复杂环境下大型悬挑钢结构免支撑整体吊装技术

张潇，郑柯仔，杨诗琦 （中建四局第六建设有限公司广州分公司，广东 广州 510630）

0 前言

钢结构的制造与安装机械化程度高，钢结构构件具有工厂预拼装成品精度高、生产效率高、施工现场安装速度快、工期短等特点。同时因其自重较轻、抗震能力强等优势被广泛应用于建筑领域。

随着建筑设计造型及工程结构性能要求的不断发展，钢结构因其在各种设计及环境条件下的优良适用性，在建筑工程中备受青睐。在不同的钢结构设计条件及不同的施工环境、场地条件下，其现场安装的施工方法也不尽相同，需对不同施工环境条件下的钢结构安装进行针对性的探讨分析。

1 工程概况

广州寺右万科中心项目位于天河区珠江新城临江大道北侧、华讯街西侧紧邻广州大道。总建筑面积为128295m2，地下27937m2，地上100358m2。地下 3层，地上含2栋超高层办公楼，1#楼地上34层，建筑高度162.6m；2#楼地上26层，建筑高度133.2m。

该项目地下连续墙东侧埋深约1.1m处存在一南北走向20m宽的市政分洪渠，分洪渠与主塔楼之间的位置关系见图1。

受分洪渠影响，地下室范围受到限制，分洪渠位置无法施工桩基础。塔楼上部3-6层设计成大跨度悬挑钢斜柱及钢吊柱组合的大型悬挑钢结构以增加建筑的使用面积。钢斜柱整体重量约70t。1#楼4根钢斜柱、2#楼5根钢斜柱，悬挑钢斜柱安装标高为33m，总跨度为7.8m。悬挑钢斜柱在15m标高处悬挑出结构，与直立柱形成25°夹角，并通过与吊柱结合的方式共同承载跨度7.8m范围内的楼面荷载。

斜柱节点信息统计见表1。

钢柱节点信息统计表 表1

2 吊装方案选择

一般情况下，常采用在悬挑钢斜柱下方搭设支撑胎架的方法施工。然而，在分洪渠上方搭设支撑胎架，其集中荷载过大，分洪渠承载力无法满足要求。经综合考虑分析，采用免支撑钢斜柱与钢梁整体吊装技术组织施工，支撑胎架搭设示意见图2。

单根钢斜柱整体重量约70t，钢斜柱分三节吊装，其中第一节重量最大约39t；第二节钢斜柱跨度最大，拟采用220t汽车吊进行安装。

图2 临时支撑胎架示意图

分洪渠于1996年完成施工，无法准确确认分洪渠的承载力。分洪渠在红线范围的渠段设计荷载为汽-20挂-100级，经分析，预判分洪渠最大承载力约为240kN/m2，按最不利原则进行方案工况模拟分析，得出分洪渠承载力无法满足胎架自重及上部钢斜柱荷载的要求。

针对场地地基承载力较低的不利条件，经综合考虑分析后，决定采用免支撑钢斜柱与钢梁整体吊装技术组织施工，见图3。

图3 免支撑整体吊装示意图

3 工艺流程及施工技术

工艺流程：构件预拼装→吊装设备选型→整体吊装→构件的测量校正及焊接。

3.1 构件预拼装

将塔楼6层结构钢梁与第二节钢斜柱进行整体吊装。首先复核已完成结构标高及定位误差，在地面构件预拼装阶段进行已完成结构的误差复核与调整。

地面拼装钢斜柱与结构钢梁并将增加临时稳固构件将其焊接为整体，组成稳定的三角形受力体系，保证整体吊装刚度。吊点设置在钢斜柱上口及钢梁与稳固构件连接的部位。

6层钢梁与钢斜柱进行现场焊接，焊接需控制钢梁与钢斜柱中线误差小于5mm。焊接完毕后，进行稳固构件连接。稳固构件采用宽翼缘H型钢HW300×300×10×15分别使用连接板与钢梁、钢斜柱焊接固定，见图4。

图4 整体拼装示意图

3.2 整体吊装

3.2.1 临时稳固构件的设计

钢梁与钢斜柱整体吊装重量在25t左右，临时稳固构件吊装时受拉。临时稳固构件采用宽翼缘H型钢HW300×300×10×15，假定计算长度取8m，轴心拉力标准值按钢斜柱重量（保守取23t），轴心拉力设计值N=1.3×230=299kN，临时稳固构件信息统计，见表2。

稳固构件信息统计表 表2

临时稳固构件与钢梁、钢斜柱铰接，两主轴平面内约束信息详见表3。

两主轴平面内约束信息统计表 表3

①强度验算

构件截面的最大厚度为15.00mm，根据《钢结构设计标准》(GB50017-2017)：

f=215.00N/mm2；

fu=370.00N/mm2；

fy=235.00N/mm2。

强度满足。

②整体稳定性验算

双轴对称截面受拉长细比满足。

3.2.2.吊耳设计

吊耳选择厚度为35mm的吊耳，吊耳尺寸为135mm×250mm，材质为Q345B。耳板焊缝为全熔透焊一级焊缝，角焊四周包边。钢斜柱吊耳大样见图5。

根据剪应力公式：

Т剪应力=Q/An＜fv

其中

Q=P/ψ=250000×9.8/（1.4×4）

=382812.5N

Ψ为吊装过程中产生的动荷系统，取值1.3～1.5；

最不利截面处净截面面积：

An= μ×A=μ×a×t=1.2×250×35

图5 吊耳大样图

=10500mm2。

μ为截面损耗系数，取值1.2～1.25，a为切断边距，t为耳板厚度；

T剪应力=Q/An＜fv=382812.5/10500

=36.46N/mm2＜ fv=170N/mm2。

fv为钢材抗剪强度设计值，耳板选用Q345B，取值 170N/mm2。

钢柱吊装耳板满足设计要求。

3.3 测量校正

3.3.1 钢柱就位

利用经纬仪测量对钢柱垂直度进行调整；钢柱垂直度满足要求后用揽风绳固定。

用两台激光经纬仪置于柱基相互垂直的两条轴线上，视线投射到预先固定在钢柱的靶标上，光束中心同靶标中心垂直，且通过旋转最少3次经纬仪水平度盘，若投测点都重合，表明钢柱垂直度无偏差。

3.3.2 吊装精确度控制

钢斜柱吊装前，先对已吊装完成部位进行复测，构件编号见图6。

①使用全站仪测量出已吊装完成钢结构坐标点，并做好记录。在地面定好9轴、B-F轴轴线位置，根据轴线位置及图纸，将2号点水平投影位置标注在地面上。

图6 整体吊装构件编号图

②在2号点南北方向连接板使用螺栓提前固定两根钢丝绳，用于微调钢斜柱南北方向偏差。

③在3号点东西方向各设置一个5t千斤顶，用于微调钢斜柱东西方向偏差。

④在1号点吊耳处固定20t葫芦拉结，用于调整钢柱吊装过程中的垂直度。

4 结语

钢斜柱与钢梁整体吊装时，为保证构件的整体稳定性，需采用临时稳固构件，将楼层钢梁与钢斜柱连接成整体。钢斜柱角度及定位可通过结构钢梁进行调整。

在不利的场地条件下，通过钢斜柱与钢梁整体吊装的施工技术可以实现免支撑施工，节约临时支撑胎架的安拆工期，同时保证钢结构施工过程的安全。

钢结构系统不仅可以提供较佳的设计灵活性及最大的空间利用率，还是一个理想的悬臂施工体系。随着钢结构在建筑领域的广泛应用，建筑工程中的大跨度悬挑钢结构的应用也越来越多。

在地面对钢结构的预加工拼装时，可以更有效地控制施工精度，钢结构整体吊装在实际工程上应用，并取得显著的质量、工期、经济效益，适用性强，可在类似工程中推广应用。