長懸臂躍層鋼桁架逆序施工工藝探究

文／張宏亮 中鐵城建集團有限公司總承包分公司 湖南長沙 410000

引言：

隨著城市建設的快速發展，大型多層型鋼混凝土結構公共建筑越來越復雜，長懸臂躍層鋼桁架順序施工難以滿足施工要求。本論文借鑒大跨度鋼桁架屋面整體提升施工技術、鋼筋桁架樓承板施工技術等應用經驗，針正對舒城縣三館一院建設項目探索長懸臂躍層鋼桁架逆序施工工藝應用。

1.項目概況

舒城縣三館一院建設項目位于舒城縣華蓋路與南溪路交叉口東北角，總建筑面積為100976.21 m2，主要有博物館、圖書館、文化館、劇院與下沉廣場及室外附屬景觀組成。其中博物館及圖書館采用型鋼混凝土結構，結構層數為五層，三層以上采用長懸臂躍層鋼桁架，最大懸挑長度為10.65m，局部鋼桁架+伸臂鋼梁懸挑長度達13m。

2.長懸臂鋼桁架逆序施工工藝原理

采用深化設計軟件對長懸臂躍層鋼桁架深化設計，明確躍層桁架每層豎向與水平分段點位置。施工時從首層開始逐層安裝躍層桁架，SRC 柱與SRC 梁里的型鋼柱、型鋼梁隨躍層桁架同步安裝，直至將型鋼柱、型鋼梁、躍層桁架形成一個完整的鋼結構受力體系，然后利用鋼結構受力體系承擔樓面結構施工荷載，再從首層開始逐層澆筑樓面混凝土，從而實現長懸臂躍層鋼桁架逆序施工。

3.長懸臂鋼桁架逆序施工工藝及質量標準

長懸臂躍層鋼桁架深化設計→施工測量放線→首層支撐胎架安裝→首層躍層桁架吊裝→逐層吊裝其余段躍層桁架→首層支撐胎架拆除→首層樓承板施工→依次施工其余樓承板

3.1 長懸臂躍層鋼桁架深化設計

躍層鋼桁架深化設計主要對躍層桁架與SRC 柱、RC 梁的連接方式優化，并確定躍層桁架的分段點位置，以便于工廠加工制作及現場安裝。利用BIM 技術對長懸臂躍層鋼桁架進行模型建立，根據躍層桁架受力情況確定分段點位置，分段點位置需設在桁架受力較小，并導出躍層桁架加工圖。躍層桁架與SRC 柱、RC 梁的連接可采用鋼牛腿形式，鋼牛腿與型鋼柱、型鋼梁連接應在工廠一次加工成型（見圖1、圖2）。

圖1 躍層桁架BIM 模型示意圖

圖2 躍層桁架分段加工示意圖

3.2 施工測量放線

依據結構施工圖紙、躍層鋼桁架深化圖紙以及內控點布置圖，復核桁架位置及標高。并在樓面上彈出支撐胎架位置線，確保胎架中心與桁架中軸線在同一立面上[1]。

3.3 首層支撐胎架安裝

3.3.1 裝配式胎架安裝

施工前應對放置胎架的樓板進行承載力驗算，確保施工安全。裝配式胎架采用方鋼制作，相鄰兩節采用高強螺栓連接。胎架安裝時采用塔吊或汽車吊進行安裝，先進行胎架底座安裝，底座轉換采用H 型鋼制作，通過膨脹螺栓與樓板連接固定，或者提前在樓板內預埋鋼板進行焊接固定。底座安裝完成后再逐節安裝標準節，最后在支撐胎架頂端安裝操作平臺，操作平臺上口標高與首段躍層桁架下口垂直距離應控制在50cm 至80cm 之間。操作平臺采用H 型鋼或槽鋼制作，四周設1100mm 高防護欄桿[2]（見圖3）。

圖3 支撐胎架構造示意圖

3.3.2 升降裝置安裝、頂升

升降裝置由底座、升降機構、固定機構和定位機構組成。底座上轉動連接有轉動臺，用以調整支撐方向；底座上固定連接依靠固定管實現。升降機構包括升降盤，轉動臺上設有多組升降桿，固定機構包括固定臺，固定臺上設有兩組夾持塊，通過向固定管內注入清水，并啟動升降盤下移將清水壓入到升降桿的下方，將升降桿頂起，從而升降操作。使用完成后將清水放出，還可減輕裝置整體的重量，便于周轉使用[3]（見圖4）。

圖4 支撐胎架構造效果圖

支撐胎架安裝完成后，將升降裝置平穩放置在操作平臺上，并移動升降裝置至操作平臺中心位置，使用升降裝置中心、支撐胎架中心、首段躍層桁架中軸線位于同一立面。位置調整完成后對升降裝置進行臨時固定，向升降裝置固定管內注入足量的清水，啟動升降機構推動升降盤下移，通過液壓驅動使得升降桿將固定臺頂起，直至設計標高。升降裝置上口標高應與首段躍層桁架下口標高一致[4]（見圖5）。

圖5 升降裝置構造示意圖

3.4 首段躍層桁架吊裝

桁架現場吊裝利用塔吊、汽車吊等起重機械進行。桁架吊裝時，為了防止損壞棱角，應當利用橡膠墊等柔性材料對吊裝位置進行保護。起吊時當桁架處于升降裝置上方20cm 左右時應先進行適當穩定，并調整桁架位置使其中軸線與升降裝置固定臺中軸線一致，然后緩慢下桁架，使其逐漸放入到升降裝置固定臺兩組夾持塊之間，并避免在下落時發生桁架與升降裝置碰撞的現象。放置完成后再次調整升降裝置使首段桁架滿足設計高程，最后將首段桁架與型鋼柱或鋼梁牛腿按設計要求連接固定[5]。

3.5 其余段躍層桁架吊裝

其余段躍層桁架安裝方法與首段躍層桁架一致，吊裝時先進行型鋼柱、型鋼梁吊裝，型鋼柱、型鋼梁吊裝完成后再進行其余段躍層桁架吊裝，其余段躍層桁架吊裝時應直接按設計要求連接方式將其與前一段躍層桁架、型鋼柱、型鋼梁連接固定，直至躍層桁架全部安裝完成，并與型鋼柱、型鋼梁形成完整的受力體系[6]（見圖6）。

圖6 躍層桁架吊裝示意圖

3.6 首層支撐胎架拆除

支撐胎架拆除時，先將解除升降裝置的固定，利用升降機構將固定臺降下，并將固定管內的清水排出，便可拆除升降裝置。再利用塔吊或汽車吊從上至下依次拆除操作平臺、胎架標準節、胎架底座（見圖7）。

3.7 首層樓承板施工

施工前先進行鋼筋桁架樓承板排版設計并出具排版圖，根據排版圖進行鋪設，鋪設時以邊跨桁架中軸線為起鋪控制線，然后按設計鋪設方向逐塊鋪設，相鄰兩塊樓承板應采用咬合連接，以防混凝土澆筑時出現漏漿現象。樓承板伸入桁架鋼梁翼緣的長度不應小于50mm，且不小于5d（d 為下弦鋼筋直徑）。鋼筋桁架樓承板跨度超過設計最大無支撐跨度時應設反向支撐，反向支撐可采用鋼筋拉桿設置，通過花籃螺栓一端與鋼筋桁架連接，一端與上段躍層桁架連接。鋼筋桁架樓承板一端與SRC 柱、SRC 梁相接時，樓承板端部需以SRC 柱、SRC 梁側模內邊緣為控制線，不得伸入SRC 柱、SRC 梁內部，并樓承板端部設置反向支撐[7]。

首層樓承板鋪設完成后便可進行分布筋及連接鋼筋安裝，驗收合格后即可進行混凝土澆筑，同一層鋼筋樓承板與SRC 柱、SRC 梁應一次澆筑完成。澆筑混凝土時，不得對鋼筋桁架樓承板造成沖擊。傾倒混凝土時，應迅速向四周攤開，避免堆積過高；泵送混凝土管道支架應支撐在梁或墻上（見圖8）。

圖8 樓承板施工效果圖

3.8 其余層樓承板施工

樓承板施工與首層樓承板施工一致，由低至高逐層施工，直至所有樓層全部完成。

3.9 質量標準

（1）支撐胎架操作平臺上口標高與首段躍層桁架下口垂直距離應控制在50cm～80cm。

（2）升降裝置中心、支撐胎架中心位于同一立面，升降裝置中心與首段躍層桁架中軸線偏差不應大于10mm。

（3）躍層桁架分段點位置需設在桁架受力較小位置，應高出桁架主梁頂面以上1.0m～1.3m。

（4）桁架分段連接時軸線空間位置偏差不應大于10mm，連接節點中心空間位置偏差不應大于15mm。

（5）首段躍層桁架應按設計要求起拱，設計無要求時起拱高度不宜小于L/5000（L 為懸挑長度）。

（6）升降裝置與首段躍層桁架的臨時固定應利用夾持板進行，嚴禁采用焊接方式對桁架進行臨時固定。

（7）樓承板伸入桁架主鋼梁翼緣的長度不應小于50mm，且不小于5d（d 為樓承板下弦鋼筋直徑）。

結語：

長懸臂鋼桁架逆序施工工藝，不僅消除了傳統支撐體系受載后產生的非彈性變形，有效保證了懸臂桁架安裝精度，而且長懸臂躍層鋼桁架安裝完成后，與型鋼柱、型鋼梁形成完整的鋼結構受力體系，有效解決了傳統工藝中長懸臂躍層鋼桁架施工沉降問題，并利用鋼結構整體受力體系承擔樓板施工荷載，減少了懸臂躍層鋼桁架及樓板支撐體系用量，節約周轉材料用量，其中圖書館與博物館長懸臂躍層桁架施工較傳統工藝每層節約工期3 天，逆序施工既保證施工質量，又節約了施工成本，提高了施工效率，在體量大、層高高、工期短的多層型鋼混凝土結構施工方面積累了經驗，對后續長懸臂躍層桁架施工有著很好的借鑒作用，應用前景非常廣泛。