大跨度悬臂钢结构高空散拼施工技术

徐亚非

深圳市市政工程总公司 广东 深圳 518001

1 工程概况

天健科技大厦工程总建筑面积114 767.73 m2，包括地下2层、地上15层，地面以上总高度为68.15 m，由2座塔楼和裙房组成。该工程钢结构主要分布在5～8层塔楼与裙楼之间的大跨度桁架部分及5～8层塔楼大跨度悬挑部分。大跨度的桁架离地面高度约18.50 m，跨度约32.65 m，悬挑部分的悬挑长度约21.201 m（图1）。

图1 天健科技大厦工程钢结构平面示意

2 施工工艺流程

2.1 钢结构总体施工安排

钢结构图纸深化设计→构件工厂加工→预拼装→材料、构件进场→钢结构吊装→质量检查→压型金属板施工→涂装→监测

2.2 钢结构吊装施工工艺流程

施工准备→测量放线→构件进场验收→安装部分弦杆、斜拉杆→悬臂主梁安装及临时拉结槽钢固定→次梁及其他构件安装→测量、校正→构件焊接、连接→质量检查→拉结槽钢拆除

3 施工要点

3.1 施工准备

3.1.1 钢结构图纸深化设计

根据现场条件和施工工况，对大跨度钢桁架进行深化设计。综合考虑现场场地、塔吊起吊能力、钢桁架受力特点、桁架现场焊接等因素，对钢构件进行分段设计。

3.1.2 钢构件工厂预制

为保证加工质量及进度，钢构件统一在工厂预制加工，并进行预拼装，解体后再分段运输至施工现场。

3.1.3 预拼装

采用BIM技术对钢结构分段悬拼安装进行整个过程的施工模拟。同时考虑到大跨度、高空悬臂安装的难度较大，选取部分有代表性的构件进行实体预拼装。

3.2 模拟计算

安装前采用Midas/Gen8.0软件对钢结构安装全过程进行施工模拟计算，考察安装过程各阶段结构的安全性。

3.2.1 计算内容

1）施工安全验算。钢桁架施工采用立面流水施工法，前一单元施工完毕后再进行后续单元施工，后续单元施工对已施工完毕结构产生二次加载。因此，结构的受力复杂，不同于设计考虑的最终成型状态，需对施工全过程进行安全性评估。

2）结构变形验算。验算在各施工过程中构件之间的变形是否满足要求，该变形差是否对其他构件的受力和变形造成影响。

3）施工预变形。大跨度悬臂钢结构在自重和施工荷载的作用下将出现下挠，较大的下挠有可能影响结构的整体造型，因此，需对钢桁架下挠量进行计算。

3.2.2 计算方法

采用Midas/Gen8.0进行施工阶段模拟分析，按照施工步骤将结构构件、支座约束、荷载工况划分为组。按照施工步骤、工期进度进行施工阶段定义，并按照控制数据进行分析。在分析某一施工步骤时，程序将会冻结该施工步骤后期的所有构件及后期需要加载的荷载工况，仅允许在该步骤之前完成的构件参与运算。计算过程采用考虑时间依从效果（累加模型）的方式进行分析，得到每一阶段完成状态下的结构内力和变形，在下一阶段程序会根据新的变形对模型进行调整，从而真实地模拟施工的动态过程。

3.3 钢结构高空悬臂分段拼装

1）大跨度悬臂钢结构的安装由混凝土结构的连接点向外采用高空悬臂散拼安装。

2）先安装与混凝土结构连接的上下弦杆、斜拉杆，接着安装悬臂主梁，再依次安装次梁等其他构件，并尽快形成闭合稳定的结构体系。

3）钢结构主梁悬臂拼装是一端固定、另一端悬臂；采用槽钢作为悬臂主梁的临时拉结梁，槽钢与混凝土结构连接承受桁架重力；悬臂主梁安装分段进行，每安装一段即设置一道槽钢拉结（图2）。

图2 钢结构悬臂主梁安装及拉结槽钢固定

4）待钢结构形成稳定封闭的受力体系后，再切割槽钢拉结梁逐步进行卸载。

3.4 槽钢拉结点的设置

槽钢拉结梁的上端与伸出混凝土结构的钢梁牛腿连接（图3），下端与悬臂主梁连接（图4）。

图3 拉结槽钢上吊点连接

图4 拉结槽钢下吊点连接

3.5 安全控制措施

1）在加工钢梁时，在钢梁下翼缘加设安全网挂钩，完成一个区域的楼层钢梁安装后，铺设小眼网。小眼网挂设在预制好的安全网挂钩上。

2）为保障安装施工安全，避免施工时材料、工具掉落对下层操作人员造成人身伤害，在钢结构外围楼层周边设置安全外挑网（2层小眼网及1层钢丝网）。

3）夹具式安全立杆主要用于施工人员在钢梁上行走时悬挂安全带、防坠器等设施，可防止施工人员在钢梁上行走时出现意外。

4）吊装区域应设置安全警戒线，非作业人员严禁入内。当吊装物吊离地面200～300 mm时，应进行全面检查，确认无误后再正式起吊。当风速达到或超过10 m/s时，宜停止吊装作业；当风速达到或超过15 m/s时，不得进行吊装作业。

4 结语

1）对现场情况（包括施工平面布置、起重设备吊装能力）进行分析调研，再对图纸进行二次深化设计，在技术条件允许且不增加其他设备投入的情况下，使得已有资源得到最大限度的利用。

2）利用BIM技术对钢结构施工进行模拟[1-2]，提前发现问题，并提前解决问题，不仅提高了施工进度，也提高了构件制作的精度。

3）大跨度悬臂钢结构施工难度较大，尤其在现场场地狭窄、起重设备能力有限的情况下，施工更是难上加难。通过高空悬臂散拼施工技术，采用槽钢作为临时固定拉杆、安装完成后切割槽钢腹板截面实现逐步卸载的安装方法，利用施工现场已有资源，合理安排施工工序，加强质量安全控制措施，解决了大跨度悬臂钢结构施工的难题，产生了良好的社会效益和一定的经济效益。