大型演播厅钢桁架屋面施工技术研究

何磊，李文涛，韩正虎，张超，陈俊，付建

（中国建筑第二工程局有限公司华东公司，上海 200135）

1 工程概况

背景工程为某广电中心裙房演播厅，由一个1000㎡小演播厅和一个2000㎡大演播厅组成。其中2000㎡大演播厅钢桁架屋面共8榀主桁架，跨度为36.2m，主桁架高度为2.5m，平面尺寸为36.2m×55.3m，桁架上弦顶标高为23.7m，桁架下通过转换梁吊杆吊挂灯栅层（标高为 16.35m），室内净高为21.7m。采用主桁架两次提升悬停，分别安装下挂层以及机电、灯光等设备的整体提升施工技术。

传统钢桁架屋面及下挂层施工采用搭设满堂脚手架、大型汽车吊吊装或分段提升施工，存在大量的高空焊接作业，施工质量控制难、施工周期长、危险系数大等缺点。本施工技术运用整体提升装置的悬停自锁功能，结合地面设置紧固连接地锚，实现主桁架、下挂层以及机电、灯光等设备的地面安装，将大量的高空焊接作业集中在地面上进行。首先拼装屋面主桁架层，提升至一定标高处后悬停，进行下挂层构件及机电、灯光等设备安装，安装完成后，整体提升至设计标高，最后进行端部合拢，最后进行顶部钢桁架楼层板的施工。减少临时脚手架，提高工效，成型效果好、大幅降低安全风险。

图1 工程概况效果图

2 技术特点

采用整体提升施工技术，极大减少钢桁架屋面措施支撑脚手架的搭拆工序，避免了资源的浪费，降低了施工成本[1]。具有施工进度快、安全可靠性高等优点，实现工程质量、工期进度、成本、环保的有效结合。

运用整体提升装置的悬停自锁功能，结合地面设置紧固连接地锚，实现主桁架、下挂层以及机电、灯光等设备的地面安装[2]，将大量的焊接作业集中在地面上进行，大大降低安装施工难度，施工效率高、安全风险低。

在地面进行钢桁架屋面的拼装然后进行整体连续提升[3]，现场管理人员在地面即可进行监督管控，钢桁架屋面的焊接质量、主钢桁架的起拱等各方面控制均得到有效保障。

3 关键技术

结合BIM技术对钢桁架屋面的提升进行整体建模分析，了解钢桁架屋面在提升各工况下的内力情况及应变情况，对钢桁架屋面各模块构件进行稳定性验算及分析，确保钢桁架屋面提升实施的可行性及安全性。

运用计算机控制液压提升器整体提升，将主桁架进行两次提升悬停，分别进行下挂层和机电、灯光的安装施工，待以上工序施工结束，进行钢桁架屋面的整体连续提升，最后进行主桁架端部的合龙[4]。悬停阶段，底部净空需满足下部工序操作空间，做好天锚和地锚，确保施工安全。

4 施工流程

临时支撑安装→预装段安装→主桁架地面拼装→主桁架第1次提升悬停→下挂层安装→主桁架第2次提升悬停→机电、灯光安装→整体连续提升→端部合龙→临时支撑拆除→钢筋桁架楼层板施工。

5 操作要点

演播厅钢桁架屋面投影下楼层空间存在部分悬挑混凝土楼板，整体钢桁架屋面无法整榀成片提升，需将钢桁架分为三段，端部两段预装段（悬挑混凝土楼板投影的桁架部分）和中间提升段（悬挑混凝土楼板投影以外的桁架部分）。

5.1 预装段安装

在预装段下方设置临时支撑，优先安装预装段至设计标高，使其形成独立的空间稳定受力体系。然后在预装段上方设置液压提升器临时支撑，布置液压提升器，通过专用钢绞线与下部待拼装完成的主桁架进行连接，组成整体提升机构。预装段、液压提升器及相应的临时支撑体系重量均相对较小，可采用现有塔吊或者汽车吊进行吊装施工。

5.2 主桁架地面拼装

单榀主桁架下部设置可调节拼装胎架，由同一方向依次拼装主桁架上下弦杆和腹杆，待主桁架拼装完成后按照相同拼装顺序安装顶部连接主桁架之间的次梁结构，使提升段形成空间整体结构，次梁与主桁架连接节点位置不拧紧，方便后期钢桁架提升至设计标高后进行微调，提升完成并微调且满足设计要求后方可进行连接节点位置的拧紧施工。

图2 主桁架地面拼装

5.3 下挂层安装

根据BIM模型受力分析的各吊点参考反力值，依序 20%、40%、60%、80%、100%加载提升，提升段桁架至距离结构地面以上约10cm后停留12h静载，如有必要进行“单点”微调。现场各方责任主体验收确认后，正式提升主桁架至下挂层相应净高高度（第1次提升悬停位置）。待提升至指定标高后，在桁架的4个拐角采用4根12的钢丝绳设置连接地锚，上部锚固在桁架上，下部锚固在混凝土柱子上。在主桁架第1次提升悬停位置下方，进行下挂层的安装。

图3 下挂层安装

5.4 机电、灯光安装

主桁架与下挂层整体提升至机电、灯光等设备相应净高高度（第2次提升悬停位置）。待提升至指定标高后，设置连接地锚进行主桁架与下挂层的紧固。在主桁架第2次提升悬停位置下方，进行机电、灯光等设备的安装。

5.5 端部合龙，临时支撑拆除

机电、灯光等设备安装结束后，进行主桁架、下挂层及机电、灯光等设备整体连续提升。当提升至设计标高附近约1m范围时，各吊点进行微调处理，放慢提升速度，缓慢提升到桁架结构设计标高位置，锁紧液压提升器，复测各吊点提升高度，确保达到设计标高要求。进行钢桁架屋面端部预装段、中间提升段的合拢施工，使桁架结构荷载受力临时支撑结构转移至临近永久混凝土结构，形成独立的稳定空间受力体系，然后拆除端部临时支撑体系，最后进行顶部钢筋桁架楼层板的施工。

图4 机电、灯管设备安装

图5 端部合龙，临时支撑拆除

6 施工注意要点

①施工前期策划

提前梳理钢桁架提升段投影区域是否有悬挑结构，主桁架地面拼装场地是否满足相应承载力要求。

②主桁架地面拼装

地面拼装需严格控制焊接质量，做好主桁架的起拱设置。焊接结束并自检合格后及时进行探伤检测。

③下挂层、机电、灯光设备安装

与钢结构单位、机电单位、精装修单位进行高效联动，提前完成下挂层区域内的图纸深化，及时进行穿插施工，避免后期较大措施成本投入。

④动态监控监测

全过程进行动态监测控制，实现动态监测、自动调平，提升器每5个行程进行一次监测校准工作，确保安装精度。

7 质量控制要点

①焊接质量

为防止和抵消焊接变形，焊前装配时，将工件与焊接变形相反方向预留偏差。控制焊接顺序防止变形，采用夹具和专用胎具，将构件固定后再进行施焊。构件变形翘曲必须进行矫正。

②安装精度

保证预埋件埋设精度，采用钢框固定预埋件预埋法，该框架具有很大强度，能防止混凝土浇灌时的冲击和振捣等外力而不变形。利用全过程动态监测控制系统，实现对悬停主桁架的标高精度控制，安装精度控制在2mm以内。

③实体成型

放样、下料时应明确拱度值，对起拱构件采取预防变形的保护加固措施。对现场拼装完成的整体桁架尺寸、平整度、垂直度及起拱进行复测。

8 安全控制要点

为确保结构在提升过程中的安全，根据提升吊点的布置，采用“吊点油压均衡，结构姿态调整，位移同步控制，分级卸载就位”的同步提升和卸载就位控制。

钢桁架屋面及其下挂层整体提升后，部分次梁及灯栅吊挂需要采用高空散装，大量的作业集中在一个立体的空间框架上进行，交叉作业频繁。须在灯栅下挂层位置设置安全平网，以防高空坠落，兼作安全隔离屏障。平网采用复合形式，即一层普通大眼安全网上覆盖一层密目安全网，防止人员坠落的同时防止高强螺栓梅花头以及电焊头坠落伤人。钢绞线不能作为导体通电，如焊接作业距离钢绞线较近时，焊接区域钢绞线可采用橡胶或石棉布予以保护。

桁架屋面结构投影面积大，为确保钢结构提升过程的绝对安全，并考虑到高空对精度的要求，在钢结构空中停留，或遇到更大风力影响时，暂停吊装作业，提升设备锁紧钢绞线。同时，通过钢丝绳将钢桁架结构与周边混凝土立柱结构连接，起到限制钢结构水平摆动和位移的作用。

9 结语

大型演播厅钢桁架屋面施工技术适用于各类大型钢桁架屋面及其下挂层整体提升施工中，该施工技术采用计算机控制液压整体提升装置，结合BIM技术对钢桁架屋面的提升进行整体建模分析，可对钢桁架屋面各模块构件进行稳定性验算及分析，同时能在地面便可对钢桁架屋面的施工进度、安全、质量进行过程管理，极大的提升现场管控质量，安全风险明显降低，钢结构的焊接质量及钢桁架的起拱等各方面均得到有效保障。该施工技术具有广泛的应用前景，为同类项目钢结构施工提供借鉴与经验指导。