大跨度超重鋼桁架在局限空間吊裝施工研究

連世洪

(廈門經濟特區房地產開發集團有限公司 福建廈門 361008)

0 引言

當前，一些大型公共建筑的大跨度鋼結構屋蓋多采用整體吊裝施工方法[1]。盡管整體吊裝施工方法可實現結構在地面拼裝，具有結構自身平整度不受破壞、減少高空危險作業、縮短工期等優勢，然而，整體吊裝施工方法要求較大的施工場地和大型起重機械，以保證鋼桁架安裝質量。且在有限空間內，存在起重機操作困難、回轉角度受限、施工過程中構件吊裝精度要求高等問題[2-3]。因此，在局限空間作業環境下，迫切需要研究總結大跨度超重鋼桁架在局限空間中的吊裝施工技術。

1 工程背景

特房·同安新城酒店工程位于廈門市同安區，地塊總用地面積55 400.51 m2，總建筑面積140 298.78 m2。本項目由酒店、酒店配套及地下車庫組成，其中1-3#樓為度假酒店宴會廳，其屋面為種植土屋面，采用鋼桁架作為支撐，共計4榀，每榀長為33.05 m，高3.0 m，跨度為31.85 m，安裝標高為6.9 m，每榀桁架重80噸。4榀鋼桁架間及鋼桁架與主體結構間設置連系梁，共128根，每根重約3.5t。鋼桁架屋面模型如圖1所示。

圖1 屋面鋼桁架模型示意圖

2 吊裝場地環境分析

本項目鋼桁架單榀重量為80 t，長度33.05 m，高度為6.9 m。根據初步吊裝方案，現場采用大型汽車式起重機。在室外工程回填堆坡前，本棟樓地下負二層樓面與室外地平線，起重設備可直接開進吊裝場地，吊裝場地環境主要情況如下：

(1)吊裝位置周邊混凝土結構除預留交接位置外，已提前施工完成，對桁架吊裝存在影響。且安裝完成后，四榀桁架上弦平面標高偏差如果超出允許范圍，容易導致局部受力不均，引起混凝土板裂縫，嚴重影響上部種植土屋面質量。

(2)相鄰的主體結構層已完成至5層梁板混凝土，吊裝空間局限性大。

(3)吊裝過程對已完工結構影響大。鋼桁架吊裝位置位于1-3#宴會廳內，處于地下室負二層梁板上。施工過程中考慮吊裝荷載影響，對原結構施加的荷載超過原設計的荷載上限，負二層梁板需采取加固措施, 并進行驗算，確保運輸及吊裝時的結構安全。

3 吊裝方案分析

(1)整體吊裝方案分析。本項目若考慮整體吊裝方案，可保證桁架整體一次性制作成型，自身平整度不受破壞。但該方案需采用兩部大型吊車同時起吊，由于周邊混凝土結構已完成，現場場地太小，無法滿足兩臺大型吊車同時運轉的空間需求，故該方案不可行。

(2)分段吊裝方案分析。本項目若采用一榀分多段吊裝方案，桁架每榀可分多段吊裝，只需一部大型吊車起吊，每段重量小，相比整榀吊裝，桁架兩端的定位易調整、更精確，且吊裝場地滿足荷載要求。

(3)分段吊裝方案深化?？紤]到一榀分多段吊裝時，增加了每段連接過程中產生細部錯位的概率，段數越多，整榀的平整度控制越有難度，故需在鋼桁架拆分數量及安裝質量間平衡取舍。經深化分析計算，決定將本工程中鋼桁架每榀分3段吊裝，吊裝每段重量約26.7 t，重量相對較小，采用220t大型吊車起吊，既可滿足吊裝要求，同時分段數量較少，有利于完成面平整度控制。

4 施工工藝及控制點

4.1 施工前準備

(1)現場環境。吊裝位置空中無影響架空線，屋架梁頂部標高6.9 m，吊裝場地為進行吊裝荷載加固后的混凝土樓板，樓板標高為-10.40 m，地面平整，滿足吊裝要求。

(2)技術準備。每一榀鋼桁架在工廠分三段制作，地腳螺帽按設計標高調準，根據圖紙尺寸在砼柱基礎上劃出十字線，放出整榀桁架直線于臨時支撐架頂部。吊裝前需充分利用建筑信息模擬(BIM)技術進行深化設計及模擬施工，確保吊裝施工過程安全有序、質量可靠。

(3)起重設備選擇。最大一組構件重量按80t計算，索具重量1.4t，吊鉤重量1.6t，起重機單機吊裝起重量N=80/2+1.4+1.6=43t。根據現場實際情況起重機回轉半徑取32 m及25 m，安裝高度為14.5 m，安裝間歇按0.2 m計算，屋架高度為4 m，索具高度按12.5 m計算，起重機的起重高度H=14.5+0.2+4.0+12.5=31.2 m。

根據現場情況和起重機的作業點選擇、起吊重量和起吊高度、起重機回轉半徑等因素，選用兩臺220 t重機。220 t起重機回轉半徑25 m，主臂長度54 m，起吊高度為45.43 m，超過31.2 m，起重量為50.05t，超過43t，大于構件重量。

(4)樓板加固。吊車總重為170t,分攤到支腿，需對吊車4個支腿部位2m×2m的范圍做加固。同時考慮材料堆放、臨時支撐架等荷載，故保留地下室負二層頂板梁板支撐系統作為樓板加固措施，同時在吊車行經及停放位置另鋪設鋼板(圖2)。通過設計單位計算復核，可滿足施工過程承載力要求。

圖2 頂板加固措施

(5)臨時支撐架(貝雷架)設置。為保證空中拼接準確性及操作便利性，在拼接位置下方放置兩個臨時支撐。鑒于貝雷架是一種裝配式、單元式的鋼架，可以用它拼接組裝成任何需要的臨時支撐架，具有便于安裝、施工以及拆除作業，重量輕，承載能力高，結構抗沖切性能好，施工安全性好，以及架體占地面積小，方便周轉使用，經濟性好等優點。因此，為方便鋼桁架拼裝施工，本項目臨時支撐架采用單榀桁架設置兩座貝雷架。

本項目貝雷架設計尺寸為3 m×3 m×12.95 m，四周角柱設置125 mm×12 mm角鋼，斜撐采用80 mm×6 mm角鋼，上部操作平臺采用300 mm×200 mmH型鋼。臨時支撐自重3.5 t，上部放置50 t千斤頂用于調整桁架高度，經驗算，臨時支撐架可滿足承載力要求。臨時支撐架搭設如圖3所示。

圖3 臨時支撐實景圖

(6)吊裝設備布置。根據場地情況及吊裝方案，布置吊車吊裝平面圖如圖4所示，吊車由3-L軸依次向3-F軸移動，共架設4次。

圖4 1-3#樓區域塔吊布置圖

同時，相鄰兩榀間的連系梁，需使用場地四周塔吊在建筑物頂部進行二次拼裝和吊裝作業。連系梁共128根，每根重約3.5 t，該區域塔吊能夠吊裝6.8 t滿足吊裝要求。其中固定桁架連接吊裝24道連系梁時，220t汽車吊同時作業，1-3#宴會廳周邊塔吊布置如圖5所示。

(7)確定起吊點及試吊。在準備及起吊施工過程中，吊升和扶直就位時，鋼屋架應綁扎在上弦節點處，左右相互對稱。鋼屋架重心應低于綁扎吊索內力的合力作用點(綁扎中心)，這樣屋架起吊，后不易傾翻或轉動。綁扎吊索所成夾角，扶直時應大于60°，吊升時應大于45°，吊裝示意圖如圖6所示，具體的綁扎點如圖7所示。

圖6 汽車吊吊裝示意圖

圖7 吊裝綁扎點

吊裝前應進行一次試吊，綁扎點安裝好后，將鋼屋架吊離地面0.6m～0.7m，觀察鋼屋架有無綁扎松扣或傾斜現象及設備機械的運轉情況，待一切運行正常，則開始正式起吊。

4.2 分段吊裝就位

(1)第一段桁架安裝。吊車起吊后就位3-L軸上弦地腳螺栓處，柱底與砼柱間50 mm的調節縫使用50 mm×50 mm多種厚度鋼板墊實。下弦橡膠支座短柱處準備手拉葫蘆調準桁架垂直度，焊接插銷固定在鋼柱牛腿上。而后整節桁架放置于臨時支撐架頂部千斤頂上，對準已放出的桁架直線，如圖8所示。使用現場塔吊安裝2-3支3-L軸至3-M軸之間的次梁(檁條),使已安裝完成的鋼梁與本節桁架連成整體，鎖緊高強螺栓，再讓吊車下鉤解鋼絲繩。

圖8 第一段桁架安裝

(2)中間段桁架安裝。安裝3-L軸交3-3軸至3-4軸中間榀鋼桁架。桁架起吊到位后，與已安裝完成的第一節桁架用安裝板和安裝螺栓作臨時連接，如圖9所示。桁架下弦使用貝雷架頂部作為操作平臺，桁架上方使用掛籃作為操作平臺。連接3-L軸與已完成的3-M軸鋼梁間，與已完成的鋼梁間用2-3支次梁，固定、鎖緊、使之形成整體，而后吊車再松鉤卸鋼絲繩。

圖9 中間段桁架安裝

(3)第三節桁架安裝。桁架起吊到位后，同樣與第二節桁架作臨時連接，桁架的另一端安裝進入地腳螺栓，上弦柱底調節空隙同樣使用50 mm×50 mm多種厚度鋼板墊實，下弦橡膠支座處使用手拉葫蘆調準桁架垂直度，焊接插銷固定在已安裝完成的牛腿上。至此整榀桁架就位完成，利用千斤頂調節桁架的水平及起拱高度，對桁架連接口進行焊接，如圖10所示。

圖10 整榀桁架吊裝完成

4.3 屋架的校正

鋼屋架就位時，汽車吊應緩慢落鉤，站在牛腿兩側的高空作業人員應密切關注空中的鋼屋架，地面上手持繩子的工作人員配合穩住鋼屋架。當鋼屋架下降至牛腿上方200mm時，應及時與軸線對齊，定位軸線和鋼屋架中心線之間的偏差控制在5mm以內，爭取在允許偏差內一次性對正軸線。鋼屋架就位后，工作人員對鋼屋架的標高進行測量，高空作業人員將事先準備好的斜墊鐵塞入鋼屋架的底部，然后用錘子輕輕微調鋼屋架標高。地面上的測量人員與高空作業人員要密切配合，達到規定的標高為止。達到圖紙上規定的標高后應及時將鋼屋架與柱子里伸出來的預埋角鋼焊接。

檢查鋼屋架垂直度時，在屋架上弦安裝三個卡尺，一個安裝在屋架中央，兩個安裝在屋架兩端，自鋼屋架上弦幾何中心線處量出0.5 m，在卡尺上作出對應標志。然后，在距鋼屋架中心線0.5 m處對應的地面架設經緯儀，檢查每個鋼屋架上所有卡尺的標志是否在同一垂直面上。垂直度校正后，高空作業人員立即用電焊將鋼屋架固定完畢。

4.4 檁條安裝

檁條采用規格為500 mm×500 mm×25 mm×25 mm的材料,采用腹板焊接法，焊縫高度為5mm,與鋼屋架焊接則采用斷續焊法。檁條起吊到對應高度后與鋼屋架上的標志線對齊，進行四面點焊，由高空作業人員通過拉線校正檁條直線度，進行最后焊接作業，如圖11所示。檁條安裝過程中，綁扎時注意檁條的受力，綁扎的兩個節點要控制在檁條端部，采用白棕繩將檁條拉起。

圖11 檁條安裝

4.5 鋼桁架焊接

整榀鋼桁架組對焊接時，應在焊縫的兩端采用點焊焊接引弧板，其坡口形式和材質應與原構件相同。鋼桁架焊接后，采用砂輪機對焊口進行打磨。鋼桁架對接頭的焊口均應進行無損探傷檢測，焊縫成型應滿足一級外觀檢查的要求。一級焊縫的表面不得有弧坑裂紋、電弧擦傷、氣孔、夾渣等缺陷，焊接后，現場檢測，符合一級焊縫要求后方可繼續施工。其他鋼結構焊縫不得低于三級外觀檢查的要求。

5 結語

通過對本工程實踐，大跨度超重鋼桁架在吊裝過程中，應充分考慮施工環境、桁架結構、吊裝順序、臨時支撐、誤差調整、焊接方式等各方面因素，對施工組織提出技術及管理要求。對局限空間中的大跨度超重鋼桁架吊裝，應根據施工現場實際情況，合理計算、拆分大跨度鋼桁架，充分利用塔吊和汽車吊相結合方式，有序、高精度吊裝及拼裝，確保大跨度超重鋼桁架在局限空間中的吊裝施工質量。