大跨度复杂钢结构吊装施工关键技术分析

王德志， 李余鸿， 刘 意， 石深文

(中铁建设集团有限公司，北京 100040)

0 引 言

随着我国建造业的快速发展，大量形态各异的体育馆、音乐厅等大跨度异型钢结构建筑涌现出来，这对施工技术也提出了更高的要求。对于一些采用分段分块吊装施工的大型复杂的空间异形钢结构工程，预先制定出钢结构构件的吊装施工方案，并对其安全性进行验证分析，是工程得以顺利实施的关键。国内外的许多学者和专家对这类钢结构的施工过程做了深入的研究，并且取得了一定的成效。本文是对一大跨度钢结构连廊的吊装施工技术进行分析。

1 工程概况

依托工程为目前在建的九江鄱阳湖生态科技城科创中心工程。本工程1#楼与2#楼之间及1#楼与3#楼之间为大跨度钢结构连廊，共计6层，采用空中散拼法组装。东连廊钢结构重量约3 t，由下部4根φ1 400钢管柱支撑。东连廊为框架结构，由圆管柱、箱型柱、箱型梁、H型钢梁及斜撑组成。钢结构模型如图1所示。

图1 东连廊钢结构模型

2 钢结构吊装概况

2.1 钢构件的分段

(1)分段原则。①满足现场吊机性能且便于安装；②符合工厂制作分段的合理性和经济性；③符合各种技术规范要求、设计要求等；④最终成形后，构件的受力符合设计者的意图。

(2)钢柱的分段。根据现场的情况及钢柱的重量，将东连廊钢柱共分为6段，最长的构件为第一段，长达7.35 m，重达19.742t。钢柱分段图如图2所示。

图2 东连廊钢柱分段

(3)钢梁的分段。根据现场及运输问题，将东西连廊首层大跨度钢梁进行分段，在现场搭设支架进行安装。大跨度根据长度不同大致分为3段，长度在12 m以内，重量在17 t以内。

东连廊首层钢梁分为3～4段,如图3所示。

图3 东连廊首层钢梁分段图

2.2 吊装设备及吊装示意图

东连廊吊装站位于基础顶板上吊装，基础顶板厚度250 mm，构件单重最重为19.742 t，吊车自重61 t。吊车吊装时在支腿位置铺设1 m×4 m路基箱，结构梁跨度不大于3 m，路基箱铺设水平方向垂直于结构梁横跨铺设。大跨度钢梁分段搭设支撑架分段吊装，支撑架下方铺设2张1 m×4 m路基箱。部分支撑架搭设于后浇带位置，此处支撑架搭设在路基箱下方垫2根350×350H型钢，H型钢与混凝土结构梁连接锚固。东连廊的主要部件吊装示意图分别如图4～图6所示。

图4 首层钢柱最重19.742吨吊装示意图

图5 钢梁吊装示意图

图6 上部钢柱吊装示意图

东连廊地上钢柱选用80 t汽车吊吊装，1～3节柱构件最重20 t(构件净重19.743 t，按20 t计算吊重)，三节柱柱顶标高15.4 m，根据80 t汽车吊性能表，回转半径8 m，臂长24 m，可吊24.5 t，满足吊装需求。

地上4节柱最重15.2 t，柱顶标高19.550 m；地上5节柱最重14.7 t，柱顶标高24.050 m；地上6节柱最重14 t，柱顶标高26.9 m，80 t汽车吊回转半径9.5 m，臂长33.6 m，可吊17.2 t，均满足吊装需求。

东连廊箱型钢梁D×GL1-1～15、D×GL2-1～7为一层,钢梁重量为9～18 t，选用80 t汽车吊装，回转半径8 m，臂长30.6 m可吊装20 t，满足吊装要求。

3 东连廊吊装施工流程和安全分析

3.1 吊装施工步骤

(1)采用80 t汽车吊吊装地上一节柱与地下部分钢柱对接安装。

(2)吊装二三节柱。

(3)搭设支撑架，分段吊装首层主梁(主梁吊装起拱)。

(4)吊装梁上柱，钢梁，支撑形成整体。

(5)吊装外围悬挑圆弧钢梁。

(6)按以上顺序依次从下往上施工吊装至顶部。

(7)吊装框架内侧次梁。

(8)从下往上依次吊装两侧悬挑。

(9)北端圆弧悬挑主梁吊装，下方根据起拱高度搭设标准节支架，吊装圆弧梁。

(10)由下往上吊装梁上柱及连接钢梁支撑，并向两侧扩展吊装。

(11)吊装远端悬挑构件。

(12)由下往上吊装。

(13)由下往上闭合圆弧，北端圆弧悬挑吊装完成。

(14)根据悬挑起拱高度搭设标准节支撑架，吊装主梁(此部分钢结构安装可在中间框架结构施工到三层楼面后衔接施工)。

(15)梁上柱、钢梁、支撑安装形成一片整体。

(16)外侧悬挑构件安装。

(17)由下往上安装施工直至顶部。

(18)由下往上安装中间连接钢梁施工直至顶部。

(19)安装中间连接钢梁施工直至顶部。

(20)外侧悬挑钢梁及梁上柱安装施工直至顶部。

3.2 有限元分析验证

通过有限元软件建模分析，针对上述的20个施工步骤各工况进行计算，得到各工况的计算结果：最大竖向位移为-8.72 mm，最大应力为44.77 MPa，结构均处于设计允许范围内，表明实际吊装施工过程中结构均处于安全状态。

4 结束语

本文是对一大跨度钢结构东连廊的吊装施工技术进行分析，介绍了整个吊装施工的准备工作和施工步骤，并对其安全性进行了分析说明。从技术可行性和施工操作的安全性来看，所提文的方案是切实可行的，并且对类似的大跨度钢结构吊装施工有着借鉴意义。