桁架鋼結構在大跨度懸空結構施工中的應用

溫福劍，尹凱正

（中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160）

1 工程概況

某項目位于天津市靜海區團泊鎮，為大型住宅類群體小區，所含高層建筑層數為28層，建筑高度83.75 m。

在此高層建筑北立面樓梯間凹廊位置（圖1中線框圈出位置）設計多道9.4 m跨度懸空結構梁板。此樓梯間凹廊部位整體寬度為9.4 m，進深長6 m，其結構頂面距地面高度為83.75 m，懸空結構整體成挑檐帽子形狀。

圖1 高層建筑北立面屋面位置懸空結構造型效果

2 工藝特點

本高層建筑北立面樓梯間凹廊位置，設計中采用多道大跨度懸空混凝土結構梁板，而此位置下部無結構支撐構件，上部懸空挑檐板及懸空結構梁搭設常規懸挑工字鋼腳手架支撐需采用大尺寸型號工字鋼，用鋼量大，增加了工字鋼錨固部位結構板的配筋量，成本相對較高，同時錨固部位受力較大，存在結構板開裂等質量安全問題。同時，常規懸挑工字鋼在樓層墻體根部須預留洞口，措施費用高，安全性不易保證，不利于后續外墻及屋面防滲漏，影響建筑使用功能[1]。

由于此大跨度懸空混凝土結構施工作業面為超高懸空作業、模板無支撐點、跨度大，與現有結構存在距離較遠等施工制約因素，為本工程施工的重難點[2]。

3 具體施工方法及操作要點

本工程整體施工原則為：建筑頂層（第28層）屋面結構施工完成后，在其下部及外側安裝水平及豎向兜網防護措施，防護措施封閉到位后，安裝桁架鋼結構平臺，鋼結構平臺尺寸寬9.2 m，進深長6 m，而后在其上搭設外側雙排防護腳手架，防護完成后，在其內側開始懸空結構梁板腳手架支撐體系搭設及模板安裝工作，最后進行鋼筋綁扎及混凝土澆筑施工。

在第28層施工前進行桁架鋼結構平臺施工，主要工藝流程為：（最頂層（第28層）結構鋼筋綁扎模板安裝時鋼結構平臺預埋件安裝（桁架鋼結構平臺施工圖紙提前設計）→27層頂板標高位置水平及豎向防護兜網安裝→混凝土澆筑養護強度達到80%后牛腿焊接安裝→鋼結構平臺桁架安裝→拉桿及連梁安裝→平臺木跳板面板安裝→連梁位置懸空結構梁及挑板外腳手架安裝→懸空結構支撐腳手架體系搭設及模板安裝→懸空結構梁板鋼筋綁扎→混凝土澆筑及養護[3]。

3.1 施工準備

鋼結構平臺加工制作前要熟悉掌握方案圖紙設計情況，仔細閱讀圖紙，按方案及規范各項要求施工。材料進入加工車間前，須先進行材料質量檢查驗收，合格后再加工制作。鋼平臺各構件加工完成后，按方案要求運輸到場內規劃位置，并保持材料堆放場地干燥。結構層施工到最頂層屋面位置時，技術測量人員要根據土建標高體系確定預埋件位置標高。根據土建標高體系控制網，定位預埋件中軸線、豎向標高、水平位置及各牛腿預埋件表面平整度[4]。

3.2 拼裝式桁架鋼結構平臺設計

3.2.1 可拆卸拼裝桁架鋼結構平臺設計

平衡弦桁架體系需使用的材料主要由工字鋼、鋼板、鋼管、高強螺栓、各構件焊縫焊接連接固定等，由預埋件、牛腿、桁架、檁條、拉桿、木跳板等構件組成，見表1。

表1 平臺構件主要規格

3.2.2 構件連接方式

牛腿預埋板提前設置固定在鋼筋混凝土剪力墻中，牛腿與預埋鋼板采用坡口焊接固定，焊縫高度10 mm，焊縫飽滿均勻，不得有缺陷。

檁條與鋼梁吊裝時使用螺栓臨時加固，然后滿焊，焊縫高度10 mm。拉桿與弦鋼吊裝時使用高強螺栓進行連接固定。

3.3 鋼結構平臺桁架及面板安裝技術

3.3.1 防護安裝

1）防護兜網：施工前在鋼結構平臺下一層建筑樓面標高位置安裝一道水平兜網，并在建筑懸空結構位置外側立面懸掛豎向水平兜網。

2）安裝流程：在懸空結構平臺寬度9.4 m兩側設置鋼管扣件搭設的水平兜網支撐臺→兩側鋼管扣件支撐平臺拉鋼絲繩懸掛鋼絲繩→在鋼絲繩上張掛水平兜網→在豎向鋼管扣件斜撐平臺之間設置鋼絲繩，張掛豎向兜網。

3.3.2 桁架鋼結構平臺構件連接方法

1）下埋件：主體結構施工時，下埋件，與主體澆筑成一整體，采取附加鋼筋、提升標號等方式保證強度。預埋件安裝時對現場施工標高線、軸線等進行復核，驗線合格后，澆筑混凝土。

2）焊接牛腿：主體混凝土結構養護達到80%強度后，施工人員站在爬架上作業，將牛腿與預埋件焊接板進行焊接，坡口焊接，焊縫高度10 mm，焊接過程中注意牛腿頂部焊縫質量。

3）主梁吊裝焊接施工：使用塔吊吊裝主梁桁架至牛腿上，使用普通螺栓臨時緊固，隨后將封頭板與牛腿鋼板焊接固定。

4）次梁吊裝焊接：次梁檁條吊裝至牛腿上，使用普通螺栓臨時緊固，隨后將封頭板與主梁上部鋼板滿焊牢固。

5）滿鋪木跳板：50 mm×200 mm木跳板滿鋪至檁條上，形成操作面，并使用鋼絲繩捆緊固牢。

6）支撐體系搭設：操作面鋪設完成后，在平臺上搭設外腳手架，之后進行平臺內部懸空結構的木模板支撐體系施工。

3.3.3 鋼結構吊裝工藝

1）吊裝設備。吊裝采用單榀桁架整體吊裝方案，桁架吊裝到平臺牛腿位置安裝固定，拼焊完成后按焊縫等級要求進行超聲波探傷。

2）吊裝受力分析。垂直支撐、系桿等的吊裝也采用塔吊吊裝，同時配合桁架進行吊裝作業。以吊裝重量最大的垂直支撐（立面桁架）進行吊裝，經計算最重構件為單榀桁架質量為1.1 t，吊裝前根據塔吊機械說明書及吊裝點位置進行分析，核算塔吊起重機吊裝能力可以滿足要求[5]。

3）吊裝前準備工作。鋼結構安裝前根據構件明細表校對進場構件，檢查質量證明單和設計更改文件，查驗收構件在運輸過程中引起的變形情況，并記錄在案，發現問題及時進行矯正到與規定一致。

對于鋼牛腿，先查驗復核高低偏差、軸線的位置、豎向的標高及水平面的平整度，再彈出十字中心線，進行引測標高。由于鋼結構安裝的同時，土建施工同步進行，鋼結構預埋與土建安裝均采用統一標高體系和相同標準工具，避免標高控制錯誤，造成鋼結構安裝位置預埋偏差。

4）吊裝施工。鋼桁架放到牛腿上先用螺栓臨時固定，調好平整度與垂直度，焊接固定。吊裝剛性系桿，調整尺寸準確后，擰緊螺栓，然后吊裝次梁，次梁與鋼桁架上翼緣板螺栓擰緊，使鋼構件牢固不移位，成一個穩定的單元。

5）鋼架校正。采用掛線檢查定位后，采用倒鏈方式固定鋼結構單榀桁架，輔助進行校正，待桁架完全校正并安裝完所有鋼構件后，方可松開倒鏈。

3.4 懸空結構鋼管腳手架支撐體系搭設

3.4.1 外腳手架搭設

桁架鋼結構操作平臺北側外檐搭設腳手架采用φ48 mm×3.0 mm鋼管，立桿間距按≤1.5 m設置，架體立桿橫距可按0.9 m設置，外腳手架內側采用鋼管扣件與屋面高出女兒墻做拉結固定，保證架體穩定性。

外腳手架立桿下部設置在鋼結構平臺檁條上部連梁工字鋼上部，可采取鋼筋焊接立桿座在鋼筋上固定。

3.4.2 模板支撐體系搭設

懸空結構下部可采用鋼管扣件腳手架支撐體系，支撐體系立桿及橫桿規格為φ48 mm×3.0 mm鋼管，架體立桿縱向及橫向間距根據懸空結構梁板截面尺寸及頂部承受施工荷載受力計算確定，適當縮小支撐體系立桿間距，本工程立桿間距按≤0.9 m，支撐體系立桿設置在鋼結構平臺檁條H型鋼（HN200 mm×100 mm）上部，同外腳手架焊接鋼筋固定。桁架鋼結構安裝完成后表面滿鋪木跳板，防止人員及材料墜落。

4 桁架鋼結構平臺拆卸

懸空結構混凝土澆筑完成后，養護強度達到100%強度后方可進行拆模，支撐架體及防護架拆除后，進行鋼結構平臺拆除。桁架鋼結構平臺拆除使用氣焊切割，單元分割后使用塔式起重機吊裝拆除。

拆除工藝流程：拆除最北側鋼梁及型鋼檁條→拆除北側第一榀與第二榀桁架之間的型鋼→拆除北側第二榀與第三榀桁架之間的型鋼→最終使用吊籃對牛腿進行切割拆除。

5 結語

本文介紹了一種拼裝式桁架鋼結構平臺代替傳統工字鋼懸挑平臺的作為懸空結構支撐基礎的施工工藝，主要適用于超高空大跨度懸空結構施工，此做法提高了腳手架支撐體系基礎平臺的支撐安全系數。較傳統懸挑工字鋼相比大大提升了安全性，避免了工字鋼預埋對結構墻體及樓板破壞造成的滲漏問題，提高了施工生產效率。在本工程超高空大跨度懸空結構施工中，采用拼裝式桁架鋼結構平臺作為懸空結構施工支撐架體的基礎平臺，經現場施工檢驗安全系數高，具有一定的社會經濟效益，希望能給以后的類似工程作為參考，對現場工程師能有所幫助。