异形圆弧中庭钢拱架高空组合支撑平台施工技术

中建三局集团有限公司西北分公司 西安 710065

1 工程概况

金地西安湖城大境商业项目4层大屋面标高24 m位置设计有南、中、北3处玻璃采光顶，采光顶面材为钢化中空夹胶玻璃，骨架为单拱网架钢结构。

最大中庭网架横向跨度20 m，面积分别为1 039 m2，主梁为□200 mm×100 mm×8 mm，跨中最大起拱高度约5.8 m（图1）。

图1 中庭单拱架轴侧图

2 方案选择

2.1 高空组合安装平台施工

根据异形中庭建筑结构特点，采用扣件式钢管脚手架体系作为拱形钢网架高空组合安装平台。该安装平台设计为：局部采用灯笼立柱式落地满堂脚手架搭设；同时，局部利用高空既有结构，如小跨度中庭两侧楼板，中庭结构逐层位移后的挑出部分或高空中庭连廊等，搭设简支钢梁或悬挑钢梁型钢平台；局部搭设高空既有结构落地式满堂脚手架；在顶部网架安装层将各架体间镂空部分进行桁架体系脚手架搭桥连接，形成整体高空组合安装平台。根据不同施工环境，可对灯笼立柱、高空钢平台脚手架和高空既有结构落地脚手架进行平面组合，形成组合支撑安装平台（图2），以满足施工需要。

图2 高空组合支撑安装平台立面示意

2.2 钢结构网架施工

利用该高空组合安装平台进行顶部钢网架的安装，将灯笼立柱式落地满堂脚手架和部分非跨空部分架体向上延伸，并作为吊装支撑架，将手拉葫芦挂设在架体上部进行网架横跨主钢梁的吊装。先依次安装横跨拉弯主梁，再安装折线形次梁，满堂架支撑平台需承担主梁吊装荷载和跨空结构区域荷载，通过对钢结构施工图进行深化，拟将主梁分为3段拉弯加工安装，每段主梁质量约为273 kg。在对弧形钢结构杆件交点进行三维坐标复核后，进行主梁的焊接，然后安装相邻拱形钢梁和次钢梁，直至中庭网架安装完成。

3 操作要点

3.1 钢构网架杆件深化加工制作

通过钢构网架深化设计，对拱形拉弯主梁进行节点分段和加工制作，在工厂采用FASTFRAME等空间桁架制造软件进行杆件的下料，解决空间钢构拱架多管相交、管管相贯的复杂计算问题和高难度的相贯线及坡口切割问题，通过下料时严控深化后的杆件尺寸，确保在生产环节控制网架安装质量和精度。

3.2 高空组合安装平台平面部署

1）当中庭为跨度较大的矩形轮廓时，可于底层搭设灯笼立柱式落地满堂脚手架，立柱间高空镂空部分连接为桁架平台（图3）。架体布设参数根据工程情况而定。

图3 矩形中庭灯笼立柱布设示意

2）当中庭为异形轮廓时，可在跨度较小部分搭设简支梁型钢平台，跨度较大部分搭设灯笼立柱，并于架体顶层，在各类架体之间镂空部分进行桁架体系搭桥连接，形成高空组合平台，如图4所示。

图4 异形中庭灯笼立柱布设示意（一）

3）根据工程的钢结构网架杆件质量、吊点布设位置、网架高度及中庭轮廓形状等因素不同，灯笼立柱的布设方式也不同。若网架中部钢梁分段较长、荷载较重，则需要在中庭中部纵向连续布设架体，以满足钢梁安装需要，如图5所示。

图5 异形中庭灯笼立柱布设示意（二）

4）当中庭跨度较大且中庭轮廓有较大位移设计，轮廓上下不通顺，有挑出和镂空部分时，如商业中心中庭扶梯为斜向交错设计，中庭底层楼板出现错层，设计有中庭位移后镂空区域。这种情况下，在此区域搭设落地架相比其他区域多出一层或几层，高度较高，在安全和经济角度上相对不利。可选择在屋面层或较高楼层中庭边缘搭设悬挑钢梁平台，同时在中庭跨度较小部分搭设简支梁型钢平台，跨度较大部分由底层搭设灯笼立柱，并于架体顶层，在高空镂空部分搭设桁架体系平台（图6）。

图6 异形中庭灯笼立柱布设示意（三）

5）当中庭设计为异形且逐层位移，较大中庭设计高空廊桥进行中庭分割时（图7），这种情况下应充分利用高空既有结构，局部由底层搭设灯笼立柱，局部搭设高空简支钢梁或悬挑钢梁型钢平台；局部搭设高空既有结构落地式满堂脚手架；在顶部将各架体进行桁架体系脚手架搭桥连接，形成整体高空组合安装平台。

图7 逐层位移的异形中庭

3.3 灯笼立柱式落地满堂脚手架单元体搭设

1）灯笼立柱为满堂脚手架体系，并作为网架主梁的吊装支撑架，需根据搭设高度和支承荷载选择钢管类型及立杆布设方式，若荷载较大，可采用双立杆的布设方式。

2）架体搭设前，根据立杆平面布置图进行放线，用油漆标记立杆位置。

3）灯笼立柱式单元框架搭设高度不宜超过40 m，根据设计计算，当灯笼立柱高度较高或支撑荷载较大时，可通过加密灯笼立柱单元体外围立杆数量或加密立杆步距来增强单元框架的稳定性，以满足施工需求。

加密区水平杆加密时，应向非加密区延伸至少2跨，支撑结构非加密区立杆、水平杆间距应与加密区间距互为倍数。

4）每根立杆底部设置厚50 mm木垫板，设置纵、横向扫地杆，纵向扫地杆应采用直角扣件固定在距底座上皮不大于250 mm处的立杆上，横向扫地杆也应采用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上。

5）如采用扣件式钢管脚手架搭设，需根据架体高度对立杆进行竖向排布选型；立杆应采用对接接头，且接头位置不应设置在同步内，同步内隔1根立杆的2个相隔接头在高度方向错开的距离不宜小于500 mm；各接头中心至柱节点的距离不宜大于步距的1/3。

6）竖向剪刀撑在架体四周及内部纵、横向间距4.8 m连续设置；水平剪刀撑设置于架体底部水平杆之上及竖向剪刀撑顶部，剪刀撑宜与经过的每道立杆连接。架体竖向每6 m满挂1道水平安全兜网，确保施工安全。

7）灯笼立柱式落地满堂脚手架立杆伸出操作层，搭设门式手拉葫芦支撑架，并设置斜杆拉结支撑。在设计灯笼立柱架体参数时，应充分考虑手拉葫芦吊装荷载。

8）灯笼立柱组合形成的跨空支撑结构平衡段应增设剪刀撑或斜杆，使沿跨空方向的每排杆件形成桁架。平衡段底层和顶层应设置水平剪刀撑或满布水平斜杆。跨空部分应沿跨空方向的每排杆件形成桁架。跨空部分底层和顶层应设置水平剪刀撑或满布水平斜杆。跨空支撑结构跨度不宜超过9.6 m。

9）灯笼立柱单元体支撑结构通过连墙件与既有结构作可靠连接，在中庭周围结构施工时埋设钢筋拉环，灯笼立柱施工时搭设钢管与立柱拉结，遇柱时，宜采用抱柱连接措施，连墙件应符合下列规定：

（1）与既有结构作可靠连接，竖向连接优先布置在水平剪刀撑或水平斜杆处；

（2）水平方向连接间隔不宜超过8 m；

（3）连墙件应靠近架体主节点设置，偏离主节点的距离宜不大于300 mm；

（4）灯笼立柱单元体或灯笼立柱组合架体的两端必须设置连墙件，垂直间距不大于建筑层高；（5）架体顶层和钢圈梁抱箍拉结，间距3.6 m一道；（6）连墙件的连墙杆应呈水平设置，当不能水平设置时，应向脚手架一端下斜连接；

（7）支撑结构与既有结构作可靠连接时，或支撑结构高宽比小于3时，可不进行支撑结构抗倾覆验算；

（8）当支撑结构高宽比大于3，且四周无可靠连接时，宜在支撑结构上对称设置缆风绳或采取其他防止倾覆的措施；

（9）灯笼立柱及组合支撑平台应采取防雷接地措施，并符合国家相关标准的规定。

3.4 高空既有结构满堂架搭设

在中庭高空既有结构搭设落地式满堂架，架体类型及构造要求同满堂灯笼立柱，架体设计参数视工程情况而定。

3.5 中庭型钢平台搭设

利用高空既有结构，搭设型钢平台，其搭设要点有：

1）提前进行中庭网架安装方案策划，在主体结构施工时预埋钢梁锚环。锚固构造为φ20 mm的U形锚栓倒穿楼板，并与63 mm×6 mm等边角钢压板连接，如图8所示。

图8 钢平台锚固端细部构造

2）利用异形中庭镂空跨度较小部分搭设简支型钢平台，部分简支钢梁平台需承受吊装荷载。

3）根据中庭的镂空跨度，在屋面层或较高楼层局部搭设悬挑型钢平台，此类平台受力形式一般设计为操作平台。

4）在工字钢上表面立杆与型钢连接处，焊接高200 mm的φ20 mm定位筋。

5）利用塔吊吊装、人工手拉葫芦牵引、杠杆撬运等方法进行钢平台型钢搭设，并在型钢锚固端焊接2道槽钢或粗钢筋，使钢平台由锚固端连为一个整体，增强钢平台的整体稳定性。

6）于立杆定位钢筋处满挂水平安全兜网，铺设脚手板，搭设满堂体系平台。

4 结语

金地西安湖城大境商业项目采用高空组合支撑平台施工技术进行钢拱架采光顶的施工，通过在传统满堂架基础上进行优化设计，充分利用高空既有结构进行钢平台和满堂架搭设，节省了大量架体的搭拆，同时，提供高空操作面整体平台进行施工，不受其他工序施工影响，施工质量易于把控，施工方便快捷，为中庭周围其他装修工序及时提供工作面。