多層吊掛鋼結構施工技術

中建鋼構有限公司華東大區 靖江 214532

1 工程概況

某項目商業樓為純鋼框架結構體系，受地鐵站房的影響，部分結構采用不落地形式，鋼柱由3層樓面開始，設置2道立面大斜撐，使體系形成吊掛（圖1）。鋼斜撐由5層起，至8層結束，對稱設置，保證結構體系受力的均衡。吊掛體系總質量約為530 t。

圖1 多層吊掛鋼結構示意

常規吊掛結構施工采用型鋼或胎架作為施工臨時措施，支撐上部荷載，待結構體系施工完成后，進行卸載拆除。根據工程實際情況，吊掛結構下方為地鐵站房，允許施工荷載僅20 kN，無法滿足支撐設置要求。因此，必須采用新的施工工藝解決多層吊掛結構施工難題（圖2）。

圖2 多層吊掛鋼結構平面布置

2 施工重難點分析

2.1 拼裝精度控制

吊掛結構鋼柱由3層起，首節鋼柱長2 520 mm，鋼梁長9 m，考慮施工的安全性，減少高空施工作業量，將首節鋼柱和懸挑鋼梁拼裝為一體，整體吊裝，拼裝完成后總質量約為7.50 t。鋼柱和鋼梁的拼接精度控制尤為重要，對后續框架梁和次梁的安裝影響較大，且需要滿足幕墻對結構精度的要求。在拼裝時，需考慮結構起拱要求。

2.2 施工方法選擇

由于不具備設置豎向臨時支撐結構的條件，由施工工藝方面著手，采用剛性拉桿斜拉的方式進行施工。施工方法的選擇對工期、質量、安全有著至關重要的影響。

2.3 臨時結構體系與永久結構體系轉換

吊掛結構施工完成后，需進行受力體系的轉換，由臨時結構體系轉換為永久結構體系受力，達到設計使用狀態，同時，保證結構施工精度，達到設計要求。在結構體系轉換過程中，卸載順序、方法及變形監測對結構安全非常關鍵[1-4]。

3 施工方法確定

3.1 多層吊掛鋼結構施工思路

將主體結構分為吊掛區和框架區，框架區為常規柱梁結構體系，吊掛區為多層吊掛結構體系。吊掛結構立面設置2道大斜撐，將吊掛結構與框架結構連接為一體。根據結構體系特點，框架區施工可領先吊掛區1層。

主體框架施工至4層時，開始3層吊掛鋼結構的施工。將首節短柱與鋼梁在地面組裝為一體，焊接完成后，整體吊裝。在鋼梁1/3處焊接吊耳，就位時拉設施工倒鏈，校正完成后，及時進行框架梁安裝，框架體系形成后，安裝斜向剛性拉桿，拆除施工倒鏈，安裝次梁，并鋪設樓承板。

吊掛結構安裝至8層時，大斜撐體系形成，由上至下逐層拆除臨時措施，將臨時結構體系轉換為永久結構體系。

施工過程中，由于此區域結構尚未完全達到設計使用狀態，為防止卸載混凝土樓面產生裂縫，卸載前此區域混凝土暫不能澆筑。待吊掛結構施工至8層，斜撐安裝完成，由上至下逐層卸載，完成吊掛體系的施工，而后澆筑樓面混凝土。

3.2 多層吊掛鋼結構施工模擬分析

多層吊掛鋼結構施工前，采用虛擬仿真技術，利用高契合度有限元軟件Midas對施工過程進行施工模擬，對各施工段工況進行分析。

有限元軟件施工模擬過程中，荷載取結構自重的1.5倍。在結構臨時剛性支撐安裝前，吊掛結構施工層各構件間均按照鉸接節點考慮，當施工層施工完成后，結構為剛接節點的部分按照剛接節點進行施工模擬分析。

任取一施工階段，對多層吊掛鋼結構施工模擬分析進行說明。施工模擬過程中，主要控制點為吊掛結構的變形、吊掛結構的應力以及臨時剛性斜撐的內力（圖3）。

通過分析，施工模擬過程結構最大應力為43.30 MPa，結構應力小于構件強度，施工過程滿足安全需求。

施工模擬過程結構最大位形為23 mm。根據施工模擬結果，對吊掛結構進行預起拱，控制結構位形[5-6]。

圖3 施工模擬分析模型

施工模擬過程中，剛性斜撐最大內力為56.50 kN。

通過有限元軟件的施工模擬，對施工方案進行優化，選擇經濟合理的施工措施，避免施工過程中可能出現的安全、質量問題，保證吊掛鋼結構施工的順利進行。根據吊掛結構施工過程的有限元軟件模擬，對吊掛結構吊柱標高進行預抬高。多層吊掛鋼結構標高預調值如表1所示。

表1 多層吊掛鋼結構標高預調值

剛性斜拉桿的長度根據理論計算長度加上預調值進行確定。根據計算，φ219 mm×10 mm圓管滿足要求。

3.3 多層吊掛鋼結構施工流程

第1步，4層鋼框架施工完成后，吊裝鋼梁，用施工倒鏈臨時固定。

第2步，安裝剛性斜拉桿。

第3步，單層吊掛結構施工完成后，拆除施工倒鏈。

第4步，依次完成4、5層吊掛結構安裝后，進行第1節斜撐安裝。

第5步，完成6層結構樓面后，進行第2節斜撐安裝。

斜撐施工完成后，拆除臨時支撐，依次完成各層吊掛結構施工。

4 多層吊掛結構施工組織

4.1 施工措施選擇

多層吊掛鋼結構施工過程中，采用剛性斜撐與施工倒鏈相結合的施工措施。施工倒鏈通過焊接吊耳與懸挑鋼梁進行連接，如圖4所示。臨時剛性斜撐端部通過全熔透焊縫與吊掛鋼結構與框架區鋼柱連接。

吊掛結構施工過程中，使用施工倒鏈對吊掛結構進行坐標標高的調整控制，在吊掛結構位形調整到位后，采用剛性斜撐進行臨時固定[7-9]。

4.2 多層吊掛結構施工安全防護措施

吊掛鋼結構施工過程中，在吊掛柱端設置鋼爬梯與防墜器，鋼柱焊接設置焊接操作平臺（圖5、圖6）。

圖4 施工倒鏈吊耳示意

圖5 多層吊掛結構施工安防示意

圖6 多層吊掛結構焊接操作平臺

5 多層吊掛鋼結構施工控制

5.1 多層吊掛鋼結構測量精度控制

5.1.1 多層吊掛鋼結構施工測量控制要點

多層吊掛結構施工精度控制主要包括以下內容：

1）吊掛結構懸挑主梁端部水平坐標與標高；

2）結構邊線平面坐標；

3）吊掛結構鋼柱的水平坐標與標高。

5.1.2 施工過程構件位置及變形監測

吊掛鋼結構施工過程中，定期對吊掛結構進行位形監測，以確保施工質量。

5.2 卸載變形監測

多層吊掛鋼結構斜撐施工完成后，拆除臨時剛性支撐。主要進行多層吊掛結構端部標高的變形監測。沿吊掛結構邊界線設置監控點，每天定時進行變形監測。避免懸挑吊掛結構在自重作用下下撓超出結構設計要求。

根據監測數據，卸載完成后，結構最終端部變形值為2 mm，標高較理論值高3 mm，滿足規范要求[10-12]。

6 結語

本多層吊掛鋼結構施工技術，為吊掛鋼結構施工提供了借鑒，為特殊懸挑鋼結構的施工提供施工方法。同時為解決現場施工難點，提出了基本的解決思路。本施工技術主要創新點主要包括以下4點。

1）優化施工工藝，為現場施工提供便利，節約了工期，施工安全性有保障。

2）選擇可循環使用的措施，做到經濟合理。采用剛性型鋼斜撐與施工倒鏈相結合的施工措施，充分利用2種器械的優點，保證了吊掛結構的施工質量，降低了施工成本。

3）利用模擬仿真技術對施工方案進行分析，確定施工方案的可行性與經濟性。

4）探索特殊懸挑吊掛結構的施工方法。