懸臂鋼桁架的臨時支撐胎架安裝與拆除工藝

凃家豪 紀曉龍 王 路 李 敏 陳國秀

中建四局深圳總承包公司 廣東 深圳 518048

1 研究現狀和背景

在一般的鋼結構安裝工程施工過程中，大部分采用單榀胎架進行臨時支撐。對于大體量、大質量的鋼結構安裝工程，由于單榀胎架難以承受過大的荷載，故可采取組合式胎架作為支撐體系，以分散集中荷載的作用，達到受力均勻的效果，保證施工安全及對既有結構的保護[1-2]。

2 工程概況

大疆天空之城大廈、大疆天空之城大廈二期項目是享譽國際的大疆無人機，深圳市大疆創新科技有限公司的總部基地。工程位于深圳市南山區西麗街道留仙洞總部基地2街坊08#地塊、10#地塊。項目由2棟塔樓、1層裙房和1個鋼羽橋組成，集研發辦公樓、寫字樓和地下車庫于一體，建設用地面積為19 403.6 m2，總建筑面積為240 701.07 m2。

項目地上結構形式為帶懸掛層框架-支撐結構，地下為框架-剪力墻結構。地下為4層地下室，功能為地下車庫及設備用房，設有人防防護單位，東塔及西塔建筑造型相似，但高度不一，其中東塔有48層，建筑高度211.6 m；西塔有44層，建筑高度193.1 m（圖1）。

圖1 大疆天空之城大廈效果圖

每棟塔樓分別設有上、下兩組由圓管吊柱、鋼梁及桁架層組成的懸掛框體，每組框體含有東、西、南側3個懸掛框體（圖2），每個框體的高度、大小及層數均不相同，框體最大懸挑長度為21.25 m。構造所用的最厚鋼板達到90 mm，最重構件達50 t。

3 臨時支撐胎架的施工流程

由于懸掛框體施工需要，根據結構受力計算，在施工塔樓下部懸挑框體時，需在懸挑框體下部設置底部支撐措施（分配桁架＋格構式支撐胎架），懸挑框體吊柱與支撐胎架相連，同時支撐胎架坐落于底部分配桁架上，底部分配桁架通過埋件與地下室頂板混凝土柱相連接（圖3）。在施工過程中，底部懸挑框體的鋼結構構件施工荷載通過支撐胎架傳遞至底部分配桁架，再由胎架底部分配桁架傳遞至地下室混凝土柱，最終傳遞至底板及基礎。

圖2 塔樓標準層平面示意

圖3 底部支撐措施示意（分配桁架＋格構式支撐胎架）

臨時支撐胎架的總體施工流程如下：安裝核心筒1～8層鋼結構→核心筒安裝至12層，安裝底部支撐→安裝下部3個懸挑框體→安裝中部支撐柱及上部框體臨時桁架層→安裝完成上部框體臨時桁架層后，先拆除中部支撐，再拆除下部支撐。

4 底部支撐措施平面布置

本工程2棟塔樓各采用10組臨時支撐胎架，設置于懸挑框體吊柱下方，在上部桁架層完成前提供臨時支撐，如圖4所示。

圖4 底部支撐措施立面示意

5 分配桁架的安裝

5.1 分配桁架的設計

在設置分配桁架前，需將連接埋件預埋在地下室頂板混凝土柱上。為提高底部支撐措施穩定性，需在地下室頂板柱頭設置柱底埋件，便于底部分配桁架與混凝土柱頭連接，保證兩柱中心線重合，防止對已完成的混凝土結構產生破壞。在埋件固定完成后，采用高強灌漿料澆筑，使埋件與柱頂混凝土形成一個整體。分配桁架由Q345B的熱軋型鋼、焊接箱形方管、圓管等組成。桿件部位由上、下弦桿，腹桿和小立柱組成。構件主要截面如表1所示。

表1 構件主要截面尺寸類型

分配桁架主要為箱形小立柱＋箱形弦桿＋H形或箱形腹桿。采用現場原位拼裝的方式進行安裝。底部分配桁架的主要作用是將支撐胎架所受的荷載分散傳遞至地下室各個柱頭。

分配桁架同鋼結構構件，為工廠制作完成后運輸到現場進行拼裝，現場拼裝方式為焊接，嚴格按照鋼結構相關規范施工。在分配桁架拼裝完成后，分配桁架立柱還需澆筑混凝土以提高抗壓能力。

5.2 施工流程

第1步：分配桁架埋件安裝。

第2步：底部分配桁架的拼裝及安裝。

完成上述以上2個步驟后，方可進行臨時支撐胎架的架設，分配桁架成形效果如圖5所示。

圖5 分配桁架成形效果

6 臨時支撐胎架的安裝

6.1 臨時支撐胎架的設計

6.1.1 臨時支撐胎架設計高度

格構式胎架頂部支撐點布置于懸挑結構吊柱底部，其中西塔支撐胎架布置于相對±0 m以上高度分別為：23.696、32.796、36.796 m；東塔支撐胎架布置于相對±0 m以上高度分別為：27.696、36.795、41.295 m。

6.1.2 臨時支撐胎架優點

臨時支撐胎架安全可靠，且有利于本工程的懸掛框體安裝，實現超長懸挑構件施工；支撐胎架現場安裝速度快，滿足搶工期要求；可重復利用，節省材料；便于操作人員進行高空作業。

6.1.3 設計構造

支撐胎架由頂梁、1.0調整節、2.1調整節、底層節、底座調整節、底座等組成（圖6）。

圖6 裝配格構式鋼管施工臨時支撐胎架整體示意

頂梁及底座梁為HM488 mm×300 mm×11 mm×18 mm，4 m標準節包括交叉支撐、橫綴桿、斜綴桿、橫隔鋼管，交叉支撐為∠75 mm×7 mm，橫綴桿為φ76 mm×5 mm，斜綴桿為φ89 mm×5 mm，橫隔管為φ76 mm×5 mm，轉換梁為□1 000 mm×400 mm×20 mm×20 mm矩形鋼梁。以上材料均為Q345B鋼材制作而成。

每組“4榀胎架”頂部均設置1道轉換鋼梁，主要采用□1 000 mm×400 mm×20 mm×20 mm矩形鋼梁組成。在轉換鋼梁平面中心點（圓管吊柱中心點）及懸挑框體最下部結構鋼梁投影點設置高度為0.5～1.5 m高度不等的小立柱。小立柱頂面與底部支撐轉換梁、上部圓管吊柱均采用全熔透焊接，如圖7所示。

6.2 施工流程

第1步：安裝格構式支撐胎架的底座。

第2步：采用單節吊裝胎架底層節，并于底層上部設置鋼管腳手架搭設操作平臺。

第3步：采用整體吊裝的方式安裝標準節。即先將4個標準節通過φ299 mm×8 mm的圓管相互連接固定成一個大的組合胎架標準節后再開始安裝。

第4步：依次向上進行安裝，最后安裝頂部的轉換梁以及小立柱，完成底部支撐措施安裝；其中左側小立柱用于支撐懸挑框體底層框架的施工，待形成穩定框體后，即可拆除。

每個懸挑框體的圓管吊柱下均布置一組胎架，一組中共有4榀胎架。每組胎架中，胎架與胎架之間采用與工字鋼焊接的方式進行連接并形成一個整體（圖8）。

圖7 胎架與圓吊柱連接成形

圖8 4榀胎架組合平面示意

對于大體量的鋼結構工程，應用臨時支撐胎架可有效地把過大的集中荷載分散成均布荷載，再傳遞到基礎上，保證了施工的安全性和結構的穩定性。

7 臨時支撐胎架的拆除

在完成懸挑框體鋼結構施工后，方可進行支撐胎架及分配桁架拆除。如此大質量的鋼結構懸挑構件，并且懸挑端最大懸挑長度達到21.25 m。因此，支撐胎架的拆除工藝對工程有著至關重要的意義。

支撐胎架的拆除流程如下：鋼結構施工完成→拆除中部圓管支撐柱→支撐胎架頂部小立柱的分級卸載和拆除→拆除支撐胎架→拆除分配桁架。

底部支撐措施由分配桁架和支撐胎架組成，待中部圓管支撐柱拆除后，即可開始底部支撐措施拆除。底部支撐胎架頂部小立柱的分級卸載及拆除，采用火焰分級切割卸載，然后再依次對胎架和底部分配桁架進行拆除。每個懸掛方體底部支撐的拆除順序為先拆除中間支撐，再拆除角部支撐，鋼梁跨度越大越后拆除。

分級卸載即采用火焰切割分步驟逐級進行卸載。在支撐胎架工裝頂部從頂端向下每10 mm畫1道切割線，直至畫到預定的下撓值，確保在切割過程中按相等尺寸向下切割，以便于位移監測及對監測數據及時進行分析。

以每10 mm為一級，每級分2道切割，每道切割縫寬度為5 mm，使鋼梁及鋼柱緩慢自由下降，下降10 mm位置后，觀測位移值并分析。在可行條件時，再進行第二級水平切割及下降，直至理論下撓位置（當前步驟豎向位移）以內并出現脫離方算卸載完成，脫離的空隙保持20 mm，空隙不宜過大，以防止其他步驟再次出現下降。

最終使外框懸挑吊柱完成脫離底部支撐，轉換為由上部的懸掛桁架層受力。

需注意的是，火焰切割時為保證母材不受損傷，采用石棉網將結構柱及梁進行覆蓋。

為確保底部支撐胎架均衡卸載，每一個懸挑框體底部支撐胎架小立柱分級卸載時，采用分步驟分級卸載。以現場施工為例，具體流程如下：

第1步：使用火焰切割底部支撐小立柱，確保切割卸載高度為10 mm左右，切割順序盡量同步，確保2個小立柱在同一時間段進行第1步卸載即可。火焰切割時用石棉網將切割縫附近鋼梁及圓吊柱進行包裹。

第2步：第1步卸載完成后靜置數小時，待結構一次受力轉換完成后，再進行第2步卸載。使用火焰切割底部支撐小立柱，確保切割卸載高度為10 mm左右，切割順序盡量同步，確保2個小立柱在同一時間段進行一級卸載。鋼梁及圓吊柱保護措施保持原樣，如有破損，應及時進行修補。

第3步：按第1步及第2步方法持續進行卸載，每步火焰切割底部支撐小立柱卸載高度為10 mm左右。同一根鋼梁兩端卸載時間盡量同步，即保持在同一時間段進行切割（時差不超過1 h），最后卸載總高度需大于吊柱位移計算理論值，直至支撐措施小立柱頂端切割卸載完成后，與圓吊柱底端存在脫離間隙為準，脫離間隙控制在20 mm左右，至此完成整個胎架支撐的卸載。

分級卸載完成后，方可進行胎架拆除，底部胎架拆除步驟：過火焰切割胎架頂部臨時支撐柱→倒鏈配合塔吊拆除頂部分配梁→塔吊配合進行胎架單元體（2層1節）卸載。

8 結語

傳統的胎架支撐體系大多只采用純胎架進行支撐，由于胎架支撐單點受力較大，可能會對結構或基礎產生破壞。采用分配桁架和胎架的組合可實現分散力的作用，將原本的單點受力變成了多點受力，從而可以保護結構及施工的安全。分配桁架與臨時支撐胎架組合支撐體系在大疆天空之城大廈項目施工中得以成功應用，取得了良好效果，為其他大型鋼結構項目提供了參考。