大型演播廳鋼桁架屋面施工技術(shù)研究

何磊，李文濤，韓正虎，張超，陳俊，付建

（中國建筑第二工程局有限公司華東公司，上海 200135）

1 工程概況

背景工程為某廣電中心裙房演播廳，由一個1000㎡小演播廳和一個2000㎡大演播廳組成。其中2000㎡大演播廳鋼桁架屋面共8榀主桁架，跨度為36.2m，主桁架高度為2.5m，平面尺寸為36.2m×55.3m，桁架上弦頂標(biāo)高為23.7m，桁架下通過轉(zhuǎn)換梁吊桿吊掛燈柵層（標(biāo)高為 16.35m），室內(nèi)凈高為21.7m。采用主桁架兩次提升懸停，分別安裝下掛層以及機(jī)電、燈光等設(shè)備的整體提升施工技術(shù)。

傳統(tǒng)鋼桁架屋面及下掛層施工采用搭設(shè)滿堂腳手架、大型汽車吊吊裝或分段提升施工，存在大量的高空焊接作業(yè)，施工質(zhì)量控制難、施工周期長、危險系數(shù)大等缺點(diǎn)。本施工技術(shù)運(yùn)用整體提升裝置的懸停自鎖功能，結(jié)合地面設(shè)置緊固連接地錨，實(shí)現(xiàn)主桁架、下掛層以及機(jī)電、燈光等設(shè)備的地面安裝，將大量的高空焊接作業(yè)集中在地面上進(jìn)行。首先拼裝屋面主桁架層，提升至一定標(biāo)高處后懸停，進(jìn)行下掛層構(gòu)件及機(jī)電、燈光等設(shè)備安裝，安裝完成后，整體提升至設(shè)計標(biāo)高，最后進(jìn)行端部合攏，最后進(jìn)行頂部鋼桁架樓層板的施工。減少臨時腳手架，提高工效，成型效果好、大幅降低安全風(fēng)險。

圖1 工程概況效果圖

2 技術(shù)特點(diǎn)

采用整體提升施工技術(shù)，極大減少鋼桁架屋面措施支撐腳手架的搭拆工序，避免了資源的浪費(fèi)，降低了施工成本[1]。具有施工進(jìn)度快、安全可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)工程質(zhì)量、工期進(jìn)度、成本、環(huán)保的有效結(jié)合。

運(yùn)用整體提升裝置的懸停自鎖功能，結(jié)合地面設(shè)置緊固連接地錨，實(shí)現(xiàn)主桁架、下掛層以及機(jī)電、燈光等設(shè)備的地面安裝[2]，將大量的焊接作業(yè)集中在地面上進(jìn)行，大大降低安裝施工難度，施工效率高、安全風(fēng)險低。

在地面進(jìn)行鋼桁架屋面的拼裝然后進(jìn)行整體連續(xù)提升[3]，現(xiàn)場管理人員在地面即可進(jìn)行監(jiān)督管控，鋼桁架屋面的焊接質(zhì)量、主鋼桁架的起拱等各方面控制均得到有效保障。

3 關(guān)鍵技術(shù)

結(jié)合BIM技術(shù)對鋼桁架屋面的提升進(jìn)行整體建模分析，了解鋼桁架屋面在提升各工況下的內(nèi)力情況及應(yīng)變情況，對鋼桁架屋面各模塊構(gòu)件進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算及分析，確保鋼桁架屋面提升實(shí)施的可行性及安全性。

運(yùn)用計算機(jī)控制液壓提升器整體提升，將主桁架進(jìn)行兩次提升懸停，分別進(jìn)行下掛層和機(jī)電、燈光的安裝施工，待以上工序施工結(jié)束，進(jìn)行鋼桁架屋面的整體連續(xù)提升，最后進(jìn)行主桁架端部的合龍[4]。懸停階段，底部凈空需滿足下部工序操作空間，做好天錨和地錨，確保施工安全。

4 施工流程

臨時支撐安裝→預(yù)裝段安裝→主桁架地面拼裝→主桁架第1次提升懸停→下掛層安裝→主桁架第2次提升懸停→機(jī)電、燈光安裝→整體連續(xù)提升→端部合龍→臨時支撐拆除→鋼筋桁架樓層板施工。

5 操作要點(diǎn)

演播廳鋼桁架屋面投影下樓層空間存在部分懸挑混凝土樓板，整體鋼桁架屋面無法整榀成片提升，需將鋼桁架分為三段，端部兩段預(yù)裝段（懸挑混凝土樓板投影的桁架部分）和中間提升段（懸挑混凝土樓板投影以外的桁架部分）。

5.1 預(yù)裝段安裝

在預(yù)裝段下方設(shè)置臨時支撐，優(yōu)先安裝預(yù)裝段至設(shè)計標(biāo)高，使其形成獨(dú)立的空間穩(wěn)定受力體系。然后在預(yù)裝段上方設(shè)置液壓提升器臨時支撐，布置液壓提升器，通過專用鋼絞線與下部待拼裝完成的主桁架進(jìn)行連接，組成整體提升機(jī)構(gòu)。預(yù)裝段、液壓提升器及相應(yīng)的臨時支撐體系重量均相對較小，可采用現(xiàn)有塔吊或者汽車吊進(jìn)行吊裝施工。

5.2 主桁架地面拼裝

單榀主桁架下部設(shè)置可調(diào)節(jié)拼裝胎架，由同一方向依次拼裝主桁架上下弦桿和腹桿，待主桁架拼裝完成后按照相同拼裝順序安裝頂部連接主桁架之間的次梁結(jié)構(gòu)，使提升段形成空間整體結(jié)構(gòu)，次梁與主桁架連接節(jié)點(diǎn)位置不擰緊，方便后期鋼桁架提升至設(shè)計標(biāo)高后進(jìn)行微調(diào)，提升完成并微調(diào)且滿足設(shè)計要求后方可進(jìn)行連接節(jié)點(diǎn)位置的擰緊施工。

圖2 主桁架地面拼裝

5.3 下掛層安裝

根據(jù)BIM模型受力分析的各吊點(diǎn)參考反力值，依序 20%、40%、60%、80%、100%加載提升，提升段桁架至距離結(jié)構(gòu)地面以上約10cm后停留12h靜載，如有必要進(jìn)行“單點(diǎn)”微調(diào)。現(xiàn)場各方責(zé)任主體驗(yàn)收確認(rèn)后，正式提升主桁架至下掛層相應(yīng)凈高高度（第1次提升懸停位置）。待提升至指定標(biāo)高后，在桁架的4個拐角采用4根12的鋼絲繩設(shè)置連接地錨，上部錨固在桁架上，下部錨固在混凝土柱子上。在主桁架第1次提升懸停位置下方，進(jìn)行下掛層的安裝。

圖3 下掛層安裝

5.4 機(jī)電、燈光安裝

主桁架與下掛層整體提升至機(jī)電、燈光等設(shè)備相應(yīng)凈高高度（第2次提升懸停位置）。待提升至指定標(biāo)高后，設(shè)置連接地錨進(jìn)行主桁架與下掛層的緊固。在主桁架第2次提升懸停位置下方，進(jìn)行機(jī)電、燈光等設(shè)備的安裝。

5.5 端部合龍，臨時支撐拆除

機(jī)電、燈光等設(shè)備安裝結(jié)束后，進(jìn)行主桁架、下掛層及機(jī)電、燈光等設(shè)備整體連續(xù)提升。當(dāng)提升至設(shè)計標(biāo)高附近約1m范圍時，各吊點(diǎn)進(jìn)行微調(diào)處理，放慢提升速度，緩慢提升到桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)高位置，鎖緊液壓提升器，復(fù)測各吊點(diǎn)提升高度，確保達(dá)到設(shè)計標(biāo)高要求。進(jìn)行鋼桁架屋面端部預(yù)裝段、中間提升段的合攏施工，使桁架結(jié)構(gòu)荷載受力臨時支撐結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至臨近永久混凝土結(jié)構(gòu)，形成獨(dú)立的穩(wěn)定空間受力體系，然后拆除端部臨時支撐體系，最后進(jìn)行頂部鋼筋桁架樓層板的施工。

圖4 機(jī)電、燈管設(shè)備安裝

圖5 端部合龍，臨時支撐拆除

6 施工注意要點(diǎn)

①施工前期策劃

提前梳理鋼桁架提升段投影區(qū)域是否有懸挑結(jié)構(gòu)，主桁架地面拼裝場地是否滿足相應(yīng)承載力要求。

②主桁架地面拼裝

地面拼裝需嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量，做好主桁架的起拱設(shè)置。焊接結(jié)束并自檢合格后及時進(jìn)行探傷檢測。

③下掛層、機(jī)電、燈光設(shè)備安裝

與鋼結(jié)構(gòu)單位、機(jī)電單位、精裝修單位進(jìn)行高效聯(lián)動，提前完成下掛層區(qū)域內(nèi)的圖紙深化，及時進(jìn)行穿插施工，避免后期較大措施成本投入。

④動態(tài)監(jiān)控監(jiān)測

全過程進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測控制，實(shí)現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測、自動調(diào)平，提升器每5個行程進(jìn)行一次監(jiān)測校準(zhǔn)工作，確保安裝精度。

7 質(zhì)量控制要點(diǎn)

①焊接質(zhì)量

為防止和抵消焊接變形，焊前裝配時，將工件與焊接變形相反方向預(yù)留偏差。控制焊接順序防止變形，采用夾具和專用胎具，將構(gòu)件固定后再進(jìn)行施焊。構(gòu)件變形翹曲必須進(jìn)行矯正。

②安裝精度

保證預(yù)埋件埋設(shè)精度，采用鋼框固定預(yù)埋件預(yù)埋法，該框架具有很大強(qiáng)度，能防止混凝土澆灌時的沖擊和振搗等外力而不變形。利用全過程動態(tài)監(jiān)測控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對懸停主桁架的標(biāo)高精度控制，安裝精度控制在2mm以內(nèi)。

③實(shí)體成型

放樣、下料時應(yīng)明確拱度值，對起拱構(gòu)件采取預(yù)防變形的保護(hù)加固措施。對現(xiàn)場拼裝完成的整體桁架尺寸、平整度、垂直度及起拱進(jìn)行復(fù)測。

8 安全控制要點(diǎn)

為確保結(jié)構(gòu)在提升過程中的安全，根據(jù)提升吊點(diǎn)的布置，采用“吊點(diǎn)油壓均衡，結(jié)構(gòu)姿態(tài)調(diào)整，位移同步控制，分級卸載就位”的同步提升和卸載就位控制。

鋼桁架屋面及其下掛層整體提升后，部分次梁及燈柵吊掛需要采用高空散裝，大量的作業(yè)集中在一個立體的空間框架上進(jìn)行，交叉作業(yè)頻繁。須在燈柵下掛層位置設(shè)置安全平網(wǎng)，以防高空墜落，兼作安全隔離屏障。平網(wǎng)采用復(fù)合形式，即一層普通大眼安全網(wǎng)上覆蓋一層密目安全網(wǎng)，防止人員墜落的同時防止高強(qiáng)螺栓梅花頭以及電焊頭墜落傷人。鋼絞線不能作為導(dǎo)體通電，如焊接作業(yè)距離鋼絞線較近時，焊接區(qū)域鋼絞線可采用橡膠或石棉布予以保護(hù)。

桁架屋面結(jié)構(gòu)投影面積大，為確保鋼結(jié)構(gòu)提升過程的絕對安全，并考慮到高空對精度的要求，在鋼結(jié)構(gòu)空中停留，或遇到更大風(fēng)力影響時，暫停吊裝作業(yè)，提升設(shè)備鎖緊鋼絞線。同時，通過鋼絲繩將鋼桁架結(jié)構(gòu)與周邊混凝土立柱結(jié)構(gòu)連接，起到限制鋼結(jié)構(gòu)水平擺動和位移的作用。

9 結(jié)語

大型演播廳鋼桁架屋面施工技術(shù)適用于各類大型鋼桁架屋面及其下掛層整體提升施工中，該施工技術(shù)采用計算機(jī)控制液壓整體提升裝置，結(jié)合BIM技術(shù)對鋼桁架屋面的提升進(jìn)行整體建模分析，可對鋼桁架屋面各模塊構(gòu)件進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算及分析，同時能在地面便可對鋼桁架屋面的施工進(jìn)度、安全、質(zhì)量進(jìn)行過程管理，極大的提升現(xiàn)場管控質(zhì)量，安全風(fēng)險明顯降低，鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量及鋼桁架的起拱等各方面均得到有效保障。該施工技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景，為同類項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)施工提供借鑒與經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)。