超長異形懸挑金屬屋面挑檐提升方案

丁曉星 王滕玨 管仁仁

（1.南通市中央創新區科創產業發展有限公司，江蘇 南通 226000；2.中國建筑第八工程局有限公司，上海 200112）

1 工程概況

南通大劇院項目由法國建筑大師保羅·安德魯領銜設計，項目包括新建劇院、音樂廳、戲劇場、創意中心及兒童活動中心等。本工程屋面系統為分離式復合屋面系統，沿湖面金屬屋面外挑10m 作為雨棚，雨棚展開投影長度300m，南通大劇院效果圖見圖1。

圖1 南通大劇院效果圖

2 施工難點

2.1 超高

吊裝高度最高達22m，超高吊裝高度使穩定性無法得到有效保證，且現行規范沒有對吊裝過程提出更高的技術要求。

2.2 大跨度

金屬屋面檐口施工區域平面跨度長約300m，超大跨度需選擇合適的施工方案。

2.3 工程體量大

如采用傳統滿堂支撐架后高空拼接，架體需求量118800m3，需要調動大量的材料及勞動力資源，且有一定安全隱患，后續模板拆除工程量巨大。

3 金屬屋面挑檐安裝方案選擇

方案1：滿堂架+高空拼裝體系

搭設滿堂架作為操作平臺后，在高空完成屋面檐口體系安裝。

方案2：地面拼裝+分段吊裝體系

在地面完成胎架搭設、骨架拼裝、檐口鋁板安裝后，使用扒桿+電動葫蘆吊裝系統，分段將屋面檐口吊裝完成。骨架總長約300m 分為6 段、平均長度約30～70m，經過計算，檐口鋁板含骨架及背襯板，在300m 沿長方向每米重量約400kg，按最大分段長度70m 計算，最大起吊總重約28t。

方案3：整體提升體系

以大坡面為拼裝場地，使用大量的臨時支撐胎架作為桁架安裝平臺，拼裝完成后使用液壓提升器進行桁架整體提升。

綜合考慮施工技術的可實施性、安全、進度以及經濟性等方面因素，對比上述施工方案，最終選擇了最優方案2 進行現場施工。

3.1 滿堂架+高空拼裝體系的優點

（1）傳統施工工藝，體系成熟、工人易于接受。（2）在地面進行骨架拼裝，便捷質量檢查、減少高空作業帶來的安全隱患；結合現場實際結構情況使用扒桿+電動葫蘆吊裝體系，使用最低成本可靠完成吊裝作業；骨架加工操作簡單，吊裝速度較快，節省工期。（3）有利于現場文明施工管控，完成度高。

3.2 滿堂架+高空拼裝體系的缺點

（1）穩定性構造，施工繁瑣；架體搭設體量巨大，對材料、人工耗用量較大；搭設和拆卸周期長，影響工期；高空作業時間長，安全隱患大。（2）房屋建筑工程扒桿+電動葫蘆應用案例較少，經驗不足，操作不熟練。（3）整體提升施工技術含量高、施工難度較大；受下部混凝土施工周期制約較大，不易于保障整體工期；為了減小吊機選型，需采取平面小單元樓面拼裝，樓面拼裝工作量大。吊機選型大，兩側需滿足重型吊車通道行走要求；吊機數量最多，成本最高。

采用價值工程理論進行方案選擇，最終選擇方案2，利用舞臺幕布牛腿支撐高空貝雷架鋼平臺+盤扣支撐體系。

4 施工順序及實施要點

4.1 施工工序

建模下料→測量放線→胎架搭設→分段拼裝雨棚→試吊→正式吊裝。

建模下料、測量放線：測量搭設胎架的同時下料加工，工廠里按照節點圖及BIM 模型中大小片鋼架的具體尺寸，編號按順序加工鋼架以及飾面鋁板，運至工地備用。

胎架搭設完畢后，在胎架上進行龍骨的拼裝、焊接。焊接完畢，施工人員必須敲除焊渣，自檢焊縫，并經質檢人員復查合格簽字后，再由專檢人員填報中間驗收單，經質檢部門復查后方可進行下道工序施工，在地面焊接與空中焊接相比，其焊接質量和焊接精度有大幅度提高，同時由于大量減少了空中焊接的工作量，也大大提高了施工的安全性。分段整體在胎架拼裝完成并經驗收合格后，由專人進行群吊吊具的安裝和調試，控制箱置于屋面B 軸處，空車調試完成后，進行鋼骨架的試吊，利用建立起來的三維實體模型精確地找出復雜吊裝單元體的重心點和重心軸線，為吊裝方案的確定提供可靠的數據支持，從而確定出吊裝需要的吊點、起重索具、作業半徑等重要指導數據，焊接吊耳及索具安裝。具體吊點選擇位置及吊裝分段圖見圖2[2]。

圖2 吊裝段劃分以及吊點布置圖

試吊的方法是將鋼骨架整體提升300～500mm 后停止。觀察是否安全可靠，試吊是全面落實和檢驗整個吊裝方案完善性的重要保證。

先把少兒廳第一段鋼骨架提升至安裝位置，到指定位置時用手動葫蘆進行微調，調至之前用全站儀所標出的定位控制點，利用全站儀進行多點復核，嚴格保證安裝的精度，畫出鋼骨架與主鋼結構連接需修除的部分，因為主骨架與模型有不可避免的施工誤差，按模型進行標準片加工時，對安裝接口進行了適當的加長。第一次試吊完成后重新把鋼骨架放回地面適當高度，進行接口修整。背襯板安裝、鋁板及裝飾線安裝和打膠工作、裝飾面完成后，報經監理驗收合格后進行正式吊裝[3]。

正式吊裝階段，當分段整體由環鏈電動葫蘆群吊機組吊至理論標高，并由手動葫蘆調整好水平距離后用全站儀對實體表面天溝邊線進行復核，如有微小偏差可對單個環鏈電動葫蘆進行微調，使裝飾面滿足設計要求，表面平滑美觀。

調整完畢后，由專業焊工用掛藍對每個連接點進行焊接加固，所有焊接工作完成后，清理焊渣，拆除吊具，最后去除吊耳對焊接節點進行防腐處理。

4.2 實施要點

4.2.1 吊具的安裝方式

由設計院進行扒桿系統承載力驗算、出具工程技術核定單，確保扒桿系統承載力滿足要求。

4.2.2 每一分段雨棚體系在安裝后產生內力及撓度形變

通過有限元計算軟件進行撓度及內力驗算，充分考慮起吊過程的單元體內力穩定安全以及變形控制。雨棚撓度變形內力分析見圖3。

圖3 雨棚撓度變形內力分析

4.2.3 吊裝施工段劃分

為實現流水施工及吊裝過程的安全，按五個功能廳和入口大廳將總長約300m 屋面檐口分為6 段吊裝。

4.2.4 起吊點位置的確定

利用geomagic 建模進行吊裝單元體重心分析，為吊裝方案實施過程的安全和穩定提供數據支持，從而確定出吊裝需要的吊點、起重索具、作業半徑等重要指導數據，再進行焊接吊耳及索具安裝。

4.2.5 施工安全

施工過程中在下方進行警示牌隔離，并專人監管；高空作業工人設置安全繩；配備工人安全繩懸掛裝置[4]。

4.2.6 接縫預留

對施工班組進行技術安全交底，在各個廳之間預留檐口接縫，吊裝過程技術人員全程旁站。

5 實施成效

本項目較滿堂架節約造價約350%～400%。盤扣架每噸每月租賃材料費用200 元，每噸盤扣架桿件可搭設80m3空間；搭設范圍平面長度300m、寬度18m、高度22m（高度計算值為地面至檐口吊裝最高點），盤扣腳手架搭拆人工費用為28 元/m3，按2 個月使用周期計算工程費用：（18×300×22/80）×200×2+18×22×300×28=392.04 萬元。屋面檐口鋁板吊裝包干費用80 萬元，因此產生直接經濟效益達312.04 萬元。

吊點位置確認、扒桿+電動葫蘆吊裝體系安裝、試吊僅耗了30d工期，每天20 人，根據現場屋面檐口尺寸18×300×22=118800m3，若采用落地滿堂腳手架搭設，投入同樣的勞動力（每天20 人），每人每天搭設80m3，共需耗時18×300×22/（80×20）=75d，節省工期75-30=45d，工期效益明顯。

由于整體提升方案的構件均在工廠加工不需要現場加工，現場僅需進行簡單的焊接安裝即可，提高了材料的使用率，同時不需搭設大量的腳手架，施工現場整潔，對推動現場文明施工起到積極作用。與其他吊裝體系相比，在同等荷載情況下，施工設備為手拉葫蘆+扒桿，大幅節省施工設備，節省相應的運輸費、搭拆人工費、管理費、材料損耗等費用，符合綠色施工的行業環境[5]。

6 結束語

該施工方案充分利用了鋼結構屋架體系作為起吊點的固定支座端，依托于結構屋架體系自支撐體系的整體吊裝方法，可以廣泛推廣應用于類似懸挑結構的安裝施工，能夠獲得安全文明、綠色施工、工期及成本節約的綜合成效。