和設計方溝通協調，本工程施工技術路線是：用分塊吊裝法由K5/50B塔吊完成3個支腳和支腳間聯系桁架，使結構封閉后再在結構上裝QM18、QW6屋面吊，拆除K5/50B塔吊后，剩余鋼管構件散件吊裝（見圖1）。分塊吊裝即按設計方案將屋頂鋼結構分成若干塊進行預制和拼裝，然后進行吊裝。分塊吊裝和散件吊裝相比有一定優點：一、減少高空作業量，提高校正精度，同時相對安全；二、減少腳手架的搭設，減小對屋面荷載影響。分塊吊裝時須用腳手架進行穩定，分塊吊裝過程鋼結構和腳手架交替上升，互為依靠，腳手架相對于散件吊裝更簡化，需要腳手架更少。

2.2 測量

屋頂需要桿件很多，縱橫交錯空間內很難有位置放置測量儀式，由于腳手架阻擋，在屋頂結構底部也不是架設測量儀器的好位置，無法直觀進行剛測定位。有人提出將測量儀器設在腳手架上，但工人走動和吊裝構件時會因震動影響測量。若跟普通工地一樣用經緯儀和垂準儀無法滿足鋼構件安裝校準要求，建模計算結果顯示，此項目所在地風速較大，施工中整個構件最大彈性將達57mm，工程施工中對構件定位至關重要。經勘測現場數據，施工方決定測量所有控制點和周線，修正后在大屋面上建控制網，將結構中所有橫向構件投影到屋面，和相關控制軸線進項測放。分塊吊裝時要保證11根豎向主弦桿垂直度和標高偏差在控制要求內。底部空間與控制線偏差通過控制網設定來控制；通過設在核心筒內塔的專用測量臺及參照11根向主弦桿與控制軸線間絕對偏差關系來控制上部結構構件與11根豎向主弦桿間相對偏差值。經設計方案不斷優化，本工程最終吊裝偏差位移控制在5mm內。

3 臨時支撐體系研究

據測量計算結果，初步審計腳手架規模：根據腳手架高度高過結構主體原則，腳手架設計高度40m，腳手通道4道；12m高四管立竿底部、18m高雙管立竿中部以及12m高上部。

圖3 腳手架搭設優化示意圖

圖4 臨時抗風支撐平面位置示意

本工程風荷載參數設置是根據本工程有關數據和要求且通過MIDAS軟件進行建模計算，規模按50年一遇標準設計。通過以上計算結果，經專家論證確認，對腳手架設計方案進行優化，結果是：腳手架改為39m；15m高四管立竿底部、7m高雙管立竿中部及19m高上部（見圖3）。

根據優化后腳手架搭設方案，再次進行MIDAS結構計算。計算結果符合設計受力要求（最大軸力33.8kN、最大位移36.1mm）。優化不是最終實施結果，因為施工過程中，我們根據遇到具體情況又進行優化，且根據優化情況計算，在建模計算基礎上減少相應部位腳手架。

4 施工階段結構分析

屋頂鋼結構從3個支腳（標高+184.65m）到第1道相互連通水平桁架（標高+218.7m）間距34m，且支架間缺少穩固支撐，自身剛度不夠支撐整體對支架產生的變形。鋼結構屋頂底部是鉸接形式，造成屋頂結構穩定得不到保證。因此屋頂鋼結構吊裝前要通過結構建模，分析每一施工狀態的結構體系，滿足結構分塊吊裝施工可行性。

抗風荷載結構建模結果分析，單腳手架固定作用和屋頂鋼結構自身的相互依靠作用是不夠的，須增加抗風支撐。但是39m的鋼結構屋頂只有12m的可附著核心筒是不夠的，根據施工順序，抗風支撐拆除時，K5/50B塔吊已拆，剩下的QM18、QW6屋面吊起重半徑不能滿足覆蓋全工程現場要求，因此抗風支撐連接點選擇很重要。考慮以上情況，同時滿足結構建模計算結果允許條件下，共設置16根抗風支撐，抗風支撐一端鉸支于混凝土核芯筒外壁，另一端鉸支于豎向鋼桁架內側面（標高+201.20m），抗風支撐選用Φ400mm×10mm鋼管。此方案效果良好，設置抗風支撐很好的解決了結構不穩定問題，抗風支撐拆除的便利證明了抗風支撐的大小和節點設計是正確的。

5 塔吊拆除工藝研究

從本工程特點出發，K5/50B塔吊拆除采用置換法，即等K5/50B塔吊安裝QM18屋面吊，在待拆除K5/50B塔吊后安裝QW6屋面吊來拆除組裝QM18屋面吊。這個拆除方案中，關鍵點是M18屋面吊，只有設置合理科學，后續工作才能順利進行。以下是兩個方案的討論結果：

方案一：首先確定時QM18屋面吊須安裝在距K5/50B塔吊中心16m半徑內，而它的有效起重高度必須超過K5/50B塔吊A架高度。根據施工路線，K5/50B塔吊無法先拆，因此要盡可能多次使用K5/50B塔吊，為此QM18屋面吊安裝在核心筒東側。但是QM18屋面吊有效高度不夠，需設計支架來使其有足夠有效高度。此方案有個缺點，就是在拆除K5/50B塔吊時，由于屋頂鋼結構限制，沒有辦法在整個巴干拆卸下來，須進行高空分節拆除，有危險性；同時K5/50B塔吊回轉臺拆除時，起重高度受屋頂鋼結構限制，K5/50B塔吊在拆除巴桿后需自降約6m后才能拆除，同樣安全度較低。

圖5 屋面吊支撐位置加固示意

方案二：為解決方案一的危險性，采用在把QM18屋面吊設置在屋頂鋼結構自身結構上，QM18屋面吊起重高度就不會受屋頂鋼結構限制，K5/50B塔吊巴桿可整體拆除，不用高空分節拆除，避免危險性。但是屋頂鋼結構是薄壁弱抗風結構，如果把QM18屋面吊設置在屋頂鋼結構自身結構上，需增加屋頂鋼結構加固量，且K5/50B塔吊起重高度無法滿足QM18屋面吊組裝要求。為計算加固量，我們把QM18屋面吊載荷加入模型中，得出計算結果是：桁架要在+213.8m外圍全部安裝、焊接完后才進行QM18屋面吊安裝。

根據計算結果將QM18、QW6屋面吊機安裝在鋼管桁架自身結構上如圖5。

考慮到K5/50B塔吊最后一次爬升時由于K5/50B塔吊有效起重高度無法滿足標高+225.7m的結構安裝（差3.1m），也就不能滿足標高+225.7m之上的QM18屋面吊組裝。想過增加一個爬升附著支架以增大爬升梁間距來滿足組裝要求，但是這增加一個爬升需要加大相應位置核心筒加固量，且要占去部分腳手架面積，對腳手架受力不利。經討論論證，決定先在爬升梁下增加1道過梁（高1.4m），將K5/50B塔吊的吊鉤（3.2m）拆除，用小車加裝鋼絲繩和卸扣替代吊鉤，使K5/50B塔吊前一次爬升后的起重高度滿足QM18、QW6屋面吊底座的安裝。再改變QM18、QW6屋面吊常規的安裝順序，先人工安裝好QW6屋面吊，再由QW6屋面吊組裝QM18屋面吊。

結語

本工程屋頂鋼結構施工時間通過優化施工順序和方法比合同工期提前17天完成，總計安裝時間不到四個月。通過方案優化，腳手架使用過程中最終腳手架鋼管用量比原方案節約150噸，連同腳手架架拆、租賃費用一共節約26萬元。本工程安裝過程用屋頂鋼管桁架自身結構，省去用于加固的鋼材料12噸，價值約6萬元。對今后類似的鋼結構工程施工有積極借鑒作用。

[1]馮振源.超高層建筑中薄壁結構安裝工藝研究[D].期刊論文.建筑施工，2013.

[2]徐飛飛.整體薄壁結構件殘余應力預測與銑削加工變形研究[D].大連理工學，2010.

TU39 < class="emphasis_bold"> 文獻標識碼：A

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