桁架钢结构在大跨度悬空结构施工中的应用

温福剑，尹凯正

（中国建筑第二工程局有限公司，北京 100160）

1 工程概况

某项目位于天津市静海区团泊镇，为大型住宅类群体小区，所含高层建筑层数为28层，建筑高度83.75 m。

在此高层建筑北立面楼梯间凹廊位置（图1中线框圈出位置）设计多道9.4 m跨度悬空结构梁板。此楼梯间凹廊部位整体宽度为9.4 m，进深长6 m，其结构顶面距地面高度为83.75 m，悬空结构整体成挑檐帽子形状。

图1 高层建筑北立面屋面位置悬空结构造型效果

2 工艺特点

本高层建筑北立面楼梯间凹廊位置，设计中采用多道大跨度悬空混凝土结构梁板，而此位置下部无结构支撑构件，上部悬空挑檐板及悬空结构梁搭设常规悬挑工字钢脚手架支撑需采用大尺寸型号工字钢，用钢量大，增加了工字钢锚固部位结构板的配筋量，成本相对较高，同时锚固部位受力较大，存在结构板开裂等质量安全问题。同时，常规悬挑工字钢在楼层墙体根部须预留洞口，措施费用高，安全性不易保证，不利于后续外墙及屋面防渗漏，影响建筑使用功能[1]。

由于此大跨度悬空混凝土结构施工作业面为超高悬空作业、模板无支撑点、跨度大，与现有结构存在距离较远等施工制约因素，为本工程施工的重难点[2]。

3 具体施工方法及操作要点

本工程整体施工原则为：建筑顶层（第28层）屋面结构施工完成后，在其下部及外侧安装水平及竖向兜网防护措施，防护措施封闭到位后，安装桁架钢结构平台，钢结构平台尺寸宽9.2 m，进深长6 m，而后在其上搭设外侧双排防护脚手架，防护完成后，在其内侧开始悬空结构梁板脚手架支撑体系搭设及模板安装工作，最后进行钢筋绑扎及混凝土浇筑施工。

在第28层施工前进行桁架钢结构平台施工，主要工艺流程为：（最顶层（第28层）结构钢筋绑扎模板安装时钢结构平台预埋件安装（桁架钢结构平台施工图纸提前设计）→27层顶板标高位置水平及竖向防护兜网安装→混凝土浇筑养护强度达到80%后牛腿焊接安装→钢结构平台桁架安装→拉杆及连梁安装→平台木跳板面板安装→连梁位置悬空结构梁及挑板外脚手架安装→悬空结构支撑脚手架体系搭设及模板安装→悬空结构梁板钢筋绑扎→混凝土浇筑及养护[3]。

3.1 施工准备

钢结构平台加工制作前要熟悉掌握方案图纸设计情况，仔细阅读图纸，按方案及规范各项要求施工。材料进入加工车间前，须先进行材料质量检查验收，合格后再加工制作。钢平台各构件加工完成后，按方案要求运输到场内规划位置，并保持材料堆放场地干燥。结构层施工到最顶层屋面位置时，技术测量人员要根据土建标高体系确定预埋件位置标高。根据土建标高体系控制网，定位预埋件中轴线、竖向标高、水平位置及各牛腿预埋件表面平整度[4]。

3.2 拼装式桁架钢结构平台设计

3.2.1 可拆卸拼装桁架钢结构平台设计

平衡弦桁架体系需使用的材料主要由工字钢、钢板、钢管、高强螺栓、各构件焊缝焊接连接固定等，由预埋件、牛腿、桁架、檩条、拉杆、木跳板等构件组成，见表1。

表1 平台构件主要规格

3.2.2 构件连接方式

牛腿预埋板提前设置固定在钢筋混凝土剪力墙中，牛腿与预埋钢板采用坡口焊接固定，焊缝高度10 mm，焊缝饱满均匀，不得有缺陷。

檩条与钢梁吊装时使用螺栓临时加固，然后满焊，焊缝高度10 mm。拉杆与弦钢吊装时使用高强螺栓进行连接固定。

3.3 钢结构平台桁架及面板安装技术

3.3.1 防护安装

1）防护兜网：施工前在钢结构平台下一层建筑楼面标高位置安装一道水平兜网，并在建筑悬空结构位置外侧立面悬挂竖向水平兜网。

2）安装流程：在悬空结构平台宽度9.4 m两侧设置钢管扣件搭设的水平兜网支撑台→两侧钢管扣件支撑平台拉钢丝绳悬挂钢丝绳→在钢丝绳上张挂水平兜网→在竖向钢管扣件斜撑平台之间设置钢丝绳，张挂竖向兜网。

3.3.2 桁架钢结构平台构件连接方法

1）下埋件：主体结构施工时，下埋件，与主体浇筑成一整体，采取附加钢筋、提升标号等方式保证强度。预埋件安装时对现场施工标高线、轴线等进行复核，验线合格后，浇筑混凝土。

2）焊接牛腿：主体混凝土结构养护达到80%强度后，施工人员站在爬架上作业，将牛腿与预埋件焊接板进行焊接，坡口焊接，焊缝高度10 mm，焊接过程中注意牛腿顶部焊缝质量。

3）主梁吊装焊接施工：使用塔吊吊装主梁桁架至牛腿上，使用普通螺栓临时紧固，随后将封头板与牛腿钢板焊接固定。

4）次梁吊装焊接：次梁檩条吊装至牛腿上，使用普通螺栓临时紧固，随后将封头板与主梁上部钢板满焊牢固。

5）满铺木跳板：50 mm×200 mm木跳板满铺至檩条上，形成操作面，并使用钢丝绳捆紧固牢。

6）支撑体系搭设：操作面铺设完成后，在平台上搭设外脚手架，之后进行平台内部悬空结构的木模板支撑体系施工。

3.3.3 钢结构吊装工艺

1）吊装设备。吊装采用单榀桁架整体吊装方案，桁架吊装到平台牛腿位置安装固定，拼焊完成后按焊缝等级要求进行超声波探伤。

2）吊装受力分析。垂直支撑、系杆等的吊装也采用塔吊吊装，同时配合桁架进行吊装作业。以吊装重量最大的垂直支撑（立面桁架）进行吊装，经计算最重构件为单榀桁架质量为1.1 t，吊装前根据塔吊机械说明书及吊装点位置进行分析，核算塔吊起重机吊装能力可以满足要求[5]。

3）吊装前准备工作。钢结构安装前根据构件明细表校对进场构件，检查质量证明单和设计更改文件，查验收构件在运输过程中引起的变形情况，并记录在案，发现问题及时进行矫正到与规定一致。

对于钢牛腿，先查验复核高低偏差、轴线的位置、竖向的标高及水平面的平整度，再弹出十字中心线，进行引测标高。由于钢结构安装的同时，土建施工同步进行，钢结构预埋与土建安装均采用统一标高体系和相同标准工具，避免标高控制错误，造成钢结构安装位置预埋偏差。

4）吊装施工。钢桁架放到牛腿上先用螺栓临时固定，调好平整度与垂直度，焊接固定。吊装刚性系杆，调整尺寸准确后，拧紧螺栓，然后吊装次梁，次梁与钢桁架上翼缘板螺栓拧紧，使钢构件牢固不移位，成一个稳定的单元。

5）钢架校正。采用挂线检查定位后，采用倒链方式固定钢结构单榀桁架，辅助进行校正，待桁架完全校正并安装完所有钢构件后，方可松开倒链。

3.4 悬空结构钢管脚手架支撑体系搭设

3.4.1 外脚手架搭设

桁架钢结构操作平台北侧外檐搭设脚手架采用φ48 mm×3.0 mm钢管，立杆间距按≤1.5 m设置，架体立杆横距可按0.9 m设置，外脚手架内侧采用钢管扣件与屋面高出女儿墙做拉结固定，保证架体稳定性。

外脚手架立杆下部设置在钢结构平台檩条上部连梁工字钢上部，可采取钢筋焊接立杆座在钢筋上固定。

3.4.2 模板支撑体系搭设

悬空结构下部可采用钢管扣件脚手架支撑体系，支撑体系立杆及横杆规格为φ48 mm×3.0 mm钢管，架体立杆纵向及横向间距根据悬空结构梁板截面尺寸及顶部承受施工荷载受力计算确定，适当缩小支撑体系立杆间距，本工程立杆间距按≤0.9 m，支撑体系立杆设置在钢结构平台檩条H型钢（HN200 mm×100 mm）上部，同外脚手架焊接钢筋固定。桁架钢结构安装完成后表面满铺木跳板，防止人员及材料坠落。

4 桁架钢结构平台拆卸

悬空结构混凝土浇筑完成后，养护强度达到100%强度后方可进行拆模，支撑架体及防护架拆除后，进行钢结构平台拆除。桁架钢结构平台拆除使用气焊切割，单元分割后使用塔式起重机吊装拆除。

拆除工艺流程：拆除最北侧钢梁及型钢檩条→拆除北侧第一榀与第二榀桁架之间的型钢→拆除北侧第二榀与第三榀桁架之间的型钢→最终使用吊篮对牛腿进行切割拆除。

5 结语

本文介绍了一种拼装式桁架钢结构平台代替传统工字钢悬挑平台的作为悬空结构支撑基础的施工工艺，主要适用于超高空大跨度悬空结构施工，此做法提高了脚手架支撑体系基础平台的支撑安全系数。较传统悬挑工字钢相比大大提升了安全性，避免了工字钢预埋对结构墙体及楼板破坏造成的渗漏问题，提高了施工生产效率。在本工程超高空大跨度悬空结构施工中，采用拼装式桁架钢结构平台作为悬空结构施工支撑架体的基础平台，经现场施工检验安全系数高，具有一定的社会经济效益，希望能给以后的类似工程作为参考，对现场工程师能有所帮助。