大型高中空钢结构屋盖组合吊装施工技术

刘晓楠

【摘要】某文化广场规划展示馆工程主体结构大型高中空钢结构屋盖安装，采用了组合吊装施工技术。通过水平牵引屋盖内心圈构件就位拼装、钢格构柱支架搭设、屋盖内心圈整体构件提升就位并临时固定、高空桅杆吊主梁吊装、钢结构高空拼装等多项技术的综合应用，解决了高大中空钢结构屋盖安装的难题，具有明显的技术经济效益。

【关键词】中空钢屋盖；钢格构柱；水平牵引；提升；桅杆吊装

目前一些大型公共建筑工程中，经常会遇到外形独特，内部中空的建筑，这类建筑内部中空部分空间大、上下通透，且考虑到屋盖结构跨度大和采光要求，设计时一般都设计成钢结构采光玻璃屋顶。这种屋盖钢结构虽外形简单，但由于处于建筑物内顶部，屋盖中空高度比较高、面积比较大，且屋盖构件自身重量大，结构体系及节点构造复杂，因此如何安全、快捷地完成钢结构屋盖的吊装，成了摆在工程技术人员面前的一道难题。

1、工程概况

某文化广场规划展示馆工程，主体结构属圆型建筑，4层框架结构，直径53m，高度24.9m。结构内部二层以上为中空式中厅，中空中厅芯筒直径31.2m，其屋盖形式为单层钢结构圆形中空钢化白玻采光顶，整个屋盖重约87t。屋盖钢结构内心圈为直径3.3m、方管截面钢构架结构，外圈钢梁采用变截面H型钢。钢屋盖构件连接方式为梁与梁腹板大六角头10.9级高强螺柱连接，钢屋盖支承方式为H型钢主梁顶端与边缘混凝土结构柱顶端采用钢板加M30*900地脚螺栓连接。屋盖平面布置示意图及屋盖内心圈整体构件平面示意图分别见下图1（a）～（b）。

钢结构屋盖安装时，大型起吊设备不能进入室内吊装，设置室内塔吊吊装则塔吊拆除又是一个难题，而采用大跨度钢结构常用的施工方法如整体提升（顶升）、整体吊装、滑移法施工等工艺均不适合本工程，满堂脚手架、分段吊装、高空组拼的施工方法虽然适用，但鋼结构整体内心圈重量约11.3t，起吊比较困难，且周转材料投入量会非常大，整体施工工期也比较长。针对该高大中空钢屋盖工程的特殊性，采取了组合吊装施工技术来保证工程的顺利施工。

2、组合吊装施工技术原理

采用在建筑内部中空中心搭设钢格构柱拼装支架，通过格构柱支架将屋盖内心圈整体构件用手拉葫芦多点牵引提升，提升至设计高度后临时固定，同时增设限位固定装置。再在格构柱支架上安装临时桅杆吊，通过桅杆吊将边缘主梁吊至安装位置，采用临时固定螺栓进行临时固定。待边缘主梁全部吊装完成后，对构件尺寸误差进行整体调整，采用高强螺栓替代临时固定螺栓进行终拧。边缘主梁安装完成后，对屋盖其余次梁采用手拉葫芦或塔吊进行吊装安装，钢结构全部安装完成后，安装钢化玻璃采光顶，整个中空屋盖即安装完成。

钢格构柱支架设计安装时，对格构柱的整体稳定性和承载能力进行验算，并对格构柱支架下的混凝土结构进行支撑加固，以防止屋盖安装过程中施工荷载对混凝土结构造成破坏。另外，桅杆吊的承载能力及吊装安全性也进行了相应的受力验算。

3、施工流程及工艺要点

3.1 施工流程。本工程中空钢屋盖组合吊装施工的工艺流程为：施工准备→格构柱支架扩大底座安装→格构柱支架下混凝土结构加固→屋盖内心圈整体构件就位→格构柱支架安装→屋盖内心圈整体构件起吊→焊接格构柱下部固定拉杆→屋盖内心圈整体构件高空临时固定→格构柱支撑桅杆吊安装→边缘主梁吊装→边缘次梁吊装→采光玻璃安装→玻璃接缝注胶→检查验收。

3.2 工艺要点。根据本工程关键施工步骤，详细说明其工艺要点。

3.2.1 钢格构柱支架底座安装及下部混凝土结构加固。钢格构柱支架底部采用4000mm×4000mm钢板（t=30mm）铺垫，钢板下部用C30细石混凝土找平，保证受力均匀。为确保内架吊装安全，楼层下除Φ900芯柱外，另增设8根钢格构架顶紧在楼板下，钢格构架采用8根Φ159×6水平支撑及斜撑连成格构架，与上部吊架体系杆件在对应的位置，钢管下垫钢板采用400mm×400mm钢板（t=20mm）。

3.2.2 屋盖内心圈整体构件就位。由于建筑中空结构从二层开始，内心圈整体构件需要先运送至二楼，通过铺设斜道，用H20型钢通长铺设两道钢梁，作轨道铺设在混凝土斜坡道上（包括至室内中心区），用3t卷扬机牵引到预定位置（见下图2），这样构件的荷载通过H钢梁传递到梁柱上，而不影响到二层室内地面混凝土的损伤。

3.2.3 格构柱支架设计及安装

格构柱支架立杆采用Φ159×6钢管，由于支架高度高，钢管需对接，接头错开≥2000m，对接必须确保同心圆，并分段加固。

双肢Φ159×6立杆四组之间等距设置，并保证支架中能通过内心圈整体构件的圆弧外挑的翼缘板。Φ159×6钢管形成的正多边形，每边长在高度方向设置剪刀撑。顶部的收口平面用125工字钢作横梁，搁置在钢管端部顶部并焊接。

3.2.4 内心圈整体构件提升牵引。格构柱支架安装完成后，在内心圈整体构件上对称设置4个吊点，通过吊挂于支架顶部的4根工字钢横梁上的4只5t手拉葫芦，人工进行四点同步提升。牵引前，先将构件吊起离地面200mm，全面观察各部位的工作情况，未发现问题后再徐徐上升。提升过程中必须随时检查构件的水平，当某一方向高差≥50mm时，该方向应停止提升，防止构件倾斜引起单个葫芦超重而受力失稳，发生重大安全事故。

由于构件安装高度比较高，因此必须分多次分段提升（3～4m往复提升一次），每升一次需在格构架立杆两侧各设一只托架支撑构件转换吊层，并用等粗钢丝绳环构件一周用锁扣锁紧，与上部钢梁固定。待上部5t起重葫芦拉索复位并提升至固定钢丝绳不受力后，拆除稳定钢丝绳及牛腿，此时固定钢丝绳随构件提升。内心圈整体构件吊装完成后，应进行临时固定，以便其余钢梁安装。

3.2.5 格构柱支架桅杆吊及顶部临时吊点安装。内心圈整体构件吊装到位后，在格构柱支架上安装桅杆吊，桅杆吊采用Φ108×4单支斜立杆，斜立杆支脚采用抱箍与格构柱支架立杆连接，桅杆吊斜立杆上端通过双道钢丝绳与格构柱支架拉结固定。桅杆吊吊装采用滑轮加钢丝绳的形式，钢丝绳采用直径Φ17mm，利用卷扬机进行牵引。

格构柱支架顶部采用双拼Φ108×4钢管扁担式吊点，作为钢主梁吊装时梁端的临时吊点。双拼钢管与格构柱支架顶部横梁使用螺栓扣连接，保证吊点的稳固。

3.2.6 边缘主梁吊装。在边缘主梁重力中心设置一处吊耳，通过桅杆吊将主梁吊起，吊起时在构件吊起离地面200mm时，全面观察各部位的工作情况，未发现问题后再徐徐上升。主梁两端用绳子配专人牵拉以防止主梁摆动。主梁吊装到一定高度后，配合梁两端临时吊点进行梁安装。吊装时，先将4根贯通钢主梁依次提升至内心圈整体构件标高所在位置，并采用临时固定螺栓与内心圈整体构件进行对接临时固定，再将另外4根不贯通钢主梁进行上述同样步骤安装。

主梁安装完后，对已安装的8根主梁进行位置高度、中心位置、坡部、起穹、主梁與主体连接螺柱标高测量，经反复校正确认后采用高强螺柱替换临时螺栓，并进行初拧、中拧、终拧。并对钢梁翼缘由下向上进行焊接拉接，使整个钢构采光顶形成一个完整的稳固刚性体系。

3.2.7 次梁吊装。次梁及弧形钢梁利用塔吊吊装，并利用手拉葫芦配合，到位进行高强螺栓拼装连接。所有构件安装完成后，对构件进行防火、防锈漆喷涂。

3.2.8 格构柱支架拆除。格构柱支架随支撑体系下降随层拆除，Φ159×6支撑系统拆除按6～8m一段，焊接接头采用C2H2-O2气割断开，用塔吊将构架分小片块起吊（≤1000kg），置于2层室内地面木枕上，向外清运，如此向下循环拆除。拆除时须派专人指挥，专人监护，上部不作业时，下部清运钢管架。同时做好防火、防构件坠落等安全工作。

4、结语

本工程采用的组合吊装技术与传统的施工工艺相比具有较为明显的优越性，施工方便，快捷安全，节省投资。经测算，在本工程中，采用大型高中空建筑钢结构屋盖组合吊装施工技术与采用传统的施工方法相比，共节约投资40万元，工期提前20天，产生了较大的经济效益和社会效益，对类似工程具有广泛的应用价值和指导意义。

参考文献：

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