高空屋面桁架安裝塔吊標準節支撐體系

徐建成

摘要：文章所述工法采用塔吊標準節支撐體系進行大跨度屋面鋼桁架安裝，地面組裝、高空分段拼裝、高空散拼相結合的方法對大型鋼桁架屋頂鋼結構進行拼裝施工。采用塔吊標準節支撐，構件安裝施工前，先對建筑物的結構進行分析，對建筑物周圍的場地大小，現場塔吊的吊裝能力等進行了解，拼裝完成后拆除臨時支撐、塔吊，鋼結構安裝完成。

關鍵詞：高空屋面；桁架安裝；塔吊標準節支撐體系；建筑物；吊裝能力 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU323 文章編號：1009-2374（2016）30-0121-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.30.059

1 成功應用項目簡介

湖南省博物館改擴建（二期）工程是國家首批一級博物館、中央和地方共建的8個國家級重點博物館之一，并被列為“十二五”期間湖南省重點文化建設項目，總用地面積51000m2，總建筑面積84425m2（地上部分31857m2，地下部分52568m2）；屋頂鋼結構為由平面桁架組成的空間屋架體系，呈鉆石狀，西面最寬75.6m，東面寬25.2m，長138.6m；中間是報告廳，最大單榀桁架重152噸，高18m，最大跨度50.4m，共有16榀主桁架。

2 工法特點

本工法主要采用塔吊標準節支撐體系進行大跨度屋面鋼桁架安裝，塔吊標準節支撐體系安裝快速、支撐強度高、安全穩定，同時可作為人員上下的安全通道、操作平臺。傳統的施工方法是搭設滿堂鋼管腳手架，作為大空間結構安裝的支撐與操作平臺搭設量大、剛度強度低、搭拆時間長、費用高。相對而言，本工法有如下優點：（1）工期上能節省約60天；（2）由于采用剛度強度高的塔吊標準節，變形小，調節方便，有利于安裝質量的控制；（3）人工使用量減少到50%，高空作業的人員和作業時長都大幅度減少，有利于安全管理與控制；（4）措施費能降低約80%，解決了大跨度結構散裝過程中的支撐問題，并能節省施工場地，用于堆放構件、地面小單元組裝。

3 適用范圍

本工法適用于大跨度空間鋼桁架結構，施工場地狹小，大型機械設備無法使用，現場塔吊吊裝能力不大的項目。能安全、快速、可靠地解決此類項目在安裝過程中的支撐、安全通道、操作平臺等問題。

4 工藝原理

原有結構加固→塔吊標準節基礎結構搭設→塔吊標準節（格構柱）安裝→剛性轉換層→支撐橫梁懸空結構→桁架分段吊裝→整體卸載→沉降變形觀測→支撐拆除→完成鋼結構安裝。

5 工藝流程和操作要點

第一，原有結構加固（采用扣件式鋼管腳手對下部混凝土結構進行加固）：根據屋面桁架對接節點及自重等因數設置支撐點，對每個支撐點需進行支座反力計算，充分考慮各種不利工況，對原有結構進行驗算，若原有結構承載力不夠，必須進行加固處理。本工序要點：（1）設置支撐點合理，根據桁架的特點及方便現場拼接設置節點；（2）根據分段節點，計算分段后每個節點荷載，選擇相應標準節規格，再根據支撐點樓板承載力，采取相應加固措施，并驗算是否合理。

第二，塔吊標準節基礎結構[將荷載擴散至基礎底面的作用：基礎設置鋼梁，使傳力更合理，采用基礎預埋或植化學錨栓的方式進行有效連接，將底部塔吊標準節連接可靠，防止格構柱（若干節塔吊標準節）底部受彎矩而傾覆]。本工序要點：（1）標準節與樓板間荷載傳遞必須為均布荷載（如鋼梁、鋼板等）；（2）標節與鋼梁間、鋼梁與樓板間、鋼梁與鋼梁間均要有可靠而有效的連接措施。

第三，格構柱拼裝（若干節塔吊標準節）借助施工現場的塔吊，將塔吊標準節用配套高強螺栓進行連接。

本工序要點：（1）標準節安裝高度提前進行計算；（2）標節安裝完畢后及時安裝纜風繩，如果標節數量較多或標節承受荷載較大，則標節與標節之間需采用剛性連接，形成一個整體；（3）在安裝過程中，使用經緯儀控制標節垂直度，垂直度控制在1/1500不大于3cm；（4）安裝完成后進行驗收，檢查包括標節垂直度、標節間螺栓緊固度、各連接節點、纜風繩連接點和拉力情況、剛性支撐連接點等，確定其是否滿足要求。

第四，剛性轉換層安裝，剛性轉換層采用型鋼、鋼板焊接成口字、工字，塔吊標準節組成的格構柱頂部設置剛型轉換層，將上部的荷載均勻傳遞到標節支撐上。轉換層主要作用為均勻傳遞荷載、調節標高、定位、防止構件直接接觸標節而破壞標節支撐。

本工序要點：（1）提前測量標準節標高，計算出轉換層標高；（2）轉換層制作要精確，各個對接節點均為全熔透滿焊；（3）定位板位置要精確，若有起拱要提前考慮；（4）轉換層與標準節支撐采用螺栓連接，螺栓孔大小及位置制作要精確。

圖3為轉換層安裝圖：

第五，支撐橫梁安裝，支撐橫梁主要為了滿足標節支撐之間的整體性，在支撐高度較高（大于12m）、荷載較大（大于標節自身承載力一半）時需設置橫梁支撐。本工序要點：（1）支撐橫梁為剛性支撐，橫梁與標準節連接點要可靠有效；（2）橫梁的大小符合設計要求，根據現場情況，若需要變換，需要重新驗算。

第六，桁架分段吊裝，桁架吊裝按照標節支撐點分段進行，安裝時基本順序為：（1）先拼主桁架，主桁架間連接為整體后安裝其他桁架；（2）安裝區域進行拼裝，每品桁架安裝完成后需校正焊接后，再進行下一品安裝；（3）每品安裝順序為先下弦安裝→立桿安裝→上弦安裝→腹桿安裝；（4）各個桁架間安裝按一個方向進行，相鄰桁架安裝完后及時安裝之間的次桁架，形成一個整體。

本工序要點：（1）按照安裝順序安裝；（2）安裝前安全措施完善，包括施工面提前布置安全網、安裝構件生命線提前安裝；（3）現場技術人員指導，安全人員全程監督。

第七，整體卸載，整體卸載在桁架安裝焊接完成之后進行。卸載的原則：（1）卸載方向宜由中心向四周均勻對稱擴散，中間向兩邊卸載；（2）卸載應該分若干次進行，具體卸載次數根據實際面積、重量、跨度而定；（3）卸載前應對關鍵部位（受力較大部位）進行無損探傷，在焊縫合格的前提下卸載，卸載前根據施工經驗或查詢專業資料，預判沉降量，根據預判沉降量確定卸載次數，宜每次卸載10～20mm；（4）卸載遵循一聽二看，每個卸載點均配備技術人員，通訊儀器配備齊全，聽是否有異常響聲，在出現異常聲音后立即停止卸載，排除隱患后繼續進行；（5）每次整體卸載完成后，觀察24小時下撓穩定后，進行下一次整體卸載；（6）超大型鋼結構整體卸載宜采用機械千斤頂整體卸載，卸載量的誤差控制在10mm以內。

第八，沉降變形觀測，在整體卸載完畢后，對卸載后結構各個觀測點進行各變形數據收集，比較預期值差，變形值是否符合規范要求。

第九，支撐拆除，整體卸載完成觀測結構穩定后，方可拆除支撐架。

6 材料與設備

工程建設工法所使用的主要材料塔吊標準節、化學錨栓、配套型材。

7 質量控制

（1）構件進場驗收質量控制，鋼結構產品運抵至安裝工地后按有關質量標準進行產品的驗收；（2）桁架拼裝及安裝的技術指標和允許偏差應符合相關國家及行業標準的規定。

8 安全措施

（1）塔吊標準節各支撐點受力計算時，充分考慮各種不利工況，選擇合適的塔吊標準節，對原有結構的承載力進行分析，編制詳細的結構加固方案，塔吊標準節支撐搭設方案；（2）工程開工前，向施工人員認真進行安全技術措施的交底；（3）對搭設完成的標準節支撐體系進行驗收，合格后方能投入使用（重點檢查驗收加固點位置、支撐的垂直度、螺栓連接、轉換層標高等內容）；（4）吊裝區域及周邊設安全警示圍擋封閉，并配置醒目的安全標志，非作業人員禁止入內，出入口由專人值守；（5）屋面主結構整體安裝完成，按照方案進行卸載、變形觀測、拆除支撐體系。

9 效益分析

在單榀桁架重量較大、高度大的情況下，既有塔吊無法滿足其安裝，同時地面拼裝場地狹小，對于跨度較大的單榀桁架地面拼裝困難，此時采用分段吊裝和局部散拼相結合的方法，節省工程開支。

接下來以湖南省博物館鋼結構安裝項目為例，與傳統滿堂腳手架安裝方法對比各項費用情況。

從以上對比分析可以明顯看出本功法的優勢在于工期縮短一半，費用節約50%。與之相比，傳統滿堂腳手架安裝方法耗時、耗工，在承重大、高度高的情況下既不經濟，也不實用。

10 結語

在湖南省博物館屋頂復雜桁架安裝施工中成功應用，支撐安全、方便快捷，施工周期短，施工過程中架體沒有出現大幅變形、傾覆等事故，安全可靠，具有良好的經濟、社會效益。