超大跨度吊挂结构施工技术分析

孙友林，代广信，胡锦伟，邢 强，李 军

（1.中国建筑第二工程局有限公司 华南分公司，广东 深圳 518045；2.中建二局阳光智造有限公司，广东 河源 517373）

1 工程概况

大型场馆的结构体系极具复杂性，吊挂结构可将空间利用最大化，故应用范围较广。深圳科技馆（新馆）是深圳市重点规划建设的新十大文化设施之一。项目占地面积约66 000m2，建筑面积128 276m2，地上55.5m，共6 层；地下室10.5m，共2 层。地下至首层为钢筋混凝土框架结构；2～5 层为钢框架-钢筋混凝土混合结构（核心筒为型钢混凝土，外围为钢框架结构）；在屋面桁架下方设有吊挂结构，吊挂结构除次梁及吊柱外，还包含吊挂桁架，3～5 层范围内还分布有截面为1700mm×800mm×40mm×60mm 的大跨度钢梁，材质为Q460GJC，整梁跨度达52.1m，单根重量约107.5t，见图1。

图1 吊挂结构示意图

2 施工工况分析

吊挂结构常规施工思路是采用从上至下的安装顺序，但是因本项目工期紧迫，且施工环境复杂，所以采用从下而上的逆做法，因吊挂结构中涉及大跨度钢梁，其大跨度钢梁下方无支撑结构，在施工前需要提前设置临时支撑钢柱。根据施工计划在施工3 层钢结构时，地下室还未完成回填，此时钢构件距塔吊较远，起重量受限，因此3 层大跨度钢梁需分为5 段，设置支撑点1、支撑点2、支撑点3、支撑点4，4 个点的临时支撑钢柱，用以满足大跨度钢梁的安装，待4～5 层大跨度钢梁及6 层桁架弦杆安装时，地下室外围已完成回填，此部分可分为3 段安装。所以4～5层仅需设置支撑点1和支撑点4即可（图2、图3）。

图2 支撑设置示意图

图3 支撑布置示意图

支撑点1～支撑点4 采用规格为□600mm×500mm×20mm×20mm 的箱型柱作为临时支撑。支撑点底部与设置于混凝土梁或柱顶的埋件焊接固定，

3 施工技术要点

3.1 支撑体系设计

3.1.1 支撑顶部节点设计

支撑点1～支撑点3 竖向支撑和顶部横杆1 采用截面为600mm×500mm×20mm×20mm 的箱型钢，横杠1 长1.4m，横杠顶部设置2 截高0.3m，截面400mm×400mm×10mm×16mm 的H 型钢短柱。支撑立杆和顶部横杠以及顶部横杠和短柱之间角焊缝围焊接固定，见图4。

图4 支撑点顶部节点示意图

3.1.2 支撑底部节点设计

如图5 所示，在支撑位置提前设置埋件，支撑立柱底部与埋件全熔透焊接固定，支撑点埋件板规格800mm×800mm×25mm，材质为Q355B，锚筋为∅16 螺纹钢。锚筋长度100mm。

图5 支撑底部节点示意图

3.1.3 支撑顶部操作平台设置

为了方便施工人员对顶部短柱标高的调整及后期卸载施工，同时也为了保证施工的安全，需要在支撑顶部设置标准化操作平台，如图6。

图6 操作平台示意图

3.1.4 吊挂桁架结构的安装

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1）安装重难点 ①吊挂桁架结构位于屋面提升桁架下方，屋面整体提升部分的桁架在2 层楼板上进行拼装，桁架下方的吊挂桁架没有提前进行拼装的作业空间；②吊挂结构位于整体提升钢桁架下方，无论是待屋面桁架提升完成之后进其安装，还是待桁架提升到一定高度后进行安装，施工效率和安全无法得到保障。

2）安装解决方案 ①将桁架下方吊挂结构正投影下方的2 层钢梁安装及混凝土浇筑延后施工；②吊挂桁架拥有了提前拼装的作业空间，下方的吊挂桁架先伸入2 层板面的预留洞口，在1 层板面上拼装；③吊挂桁架拼装完成往后再进行上方屋面桁架的拼装，吊挂桁架便可随屋面整体一同提升。不仅能够很大程度上加快此部分钢结构施工速度，同时也能保证安全性。

3.1.5 吊柱的安装

吊柱按常规做法是随着吊挂结构从上至下逐层进行安装，但因此项目工期紧，施工环境复杂的情况，故等吊挂结构部分钢梁及屋面桁架提升安装完成后，3～5 层的6 根吊柱逐一在地面拼装焊接完成后，进行单根整体吊装。此施工方案在满足结构受力的同时，不仅有效地缩短了工期，更很大程度地降低了安全风险。

3.2 卸载施工

3.2.1 卸载方式的确定

大跨度钢梁的卸载方式采用累积切除卸载法。

先卸载5～3 层1 号和4 号点位的支撑，后卸载2 层2 号和3 号点位的支撑，最后卸载2 层1 号和4 号点位。按照高层向底层卸载的顺序进行卸载，同一个楼层应先卸载中部支撑后卸载两侧支撑。在卸载时遵循“变形协调，逐级循环”的原则，每次对卸载点支撑短柱切割高度不宜大于5mm，逐级多次卸载直至卸载完成。

3.2.2 卸载流程

全部安装完成后，所有铰接节点完成高强螺栓终拧紧固，节点焊缝检测合格之后进行卸载施工，按照整体从高层向底层卸载，5～2 层的支撑每一层卸载时，同步卸载，2 层支撑卸载时先同步卸载中部支撑点2 和支撑点3，再同步卸载支撑点1 和支撑点4。

3.2.3 卸载原则及注意事项

对于此类大跨度结构，使用“分阶段同步卸载”的方法卸载时，施工过程应严格遵循如下原则：①主体钢结构安装到位，焊缝全部焊接完成，无漏焊断焊的现象，焊接质量经探伤检查全部合格；②主体钢结构所有的栓接部位全部连接完毕，且验收合格；③各个格构柱支撑全部按设计要求完成的，且验收合格。

在卸载过程中，为防止发生意外，确保卸载的顺利进行，在卸载过程中应特别注意如下事项：①卸载时要统一指挥，保证同步，且严格按照同步和分阶段大小进行；②卸载前要清理钢结构上的杂物和一切无关的荷载，卸载过程中，钢结构上下不得进行其他的作业。

3.3 施工模拟分析

3.3.1 卸载阶段变形分析计算

1）4 层的支撑点1、4 卸载支撑卸载后，8.8mm ≤400/L，满足要求。

2）3 层的支撑点1、4 卸载支撑卸载后，8.8mm ≤400/L，满足要求。

3）2 层的支撑点1、4 卸载支撑卸载后，8.8mm ≤400/L，满足要求。

4）2 层的支撑点1～4 卸载支撑卸载后，8.8mm ≤400/L，满足要求。

结论：A3 区吊挂结构在卸载完成后其中部产生的下挠为8.8mm，远小于52 100/400，满足要求。所以安装时预起拱10mm。

3.3.2 结构受力体系转化

吊挂结构位置受力非常复杂，考虑实际施工顺序与加载条件的不同，结构应进行施工模拟分析。将Revit 模型转换为Midas 模型进行施工顺序模拟，将分析结果与一次加载的结果进行对比，确保分析的准确性和结构的安全性。

施工顺序对结构受力有一定影响，对部分施工模拟工况下受力较大的构件，设计时提高其承载力冗余度。

4 结语

本文根据深圳科技馆（新馆）现场机械部署及施工进度制定了最佳施工方案，超大跨吊挂结构高空拼装施工技术的应用，不仅充分提高了施工效率，同时也降低了施工中的安全风险，节省了工期，可为国内同类钢结构施工提供有益借鉴。