大跨度懸臂鋼結(jié)構(gòu)高空散拼施工技術(shù)

徐亞非

深圳市市政工程總公司 廣東 深圳 518001

1 工程概況

天健科技大廈工程總建筑面積114 767.73 m2，包括地下2層、地上15層，地面以上總高度為68.15 m，由2座塔樓和裙房組成。該工程鋼結(jié)構(gòu)主要分布在5～8層塔樓與裙樓之間的大跨度桁架部分及5～8層塔樓大跨度懸挑部分。大跨度的桁架離地面高度約18.50 m，跨度約32.65 m，懸挑部分的懸挑長度約21.201 m（圖1）。

圖1 天健科技大廈工程鋼結(jié)構(gòu)平面示意

2 施工工藝流程

2.1 鋼結(jié)構(gòu)總體施工安排

鋼結(jié)構(gòu)圖紙深化設(shè)計→構(gòu)件工廠加工→預(yù)拼裝→材料、構(gòu)件進場→鋼結(jié)構(gòu)吊裝→質(zhì)量檢查→壓型金屬板施工→涂裝→監(jiān)測

2.2 鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→測量放線→構(gòu)件進場驗收→安裝部分弦桿、斜拉桿→懸臂主梁安裝及臨時拉結(jié)槽鋼固定→次梁及其他構(gòu)件安裝→測量、校正→構(gòu)件焊接、連接→質(zhì)量檢查→拉結(jié)槽鋼拆除

3 施工要點

3.1 施工準(zhǔn)備

3.1.1 鋼結(jié)構(gòu)圖紙深化設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)場條件和施工工況，對大跨度鋼桁架進行深化設(shè)計。綜合考慮現(xiàn)場場地、塔吊起吊能力、鋼桁架受力特點、桁架現(xiàn)場焊接等因素，對鋼構(gòu)件進行分段設(shè)計。

3.1.2 鋼構(gòu)件工廠預(yù)制

為保證加工質(zhì)量及進度，鋼構(gòu)件統(tǒng)一在工廠預(yù)制加工，并進行預(yù)拼裝，解體后再分段運輸至施工現(xiàn)場。

3.1.3 預(yù)拼裝

采用BIM技術(shù)對鋼結(jié)構(gòu)分段懸拼安裝進行整個過程的施工模擬。同時考慮到大跨度、高空懸臂安裝的難度較大，選取部分有代表性的構(gòu)件進行實體預(yù)拼裝。

3.2 模擬計算

安裝前采用Midas/Gen8.0軟件對鋼結(jié)構(gòu)安裝全過程進行施工模擬計算，考察安裝過程各階段結(jié)構(gòu)的安全性。

3.2.1 計算內(nèi)容

1）施工安全驗算。鋼桁架施工采用立面流水施工法，前一單元施工完畢后再進行后續(xù)單元施工，后續(xù)單元施工對已施工完畢結(jié)構(gòu)產(chǎn)生二次加載。因此，結(jié)構(gòu)的受力復(fù)雜，不同于設(shè)計考慮的最終成型狀態(tài)，需對施工全過程進行安全性評估。

2）結(jié)構(gòu)變形驗算。驗算在各施工過程中構(gòu)件之間的變形是否滿足要求，該變形差是否對其他構(gòu)件的受力和變形造成影響。

3）施工預(yù)變形。大跨度懸臂鋼結(jié)構(gòu)在自重和施工荷載的作用下將出現(xiàn)下?lián)希^大的下?lián)嫌锌赡苡绊懡Y(jié)構(gòu)的整體造型，因此，需對鋼桁架下?lián)狭窟M行計算。

3.2.2 計算方法

采用Midas/Gen8.0進行施工階段模擬分析，按照施工步驟將結(jié)構(gòu)構(gòu)件、支座約束、荷載工況劃分為組。按照施工步驟、工期進度進行施工階段定義，并按照控制數(shù)據(jù)進行分析。在分析某一施工步驟時，程序?qū)鼋Y(jié)該施工步驟后期的所有構(gòu)件及后期需要加載的荷載工況，僅允許在該步驟之前完成的構(gòu)件參與運算。計算過程采用考慮時間依從效果（累加模型）的方式進行分析，得到每一階段完成狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形，在下一階段程序會根據(jù)新的變形對模型進行調(diào)整，從而真實地模擬施工的動態(tài)過程。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)高空懸臂分段拼裝

1）大跨度懸臂鋼結(jié)構(gòu)的安裝由混凝土結(jié)構(gòu)的連接點向外采用高空懸臂散拼安裝。

2）先安裝與混凝土結(jié)構(gòu)連接的上下弦桿、斜拉桿，接著安裝懸臂主梁，再依次安裝次梁等其他構(gòu)件，并盡快形成閉合穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系。

3）鋼結(jié)構(gòu)主梁懸臂拼裝是一端固定、另一端懸臂；采用槽鋼作為懸臂主梁的臨時拉結(jié)梁，槽鋼與混凝土結(jié)構(gòu)連接承受桁架重力；懸臂主梁安裝分段進行，每安裝一段即設(shè)置一道槽鋼拉結(jié)（圖2）。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)懸臂主梁安裝及拉結(jié)槽鋼固定

4）待鋼結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)定封閉的受力體系后，再切割槽鋼拉結(jié)梁逐步進行卸載。

3.4 槽鋼拉結(jié)點的設(shè)置

槽鋼拉結(jié)梁的上端與伸出混凝土結(jié)構(gòu)的鋼梁牛腿連接（圖3），下端與懸臂主梁連接（圖4）。

圖3 拉結(jié)槽鋼上吊點連接

圖4 拉結(jié)槽鋼下吊點連接

3.5 安全控制措施

1）在加工鋼梁時，在鋼梁下翼緣加設(shè)安全網(wǎng)掛鉤，完成一個區(qū)域的樓層鋼梁安裝后，鋪設(shè)小眼網(wǎng)。小眼網(wǎng)掛設(shè)在預(yù)制好的安全網(wǎng)掛鉤上。

2）為保障安裝施工安全，避免施工時材料、工具掉落對下層操作人員造成人身傷害，在鋼結(jié)構(gòu)外圍樓層周邊設(shè)置安全外挑網(wǎng)（2層小眼網(wǎng)及1層鋼絲網(wǎng)）。

3）夾具式安全立桿主要用于施工人員在鋼梁上行走時懸掛安全帶、防墜器等設(shè)施，可防止施工人員在鋼梁上行走時出現(xiàn)意外。

4）吊裝區(qū)域應(yīng)設(shè)置安全警戒線，非作業(yè)人員嚴(yán)禁入內(nèi)。當(dāng)?shù)跹b物吊離地面200～300 mm時，應(yīng)進行全面檢查，確認(rèn)無誤后再正式起吊。當(dāng)風(fēng)速達到或超過10 m/s時，宜停止吊裝作業(yè)；當(dāng)風(fēng)速達到或超過15 m/s時，不得進行吊裝作業(yè)。

4 結(jié)語

1）對現(xiàn)場情況（包括施工平面布置、起重設(shè)備吊裝能力）進行分析調(diào)研，再對圖紙進行二次深化設(shè)計，在技術(shù)條件允許且不增加其他設(shè)備投入的情況下，使得已有資源得到最大限度的利用。

2）利用BIM技術(shù)對鋼結(jié)構(gòu)施工進行模擬[1-2]，提前發(fā)現(xiàn)問題，并提前解決問題，不僅提高了施工進度，也提高了構(gòu)件制作的精度。

3）大跨度懸臂鋼結(jié)構(gòu)施工難度較大，尤其在現(xiàn)場場地狹窄、起重設(shè)備能力有限的情況下，施工更是難上加難。通過高空懸臂散拼施工技術(shù)，采用槽鋼作為臨時固定拉桿、安裝完成后切割槽鋼腹板截面實現(xiàn)逐步卸載的安裝方法，利用施工現(xiàn)場已有資源，合理安排施工工序，加強質(zhì)量安全控制措施，解決了大跨度懸臂鋼結(jié)構(gòu)施工的難題，產(chǎn)生了良好的社會效益和一定的經(jīng)濟效益。