长悬臂跃层钢桁架逆序施工工艺探究

文／张宏亮 中铁城建集团有限公司总承包分公司 湖南长沙 410000

引言：

随着城市建设的快速发展，大型多层型钢混凝土结构公共建筑越来越复杂，长悬臂跃层钢桁架顺序施工难以满足施工要求。本论文借鉴大跨度钢桁架屋面整体提升施工技术、钢筋桁架楼承板施工技术等应用经验，针正对舒城县三馆一院建设项目探索长悬臂跃层钢桁架逆序施工工艺应用。

1.项目概况

舒城县三馆一院建设项目位于舒城县华盖路与南溪路交叉口东北角，总建筑面积为100976.21 m2，主要有博物馆、图书馆、文化馆、剧院与下沉广场及室外附属景观组成。其中博物馆及图书馆采用型钢混凝土结构，结构层数为五层，三层以上采用长悬臂跃层钢桁架，最大悬挑长度为10.65m，局部钢桁架+伸臂钢梁悬挑长度达13m。

2.长悬臂钢桁架逆序施工工艺原理

采用深化设计软件对长悬臂跃层钢桁架深化设计，明确跃层桁架每层竖向与水平分段点位置。施工时从首层开始逐层安装跃层桁架，SRC 柱与SRC 梁里的型钢柱、型钢梁随跃层桁架同步安装，直至将型钢柱、型钢梁、跃层桁架形成一个完整的钢结构受力体系，然后利用钢结构受力体系承担楼面结构施工荷载，再从首层开始逐层浇筑楼面混凝土，从而实现长悬臂跃层钢桁架逆序施工。

3.长悬臂钢桁架逆序施工工艺及质量标准

长悬臂跃层钢桁架深化设计→施工测量放线→首层支撑胎架安装→首层跃层桁架吊装→逐层吊装其余段跃层桁架→首层支撑胎架拆除→首层楼承板施工→依次施工其余楼承板

3.1 长悬臂跃层钢桁架深化设计

跃层钢桁架深化设计主要对跃层桁架与SRC 柱、RC 梁的连接方式优化，并确定跃层桁架的分段点位置，以便于工厂加工制作及现场安装。利用BIM 技术对长悬臂跃层钢桁架进行模型建立，根据跃层桁架受力情况确定分段点位置，分段点位置需设在桁架受力较小，并导出跃层桁架加工图。跃层桁架与SRC 柱、RC 梁的连接可采用钢牛腿形式，钢牛腿与型钢柱、型钢梁连接应在工厂一次加工成型（见图1、图2）。

图1 跃层桁架BIM 模型示意图

图2 跃层桁架分段加工示意图

3.2 施工测量放线

依据结构施工图纸、跃层钢桁架深化图纸以及内控点布置图，复核桁架位置及标高。并在楼面上弹出支撑胎架位置线，确保胎架中心与桁架中轴线在同一立面上[1]。

3.3 首层支撑胎架安装

3.3.1 装配式胎架安装

施工前应对放置胎架的楼板进行承载力验算，确保施工安全。装配式胎架采用方钢制作，相邻两节采用高强螺栓连接。胎架安装时采用塔吊或汽车吊进行安装，先进行胎架底座安装，底座转换采用H 型钢制作，通过膨胀螺栓与楼板连接固定，或者提前在楼板内预埋钢板进行焊接固定。底座安装完成后再逐节安装标准节，最后在支撑胎架顶端安装操作平台，操作平台上口标高与首段跃层桁架下口垂直距离应控制在50cm 至80cm 之间。操作平台采用H 型钢或槽钢制作，四周设1100mm 高防护栏杆[2]（见图3）。

图3 支撑胎架构造示意图

3.3.2 升降装置安装、顶升

升降装置由底座、升降机构、固定机构和定位机构组成。底座上转动连接有转动台，用以调整支撑方向；底座上固定连接依靠固定管实现。升降机构包括升降盘，转动台上设有多组升降杆，固定机构包括固定台，固定台上设有两组夹持块，通过向固定管内注入清水，并启动升降盘下移将清水压入到升降杆的下方，将升降杆顶起，从而升降操作。使用完成后将清水放出，还可减轻装置整体的重量，便于周转使用[3]（见图4）。

图4 支撑胎架构造效果图

支撑胎架安装完成后，将升降装置平稳放置在操作平台上，并移动升降装置至操作平台中心位置，使用升降装置中心、支撑胎架中心、首段跃层桁架中轴线位于同一立面。位置调整完成后对升降装置进行临时固定，向升降装置固定管内注入足量的清水，启动升降机构推动升降盘下移，通过液压驱动使得升降杆将固定台顶起，直至设计标高。升降装置上口标高应与首段跃层桁架下口标高一致[4]（见图5）。

图5 升降装置构造示意图

3.4 首段跃层桁架吊装

桁架现场吊装利用塔吊、汽车吊等起重机械进行。桁架吊装时，为了防止损坏棱角，应当利用橡胶垫等柔性材料对吊装位置进行保护。起吊时当桁架处于升降装置上方20cm 左右时应先进行适当稳定，并调整桁架位置使其中轴线与升降装置固定台中轴线一致，然后缓慢下桁架，使其逐渐放入到升降装置固定台两组夹持块之间，并避免在下落时发生桁架与升降装置碰撞的现象。放置完成后再次调整升降装置使首段桁架满足设计高程，最后将首段桁架与型钢柱或钢梁牛腿按设计要求连接固定[5]。

3.5 其余段跃层桁架吊装

其余段跃层桁架安装方法与首段跃层桁架一致，吊装时先进行型钢柱、型钢梁吊装，型钢柱、型钢梁吊装完成后再进行其余段跃层桁架吊装，其余段跃层桁架吊装时应直接按设计要求连接方式将其与前一段跃层桁架、型钢柱、型钢梁连接固定，直至跃层桁架全部安装完成，并与型钢柱、型钢梁形成完整的受力体系[6]（见图6）。

图6 跃层桁架吊装示意图

3.6 首层支撑胎架拆除

支撑胎架拆除时，先将解除升降装置的固定，利用升降机构将固定台降下，并将固定管内的清水排出，便可拆除升降装置。再利用塔吊或汽车吊从上至下依次拆除操作平台、胎架标准节、胎架底座（见图7）。

3.7 首层楼承板施工

施工前先进行钢筋桁架楼承板排版设计并出具排版图，根据排版图进行铺设，铺设时以边跨桁架中轴线为起铺控制线，然后按设计铺设方向逐块铺设，相邻两块楼承板应采用咬合连接，以防混凝土浇筑时出现漏浆现象。楼承板伸入桁架钢梁翼缘的长度不应小于50mm，且不小于5d（d 为下弦钢筋直径）。钢筋桁架楼承板跨度超过设计最大无支撑跨度时应设反向支撑，反向支撑可采用钢筋拉杆设置，通过花篮螺栓一端与钢筋桁架连接，一端与上段跃层桁架连接。钢筋桁架楼承板一端与SRC 柱、SRC 梁相接时，楼承板端部需以SRC 柱、SRC 梁侧模内边缘为控制线，不得伸入SRC 柱、SRC 梁内部，并楼承板端部设置反向支撑[7]。

首层楼承板铺设完成后便可进行分布筋及连接钢筋安装，验收合格后即可进行混凝土浇筑，同一层钢筋楼承板与SRC 柱、SRC 梁应一次浇筑完成。浇筑混凝土时，不得对钢筋桁架楼承板造成冲击。倾倒混凝土时，应迅速向四周摊开，避免堆积过高；泵送混凝土管道支架应支撑在梁或墙上（见图8）。

图8 楼承板施工效果图

3.8 其余层楼承板施工

楼承板施工与首层楼承板施工一致，由低至高逐层施工，直至所有楼层全部完成。

3.9 质量标准

（1）支撑胎架操作平台上口标高与首段跃层桁架下口垂直距离应控制在50cm～80cm。

（2）升降装置中心、支撑胎架中心位于同一立面，升降装置中心与首段跃层桁架中轴线偏差不应大于10mm。

（3）跃层桁架分段点位置需设在桁架受力较小位置，应高出桁架主梁顶面以上1.0m～1.3m。

（4）桁架分段连接时轴线空间位置偏差不应大于10mm，连接节点中心空间位置偏差不应大于15mm。

（5）首段跃层桁架应按设计要求起拱，设计无要求时起拱高度不宜小于L/5000（L 为悬挑长度）。

（6）升降装置与首段跃层桁架的临时固定应利用夹持板进行，严禁采用焊接方式对桁架进行临时固定。

（7）楼承板伸入桁架主钢梁翼缘的长度不应小于50mm，且不小于5d（d 为楼承板下弦钢筋直径）。

结语：

长悬臂钢桁架逆序施工工艺，不仅消除了传统支撑体系受载后产生的非弹性变形，有效保证了悬臂桁架安装精度，而且长悬臂跃层钢桁架安装完成后，与型钢柱、型钢梁形成完整的钢结构受力体系，有效解决了传统工艺中长悬臂跃层钢桁架施工沉降问题，并利用钢结构整体受力体系承担楼板施工荷载，减少了悬臂跃层钢桁架及楼板支撑体系用量，节约周转材料用量，其中图书馆与博物馆长悬臂跃层桁架施工较传统工艺每层节约工期3 天，逆序施工既保证施工质量，又节约了施工成本，提高了施工效率，在体量大、层高高、工期短的多层型钢混凝土结构施工方面积累了经验，对后续长悬臂跃层桁架施工有着很好的借鉴作用，应用前景非常广泛。