大跨度鋼結構場館懸掛結構施工技術研究

中圖分類號：TU391 文獻標識碼：A文章編號：2096-6903（2025）08-0010-03

0 引言

在大跨度鋼結構施工過程中，安裝懸掛結構始終是重難點難題。這些結構通常位于主體結構的邊緣地帶，其依靠吊柱或拉桿與上部鋼桁架相連，以支撐起下方的樓層結構。特別是當吊柱或拉桿呈現傾斜狀態時，整個受力系統變得更加復雜與多變，對施工精確度提出了十分嚴格的要求。鑒于此，對大跨度鋼結構場館中懸掛結構的施工技術進行深入探索，顯得尤為迫切且具有重要意義。

1工程概況

某圖書館項目整體規劃用地約3.96萬 m² ，總建筑面積高達11.40萬 m² ，細分為地上7.80萬 m² 與地下3.60萬 m² 的建筑面積。項目主體包括一座7層、高達50m 的塔樓，一層 8m 高的裙樓，以及全面覆蓋的地下室。塔樓上部結構采用了規則的 16.8m×16.8m 柱網布局，外圍的懸挑結構在屋頂層達到最大幅度 16.8m 逐層縮減，整體建筑高度為 49.5m 在建筑的核心區域，采用的是框架結合剪力墻筒體的結構體系，對于懸挑部分，項目則創造性地采用了“懸掛結構”設計。

2工程重點及難點

本工程鋼結構施工規模龐大，覆蓋廣闊區域，鋼材使用量驚人，達到了約2.4萬t，并伴隨著為期6個月的緊湊施工時段，這在大型城市場館鋼結構工程中十分典型。該工程的鋼結構節點設計錯綜復雜，加勁肋分布密集。為了保障大跨度鋼結構場館的功能性和實用性，特別選用了Q390、Q420、Q460等高強度鋼材（性能參數如表1所示）。隨著鋼材強度等級的提升，其焊接性能卻相應下降，對焊縫質量的要求愈發嚴苛，加之焊接作業環境復雜，使得焊接工作極具挑戰性。

表1Q390、Q420、Q460等高強度鋼材性能表

在整體結構受力體系中，屋頂桁架層及其外圍懸掛結構占據著重要的地位。施工之際，必須嚴格遵守設計方規定的受力標準。為確保結構穩固，安裝屋頂懸挑桁架及懸掛結構時，須搭建臨時支撐體系，該體系既要滿足承載需求，又要避免對混凝土結構造成損傷，從而保障施工質量和整體結構的安全性。

本項目結構設計復雜，在外圍懸掛鋼結構的施工過程中，面臨著重重挑戰，對施工技術的要求極為嚴苛。項目主體結構采用了框架-核心筒體系，明確劃分了非懸挑區與懸挑區。非懸挑區環繞4個核心筒布局，懸挑區則向外延伸。在非懸挑區內，樓面荷載的傳遞路徑簡潔明了，自樓板依次通過次梁、框架梁，最終傳遞至框架柱或核心筒，實現了荷載的自上而下有效傳導。

懸挑區的荷載傳遞機制則大相徑庭：荷載自樓板起始，經次梁、框架梁后，通過吊桿上傳至屋頂桁架，最終由框架柱或核心筒承擔，形成了自下而上的獨特傳力路徑。懸挑區域運用了全鋼材質的“懸掛結構”設計，屋頂特別安裝了上翻鋼桁架系統，該系統利用吊柱來支撐下方樓層的質量。各樓層均統一選用單向實腹鋼梁作為結構主體，而吊柱與樓面鋼梁的連接則巧妙地采用了鉸接方式，這樣的構造既確保了結構的穩固性，又為其增添了一定的靈活度。所有懸掛吊柱均采用高強度Q420C鋼，直徑分別為 250mm 和 290mm 的U型吊柱，顯著增強了結構的整體效能。

3施工總體部署

3.1總體安裝流程

本項目采取的總體方針是充分利用現場機械資源，確保鋼結構吊裝作業高效有序，并保證各施工環節與相關單位的作業流程無縫對接[。在資源配置環節，通過細致的對比分析和優化策略，實現了資源的平衡高效分配。施工管理方面，針對現場實際情況和結構受力特性，定制了施工方案。

在框架結構施工中，QAY型動臂起重機憑借其卓越性能成為首選設備（QAY型動臂起重機技術參數如表2所示）。對于懸挑桁架和懸掛結構，采取了分段吊裝的方法，并輔以臨時支撐系統，以確保施工安全。屋頂層結構完工后，立即展開下方懸掛結構的施工[2。主樓非懸挑區域的鋼結構施工結束后，迅速轉入懸挑區域的施工。

在施工過程中，充分利用主樓結構的支撐作用：下層懸掛結構借助上一層主樓結構實施斜拉施工；而屋頂層懸挑桁架的施工，則依靠下層主樓結構設置斜撐，以增強穩定性[3]。桁架的安裝工作分階段進行，懸掛結構的吊柱則在懸挑桁架施工完畢后，從頂層逐層向下安裝，直至底層（吊柱應變監測配置如表3所示）。整個吊裝作業完成后，按照計劃，從頂層開始逐層拆除臨時支撐系統，以確保施工的高效性和安全性[4]。

表2QAY型動臂起重機技術參數表

表3吊柱應變監測配置

3.2 現場總體焊接要點

對于擁有復雜結構設計和精度要求較高的子項目，焊接技術成為連接構件的基礎手段，也是確保結構穩定與安全的關鍵所在。考慮到本工程項目獨特的結構特點及懸掛吊柱所承受的復雜受力條件，經過慎重考慮與研究，決定采用整體對稱焊接技術，以最大程度上減少和降低焊接過程中可能出現的應力變形，從而維護結構整體的穩定性能，滿足設計要求。

整體對稱焊接技術的核心原則是對稱性，即通過對稱分布焊點和均衡控制焊接熱量的輸入，有效平衡焊接過程中產生的殘余應力，避免結構由于不均勻的熱膨脹與冷卻收縮而出現的變形。

在本工程項目中，該技術的應用即體現在了單個構件的焊接方面，更是貫穿于整個結構的組裝焊接過程中，以確保每一處的焊接均能夠達到最佳的力學性能和外觀效果。為確保焊接質量滿足要求，在具體的焊接作業中，對結構的標高、垂直度以及水平度均實施了嚴格的監控。通過利用全站儀、水準儀等先進的測量儀器，定期對關鍵部位進行測量，及時調整在焊接過程中可能出現的微小誤差。控制結構預起拱值時，要根據設計圖紙和力學計算模型，精確設定預起拱量，并通過在焊接過程中的不斷校驗，以確保最終結構形態與設計預期的高度契合，既要滿足美學的要求，又要保證結構的安全性、穩定性和功能性。

在焊接順序的安排上，更是展現出了超高的專業性和策略性。核心筒焊接作業作為整個結構的核心，焊接質量和精確性對于整個工程項目的建設質量發揮著至關重要的作用。通過先完成的核心筒焊接，可為非懸挑區域提供一個穩定和安全的基礎框架，有利于整體結構的穩定和精準對接。以核心筒為基礎逐步向外推進非懸挑區域的焊接工作，要有詳盡的規劃，以確保每一段焊縫的焊接均能夠在不干擾其他區域的基礎上進行，并保持焊接速度和質量的均衡。非懸挑區域的順利完成，為進入下一步更加復雜的懸挑區域構件焊接奠定了堅實的基礎。

懸挑區域的焊接是本工程項目焊接作業過程中的重難點之一。由于懸挑結構受力復雜，且對焊接變形控制要求較高，施工人員在此過程中采取了針對性的焊接策略與額外的支撐措施。通過對懸挑構件的預組裝，再通過臨時支撐系統調整至設計位置，逐一進行焊接，確保每一個節段的精確連接。待所有的懸掛吊柱相關節點焊接工作全部結束后，整個結構的穩定和安全得到了充分保障。這一焊接流程，確保了焊接作業的順利進行，顯著提升了工程項目的質量和精度，充分展示了現代焊接技術在復雜結構施工過程中強大的應用能力和技術創新。通過嚴格的焊接步驟，本工程項目滿足了結構對于穩定和安全的嚴格要求，也為同類工程項目的順利開展提供了寶貴的施工經驗。

表4施工全過程跟蹤分析結果表

3.3施工模擬分析

本項目采用先進的Midas/Gen有限元分析軟件作為結構設計工具，以保證工程結構的復雜性，確保安裝進度和施工過程的安全性。該軟件在建模和深度分析復雜大型結構方面帶來了顯著的優勢，因為它具有高效的算法。

在施工準備過程中，充分利用MIDAS/GEN軟件精心模擬分析了整個施工過程。分析的核心集中在施工過程中懸索結構受力狀態的變化，以及結構變形和懸架吊柱在臨時支撐系統卸載前后受力狀況等方面[5]。根據施工全過程的模擬分析結果，為保證施工過程中的結構穩定和安全，為工程順利推進打下堅實基礎，規劃了臨時保障措施的拆除順序和流程。在建設過程中全面跟蹤分析主體結構，并對其各個建設階段的表現給予高度關注。具體分析結果如表4所示。通過細致的分析工作，得出了施工各階段結構的總體應力分布情況和撓度分布情況。

4結束語

基于本工程結構的獨特性和實際施工環境的考量，對支撐體系的穩定性和受力狀態進行了精確計算，從而建立起一個穩固可靠的支撐系統。在懸掛結構的施工過程中，采用了先進的施工技術與設備，并結合分階段的全流程施工模擬分析，科學合理地規劃了懸掛結構的安裝步驟。結果表明：該施工技術的應用，有效保障了鋼結構關鍵施工步驟的安全穩定與精確安裝，全面符合設計與相關規范的標準。

參考文獻

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