高層屋面連體大懸挑雙層鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

南通華新建工集團(tuán)有限公司 南通 226631

1 工程概況及施工難點(diǎn)

1.1 工程概況

新城總部大廈位于南京市浦口總部大道與新浦路交叉路口，本項目的鋼結(jié)構(gòu)部分主要分布于A、B塔樓頂部，標(biāo)高在86.83～97.88 m之間，鋼結(jié)構(gòu)總質(zhì)量約800 t，結(jié)構(gòu)形式為鋼桁架結(jié)構(gòu)（部分鋼骨柱鋼骨梁）。

工程主要分為四個區(qū)段：

第一區(qū)段：A、B塔樓頂部，標(biāo)高在86.83～97.88 m之間的鋼骨柱鋼骨梁。安裝完成后外包混凝土。

第二區(qū)段：A、B塔樓頂部之間，標(biāo)高90.83～97.88 m之間的懸挑鋼桁架，桁架高7 050 mm，從A、B塔樓頂部側(cè)面向中間懸挑，懸挑距離為16 m左右。在中間合攏，并間隔600 mm，在桁架結(jié)構(gòu)中間有一個Φ12.9 m的圓形空洞。

第三區(qū)段：B塔樓頂部B軸外側(cè)，標(biāo)高90.83～97.88 m之間的懸挑鋼桁架，桁架高7 050 mm，從B塔樓頂部側(cè)面向外側(cè)懸挑，懸挑距離為9.7 m左右。

第四區(qū)段：A、B塔樓頂13軸外側(cè)，標(biāo)高90.83～97.88 m之間的懸挑鋼桁架，桁架高7 050 mm，從A、B塔樓頂部側(cè)面向外側(cè)懸挑，懸挑距離為5 m左右，如圖1所示。

1.2 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)分析

（a）本工程現(xiàn)場安裝只能采用塔吊吊裝，因吊重限制，預(yù)加工車間也不能組成整榀鋼桁架件，故需按如下指導(dǎo)思想：“化整為零、提高單件精度、保證整體精度”的原則進(jìn)行加工制作。

圖1 新城總部大廈外觀

（b）H型鋼桁架結(jié)構(gòu)位于標(biāo)高86.83～97.88 m處，均為外挑桁架且懸挑距離大（16 m），高空吊裝、組拼難度大。

（c）A、B塔樓屋頂鋼結(jié)構(gòu)相連并形成弧形結(jié)構(gòu)，故各構(gòu)件的安裝定位、標(biāo)高測量控制及安裝校正亦是現(xiàn)場安裝施工的難點(diǎn)。

（d）由于構(gòu)件安裝高度高且為懸挑結(jié)構(gòu)，如何控制懸挑端的起拱量遂成為重點(diǎn)，也給定位測量帶來一定的難度。

（e）桁架下方均為懸空狀態(tài)，所以，施工安全措施的落實(shí)是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。

2 鋼結(jié)構(gòu)施工總體部署

2.1 鋼結(jié)構(gòu)施工指導(dǎo)原則

對于屋面鋼構(gòu)件的全部加工件以“工廠分段單根制作、構(gòu)件分段運(yùn)輸、現(xiàn)場塔吊垂直運(yùn)輸?shù)跹b、高空就位安裝”為原則進(jìn)行施工。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)施工區(qū)段的劃分

鋼結(jié)構(gòu)施工區(qū)段的劃分如圖2所示。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)屋面施工區(qū)段的劃分

2.3 施工機(jī)具部署

所有構(gòu)件卸車及吊裝均利用現(xiàn)場2 臺1 600 kN塔吊，詳圖分解時，每個構(gòu)件分段質(zhì)量不超過塔吊起吊能力，結(jié)構(gòu)詳圖經(jīng)設(shè)計院認(rèn)可后，施工前應(yīng)附上每個構(gòu)件質(zhì)量及塔吊起吊能力表報監(jiān)理審核。

3 鋼結(jié)構(gòu)吊裝[1-6]

3.1 鋼構(gòu)件準(zhǔn)備

所有鋼構(gòu)件在工廠進(jìn)行制作，構(gòu)件分段質(zhì)量根據(jù)現(xiàn)場塔吊吊重進(jìn)行拆分。

3.2 塔樓樓頂上的鋼骨柱和鋼骨梁的吊裝

3.2.1 鋼骨柱梁結(jié)構(gòu)吊裝流程

第22層的鋼骨柱吊裝→吊裝鋼骨梁→綁扎鋼筋籠并支模→澆筑混凝土→第23層的鋼骨柱吊裝→吊裝鋼骨梁→綁扎鋼筋籠并支模→澆筑混凝土

3.2.2 吊裝工藝

（a）鋼柱預(yù)埋螺栓。鋼柱標(biāo)高控制采用調(diào)整螺母控制，在每一根柱的預(yù)埋螺栓上安裝好1 個螺母，并測量好統(tǒng)一標(biāo)高，當(dāng)鋼柱底座板插入螺栓后，初步擰緊螺母，安裝工人通過預(yù)先捆綁在鋼柱上的爬梯上至鋼柱頂端摘鉤，摘鉤后用互成90°的2 架經(jīng)緯儀找正鋼柱垂度，然后擰緊地腳螺栓雙螺母。

（b）吊裝綁扎。選用二點(diǎn)式綁扎，一點(diǎn)式起吊。鋼柱吊裝利用鋼柱頂端上設(shè)置的柱與柱對接安裝耳板上的吊裝孔，再用專用吊具卸扣進(jìn)行吊裝。鋼柱吊裝時用對講機(jī)指揮塔吊吊裝，當(dāng)鋼柱起吊至垂直狀態(tài)時不得馬上提起離開地面，應(yīng)待柱頂停止晃動后，才能將鋼柱起吊離地。

（c）鋼柱對接安裝。先控制標(biāo)高、垂直度，其后校正扭轉(zhuǎn)的安裝方法，用臨時螺栓固定。在上節(jié)鋼柱吊裝前，先在下節(jié)鋼柱頂端四面耳板上安裝好夾板，待上節(jié)鋼柱吊裝對接時，柱下端的耳板插入下節(jié)鋼柱的四面各2 塊夾板內(nèi)，穿入臨時安裝螺栓，且初步擰緊螺栓，并在上下鋼柱的耳板之間插入小型鐵楔，以控制其標(biāo)高，摘鉤后，再用2 架經(jīng)緯儀校正鋼柱垂直度，擰緊安裝螺栓。

如鋼柱對接后產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，則在臨時連接板和耳板之間墊入扭轉(zhuǎn)偏差值等厚的墊板，擰緊安裝螺栓后，即糾正鋼柱扭轉(zhuǎn)，以此類推安裝其他鋼柱。

梁兩端采用高強(qiáng)螺栓連接安裝時，安裝螺栓先按規(guī)格型號、數(shù)量配備好，裝在帆布袋內(nèi)，再用鐵絲捆在梁端一起吊上去（圖3）。

圖3 柱、梁安裝

（e）高強(qiáng)螺栓安裝。高強(qiáng)螺栓特點(diǎn)是施工方便，可拆可換，傳力均勻，接頭剛性好，承載能力大，疲勞強(qiáng)度高，螺母不易松動，結(jié)構(gòu)安全可靠。本工程鋼結(jié)構(gòu)安裝節(jié)點(diǎn)設(shè)計為磨擦型連接節(jié)點(diǎn)，采用10.9級大六角高強(qiáng)螺栓。

3.3 兩塔樓（L～G軸）間鋼構(gòu)件的吊裝

3.3.1 鋼構(gòu)件安裝主流程

A、B塔樓間的桁架可以看成對稱懸挑結(jié)構(gòu)，經(jīng)綜合分析吊裝安全、塔吊起吊能力、吊裝就位控制等，最終采用先吊裝A樓12軸HJ-3，因為A塔樓塔吊起吊能力大，HJ-3質(zhì)量小，故優(yōu)先吊本桁架。B塔樓桁架安裝參考A塔樓桁架。

3.3.2 鋼構(gòu)件吊裝工況介紹

在安裝鋼桁架之前，所有鋼骨柱鋼骨梁及其外包混凝土均已施工完畢。并且混凝土達(dá)到預(yù)定的強(qiáng)度。外挑鋼牛腿是預(yù)先連于鋼骨構(gòu)件上一起吊裝的。

第一步：吊裝12軸桁架下弦鋼梁及其臨時撐桿。并且在水平方向上設(shè)左右2 根手動葫蘆調(diào)節(jié)拉索，垂直方向設(shè)1 根手動葫蘆以調(diào)節(jié)拉索。在調(diào)整好水平方向和垂直方向的參數(shù)后，緊固好梁與短梁的節(jié)點(diǎn)螺栓，隨即將鋼梁焊縫全部焊完，同時將下方支撐鋼管節(jié)點(diǎn)焊接，確保支撐不移位。此時，3 根調(diào)節(jié)葫蘆不能拆除。

Ca1、ca2、ca3 {font-size:l6px;list-style:none；Width:300px;padding:l2px；background-color:# ddd;}

第二步：吊裝12軸桁架斜腹桿鋼梁。此時，可拆除上方調(diào)節(jié)用的手動葫蘆。

第三步：吊裝11軸桁架下弦鋼梁及其臨時撐桿。并且在水平方向上設(shè)左右2 根調(diào)節(jié)拉索，垂直方向設(shè)1 根調(diào)節(jié)拉索。在調(diào)整好水平方向和垂直方向的參數(shù)后，緊固好梁與短梁的高強(qiáng)螺栓節(jié)點(diǎn)，同時焊好節(jié)點(diǎn)處焊縫。此時，3 根調(diào)節(jié)葫蘆也不能拆除。本工況與第一步完全一致。

第四步：吊裝11軸桁架斜腹桿鋼梁。此時，可拆除上方調(diào)節(jié)用手動葫蘆。

第五步：吊裝11～12軸間K軸位置的HJ1下弦鋼梁。本鋼梁就位后，11軸、12軸鋼梁兩側(cè)的手動葫蘆均可拆除。

第六步：吊裝11～12軸交K～L軸間的主鋼梁及此間的桁架下弦鋼支撐。

第七步：吊裝11～12軸交K～L軸位置的桁架下弦鋼次梁。

第八步：吊裝11～12軸交K～L軸位置的桁架下弦鋼樓承板。并焊好與鋼梁的焊釘，使此房間成為穩(wěn)定的安裝平臺。

第九步：分別吊裝11和12軸鋼桁架直腹桿和上弦鋼梁，并完成調(diào)校工作。

第十步：吊裝11～12軸間K軸位置的HJ1上弦鋼梁。

第十一步：吊裝11、12軸交K、L軸位置的桁架上弦鋼水平支撐和鋼次梁。在完成此間鋼結(jié)構(gòu)安裝后，按圖示方向延伸安裝，直至所在區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)安裝完畢。

安裝過程中須注意及時調(diào)整并在精確就位后，立即焊接，焊接質(zhì)量應(yīng)滿足設(shè)計及規(guī)范要求。并注意要起拱，確保出現(xiàn)不下?lián)犀F(xiàn)象。

本區(qū)域的K、J、H三軸線鋼桁架最后吊裝，且必須在L～G交13～10軸間鋼桁架構(gòu)件所有焊縫均完成后才能吊裝（圖4）。

圖4 懸空部分安裝完成

3.4 橫向外挑出B塔樓的鋼構(gòu)件吊裝

本區(qū)鋼桁架結(jié)構(gòu)型式及布置與G、H軸基本一致，故吊裝參考上述鋼構(gòu)件的吊裝方案進(jìn)行。

3.5 縱向外挑出A、B塔樓的鋼構(gòu)件吊裝

3.5.1 鋼構(gòu)件安裝主流程[7,8]

具體安裝步驟：將所有安全保證措施（如生命線、安裝平臺等）安裝到位，并檢查合格→吊裝桁架下弦梁→安裝桁架斜腹桿→按此順序安裝旁邊的桁架的下弦梁及斜拉桿→安裝桁架間的鋼梁→鋪設(shè)樓承板→安裝桁架直腹桿及上弦梁→依次逐間完成吊裝

3.5.2 鋼構(gòu)件吊裝工況介紹

在安裝鋼桁架之前，所有鋼骨柱鋼骨梁及其外包混凝土均已施工完畢。并且混凝土達(dá)到預(yù)定的強(qiáng)度。

第一步：吊裝桁架下弦鋼梁及斜腹桿的組合件，查構(gòu)件分段表，組合件的質(zhì)量均在塔吊吊重范圍內(nèi)。并且在水平方向上設(shè)左右2 根調(diào)節(jié)拉索。在調(diào)整好水平方向的參數(shù)后，緊固好梁與短梁的節(jié)點(diǎn)，并將焊縫焊接。同樣，梁端頭需起拱20 mm，綜合考慮到自重及起拱量，余同。

第二步：按照第一步的方法吊裝第2榀桁架下弦鋼梁和斜腹桿鋼梁。

第三步：吊裝桁架下弦間的鋼次梁。

第四步：吊裝桁架下弦間的樓承板。并焊好與鋼梁的焊釘，使此間成為穩(wěn)定的安裝平臺。

第五步：吊裝桁架上弦鋼梁及直腹桿的組合件，并調(diào)校完成。

第六步：吊裝桁架上弦間的鋼次梁。

第七步：在完成此間鋼結(jié)構(gòu)安裝后，按圖示方向延伸安裝，直至所在區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)安裝完畢。

4 現(xiàn)場施工安全措施

4.1 懸空段滿鋪安全網(wǎng)及構(gòu)架施工的生命線

A、B塔樓間懸空段的安全網(wǎng)的鋪設(shè)，先在A、B塔樓的混凝土梁上面埋設(shè)預(yù)埋鋼板（標(biāo)高86.59 m），按間距5.8 m鋪設(shè)，在各個預(yù)埋件間張拉8 mm的鋼絞線，最后在鋼絞線上鋪設(shè)規(guī)格為6 m×3 m的安全網(wǎng)，安全網(wǎng)與鋼絞線之間用小葫蘆連接，以便于滑動，安全網(wǎng)鋪滿2 座塔樓間腳手架以外的所有空間。

在安裝桁架下弦梁之前，利用塔吊在A、B塔樓之間鋼桁架下弦鋼梁上方1. 5 m處混凝土柱側(cè)面，搭設(shè)1 根Φ10 mm鋼絞線用作生命線。在每榀桁架安裝下弦梁前均要搭設(shè)生命線。安裝上弦梁時可在混凝土柱頂預(yù)先安裝一工20a臨時短柱（圖5），生命線安裝于短柱側(cè)面，施工人員在高空安裝的任何時刻，必需確保安全帶與生命線可靠連接，做到安全有保障。

圖5 懸空段生命線、安全網(wǎng)立面示意

4.2 橫向懸空段生命線施工做法

B～A軸間23 層、24 層鋼結(jié)構(gòu)施工時，上、下弦鋼梁安裝，都必須設(shè)置可靠的生命線，施工時先在混凝土柱頂預(yù)先安裝一個臨時桁架，生命線安裝在臨時桁架下面，施工人員在高空安裝的任何時刻，必需確保安全帶與生命線可靠連接，做到安全有保障（圖6）。

圖6 橫向懸空段生命線設(shè)置

4.3 縱向外挑結(jié)構(gòu)處生命線施工做法

桁架安裝前可在混凝土柱頂預(yù)先安裝一個臨時三角架，生命線安裝在臨時三角架下面，施工人員在高空安裝的任何時刻，必需確保安全帶與生命線可靠連接，做到安全有保障。

4.4 焊接施工時，下方收集焊接氣割等火花飛濺物

在鋼結(jié)構(gòu)需焊接或氣割之前，必須在作業(yè)點(diǎn)的下方懸掛專用的掛箱，收集焊接氣割等火花飛濺物，防止發(fā)生火災(zāi)等意外事故。

5 結(jié)語

由于節(jié)點(diǎn)設(shè)計合理，現(xiàn)場吊裝設(shè)備滿足垂直運(yùn)輸要求，各種現(xiàn)場安全施工措施到位，本工程塔樓雙層屋面連體大懸挑鋼結(jié)構(gòu)施工得以順利完成。針對吊裝、焊接以及組裝完成后施工活荷載可能產(chǎn)生的撓度值，通過工廠試配變形值、設(shè)計院提供起拱值加上現(xiàn)場精確測量控制，確保了安裝質(zhì)量。