首座MAX高空悬挑波浪立面造型施工技术

罗 佳, 胡厚安, 李熊飞, 梁曹波, 贾鹏坤

(成都市第四建筑工程公司, 四川成都 610021)



首座MAX高空悬挑波浪立面造型施工技术

罗 佳, 胡厚安, 李熊飞, 梁曹波, 贾鹏坤

(成都市第四建筑工程公司, 四川成都 610021)

首座MAX工程位于成都市高新区，为大型城市综合体工程。地上3栋塔楼均为27层，其中两栋主体结构外侧于14层至屋顶层采用高空悬挑巨幅波浪动感立面造型，其造型的实现主要依靠悬挑型钢组合桁架形成立面造型骨架，其外挑长度9 m。根据本工程特点，高空悬挑型钢桁架采用创新施工工艺，结合施工前期的有限元分析预估施工吊装方案的可行性，指导施工，从而有效地控制整个施工过程中钢桁架变形，并将分段吊装、高空散装、分块安装为主的几种方法综合利用来实现高空悬挑型钢桁架的施工，实现了快捷、安全、经济的目标。施工综合技术的应用，使工程质量得到较大提高，施工进度加快，整个悬挑型钢桁架的施工过程井然有序，同时在变形预估这个重要环节中通过信息化技术手段的运用使悬挑钢结构变形这个重点难点问题得到了有效合理的控制，满足了设计和施工要求。

高空悬挑； 型钢组合桁架； 施工综合技术

1 工程概况

成都首座MAX工程采用高空巨幅波浪动感立面造型，高空突出的设计理念，为天府大道再建了一座城市地标。本工程塔楼均为地上27层，高度109.70 m。为成就其立面造型，其中两栋塔楼于14层至屋顶利用组合型钢桁架从主体结构一侧向外悬挑9.0 m。由于悬挑钢桁架部分施工难度较大，工期较长，为不影响主体结构施工，主体结构施工时，预先将悬挑部分的安装牛腿设置并预埋好，牛腿由原钢桁架弦杆及斜腹杆的其中一截组成。悬挑主结构框架施工成形效果如图1所示。

图1 悬挑钢桁架施工成形效果

2 关键技术问题分析

综上所述，高空悬挑波浪立面造型的施工成形关键在于悬挑组合型钢桁架的安装，而高空悬挑组合型钢桁架施工操作关键在于如何安装以及施工中悬挑型钢结构变形的控制。根据工程实际情况将悬挑组合型钢桁架施工遇到的关键技术问题归纳有：

2.1 高空大悬臂组合型钢桁架的变形控制

为了保证结构变形的有效控制，悬挑结构施工各阶段的变形需要严格控制，以满足结构设计要求及使用要求。

2.2 高空大悬臂组合型钢桁架的安装

(1)单榀组合型钢桁架超重：悬挑钢桁架单榀9 m长，重约10 t，超过施工现场选用的塔吊起重能力，更换塔吊会造成较高成本增加。

(2)高空施工时钢桁架安装方法：由于悬挑钢桁架的首层结构单元位于整栋建筑的第14层，因此钢桁架主体结构从其首层开始就为高空作业，离地高度约为52 m，搭设何种形式的单元桁架施工平台是一个重点问题。

(3)钢结构次构件的安装及高空现场焊接：单元桁架主体安装完成后，剩下的钢结构散件(如次梁等)的高空安装也需要考虑施工操作空间等问题；钢结构高空现场焊接由于桁架结构复杂、节点众多，且易受风雨干扰，容易影响焊缝质量。

3 关键施工技术阐述

本工程立面波浪造型部分(即悬挑组合型钢桁架)由于其型钢桁架悬挑长度较大、单榀型钢桁架重量超重且安装位置位于高空的特殊性，施工方案阶段综合考虑各方因素，在钢结构安装前利用信息化技术通过计算机程序预估钢桁架变形，并结合设计院挠度计算结果来指导施工，合理控制悬挑结构的挠度；在桁架施工过程中，将分段吊装、高空散装、分块安装等几种方法巧妙结合，形成一套完善的综合施工技术。

3.1 利用信息化技术控制悬挑钢桁架挠度

鉴于悬挑钢结构的高空安装存在一定难度，尤其是悬挑结构的变形控制，为保证及时和精确施工，在钢桁架施工前实验室采用有限元分析对桁架的施工过程进行数值(变形)模拟分析，并结合设计院PKPM计算的挠度值，以便适时调整施工方案，合理有效地指导施工。因同一层楼的钢桁架结构形式完全一致，故本文只对钢桁架中的一榀进行分析。为建模方便，将工字钢截面斜腹杆截面换算为矩形截面代替，其3D有限元模型图如图2所示。

图2 钢桁架3D模型

分析时针对实际工程情况，考虑了4个不同的施工阶段，分别为：安装阶段、施工阶段、施工后阶段、使用阶段。通过计算4个不同阶段的变形和应力，并与实际监控时的应力进行比较，及时调整施工方案和施工技术措施。经分析，各阶段应力分布趋势合理、应力值较小，未出现因安装等原因导致的应力过大的现象。

3.2 超重组合型钢桁架的吊装(分段吊装)

本工程悬挑钢桁架单榀悬挑长度9 m，重约10 t，超过现场起重设备的起重量。综合对设备、场地及施工高度分析后，在单榀钢桁架重量无法满足整体吊装的情况下采用对单榀钢桁架先合理分段(单元拆分)、后高空拼装的方法吊装钢桁架，即在钢桁架吊装前，根据钢桁架结构受力特点，将单榀钢桁架单元拆分。拆分后的每段钢结构重量均应满足机械吊装能力要求。现场起重设备吊距吊载及单榀钢桁架单元拆分如图3、图4所示。

图3 现场起重设备吊距吊载

图4 单榀钢桁架单元拆分

3.3 悬挑组合型钢桁架高空拼装

由于悬臂钢桁架施工高度在52.35～109.70 m之间，无法采用传统的地面搭设脚手架进行高空拼装。首层钢桁架单元的施工是大悬挑钢桁架施工的重点，本工程采用在首层钢桁架所在楼层(52.35 m)之下一层结构面层上搭设悬挑脚手架进行首层钢桁架的高空拼装。

除首层外其余各层悬臂钢桁架的高空拼装待首层钢桁架安装成形后，利用已安装悬挑钢桁架的上弦杆搭设移动脚手架实现其上一层的钢桁架高空拼装。

这样除首层钢桁架拼装时需要搭设悬挑脚手架，其它各层的钢桁架高空拼装均利用其下一层已有钢桁架的上弦搭设移动脚手架进行操作。其首层脚手架以及上弦杆上的操作平台搭设如图5、图6所示。

图5 首层钢桁架施工外挑脚手架剖面

图6 桁架上弦杆顶部移动脚手架搭设示意

3.4 钢桁架次构件的高空散装

每层悬挑型钢桁架安装完成后，应立即进行该层桁架侧向相应次构件的连接，以形成稳定的结构框架体系。钢结构散件安装时，为方便工人在悬挑梁上进行施工操作，特设置了U形箍支架操作平台。其具体做法：在主桁架吊装前用直径为12 mm的钢筋焊接成U形箍，U形箍倒置将桁架上下弦杆钢梁紧紧抱住，U形箍开口处左右两端利用L50×5的角钢焊接成支架，支架间距为0.5 m；待桁架钢梁吊装就位后在支架上面铺设脚手板，上下弦杆通长铺设。待本层钢桁架施工完成后，将本支架卸下，完好的支架重复利用到后续桁架施工中，且工人应在桁架吊装单元就位并固定好后方可到弦杆上进行操作。

操作平台剖面详见图7。

图7 散件安装操作平台剖面

3.5 悬挑钢结构高空现场焊接

为保证高空现场焊接的质量，抵抗高空强风的影响，应根据气候搭设防风棚，而由于钢构件吊装重量过重，不宜在地面将防风棚一步搭设到位。根据本工程实际情况，防风棚利用已经搭建好的钢结构散件操作平台来设置，即钢构件吊装就位后，通过增加局部立杆高度的办法将支架外侧立杆高度从0.3 m增加到1.2 m来搭设防风棚，防风棚不用通长搭设，只设置在上、下弦杆对接位置处。防风棚正立面、侧立面

示意见图8、图9。

图8 防风棚正立面

图9 防风棚侧立面

4 结束语

本施工技术适用于(超)高层大悬挑钢结构高空施工，能有效地解决超重钢结构高空拼装、悬挑端变形控制，能够在施工前利用有限元分析并结合设计变形结果对施工过程各阶段钢结构变形进行预估，可即时调整施工方案，从而指导施工，有效避免了返工现象。本综合施工技术目前已获得国家发明专利1项：一种大悬臂钢桁架结构高空综合施工方法 (专利号：ZL201410341716.8)，实用新型专利1项:一种大悬臂钢桁架结构高空施工首层钢桁架安装装置(专利号：ZL201420395233.1)。经过首座MAX工程的有效应用，悬挑结构成形效果良好，该技术具备推广和应用价值。

罗佳(1981～)，女，本科，工程师，从事建筑施工技术工作。

TU755.2+2

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[定稿日期]2016-06-18