1、58大大悬悬挑挑复复杂杂空空间间结结构构有有支支撑撑悬悬伸伸推推进进施施工工工工法法1 1前前言言高性能钢材和 CAE 技术在建筑行业中的应用，促进了大型悬挑结构设计与应用。随着大悬挑结构施工工艺的日益成熟，施工方法的选择成为制约大悬挑结构施工工期和成本的重要因素。大悬挑施工技术作为决定大型悬挑结构施工质量和安全的重要技术，对其研究和创新是建筑施工发展的必然要求。工程有限责任公司在腾讯北京总部大楼项目的施工过程中，对三处切角部位的大悬挑结构采用有支撑悬伸推进法安装完成，即将每个切角部位的大悬挑结构划分为 2 至 3 个推进单元，在每个推进单元安装时搭设支撑，安装完成后拆除支撑形成悬臂结构，依次2、完成各推进单元安装，成功地解决了大悬挑结构施工工期长，措施材料使用量大，对下部混凝土结构影响大等诸多问题。同时，在实施过程中研究总结的施工顺序相关性控制技术，有效减少了施工模拟及预调值计算过程中的计算量；施工过程中设计的临时支撑水平力卸载装置，可以通过消除水平力，提高临时支撑的稳定性和承载能力，减少了临时支撑的材料用量；施工过程中采用的变形和应力监测技术，可以对结构安装过程中的变形和内力进行实时监测，保证了施工质量和安全。为更好地在大型悬挑结构施工中推广应用，工程有限责任公司总结形成了大悬挑复杂空间结构有支撑悬伸推进施工工法。2 2工工法法特特点点2.0.1 采用施工顺序相关性控制技术，减少计3、算量采用 ANSYS 有限元软件对比分析多处悬挑不同施工顺序预调值计算结果，得出多处悬挑结构施工相关性影响小，现场施工可以忽略各个悬挑段的施工顺序对结构的影响，形成了施工顺序相关性控制技术，并可适当增加推进单元的长度，有效地减少了施工模拟及预调值计算过程中的计算量。2.0.2 应用水平力卸载装置，提高临时支撑承载能力设计临时支撑水平力卸载装置，通过消除千斤顶与牛腿之间的摩擦力而消除水平力，提高了临时支撑的稳定性和承载能力，从而降低临时支撑的材料用量。2.0.3 采用变形和应力监测技术，保证施工质量和安全在关键构件上选取应力应变和变形监控点，安装定位和卸载过程均采用全站仪进行实时观测，采用应力应4、变传感器对安装全过程中的内力进行实时监测，保证了施工质量和安全。2.0.4 结合传统安装方法优点，提升经济效益结合满堂支撑法和无支撑悬伸推进法的优点，提高临时支撑周转率，减少了临时支撑用量，节约了工期。3 3适适用用范范围围本工法适用于悬挑长度超过 40m，离地高度 30m 以内的特大型悬挑复杂空间结构的安装，亦适用于大型悬挑结构安装。594 4工艺原理工艺原理4.0.1 采用大悬挑复杂空间结构有支撑悬伸推进施工技术，将巨型桁架安装分成若干推进单元，以推进单元为单位依次吊装。首先搭设临时支撑，安装巨型桁架悬伸段第一推进单元下三角型构件，形成稳定结构后，再安装上三角形构件，巨型桁架推进单位安装完5、成后，再依次安装内部对应区域斜面钢梁、吊柱、楼层钢梁和角部桁架。一个推进单元安装完成后，将临时支撑逐级卸载，转运至另一推进单元位置，同法安装该推进单元，直至整个切角位置主要受力构件安装完成后，拆除临时支撑，安装次结构。有支撑悬伸推进法施工工艺原理示意见图 4.1图 4.3。图 4.1 推进单元一安装图 4.2 推进单元二安装图 4.3 悬挑安装完成5 5施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程施工工艺流程施工准备施工顺序确定预变形实施方案确定对混凝土结构影响分析临时支撑设计复杂空间悬挑钢结构安装临时支撑同步分级卸载变形和应力监测。5.2 操作要点操作要点5.2.1 施工6、准备601 熟悉结构图纸，根据施工现场情况确定吊装机械设备选型、数量和钢结构分节分段方案。2 钢结构深化设计。3 构件加工制作、运输。5.2.2 施工顺序确定1 比选方案确定根据结构形式提出独立施工、均衡施工等不少于两种方案的假设，确定方案施工工况，并评估其优缺点。2 施工顺序相关性建立 ANSYS 有限元模型，分析各施工方案对结构变形及内力的影响。3 确定最优方案根据有限元模拟结果，结合方案优缺点，确定最优方案，采用有支撑悬伸推进法施工选取独立施工为最优方案。5.2.3 预变形实施方案确定1 结构起拱点选取结合构件的分段线，及预变形实施方式，即通过支撑胎架对结构施加预变形，起拱点选在有支撑胎7、架处。起拱点为构件中心轴线的交点。悬挑角部预变形起拱点分布示意见图 5.2.3-1。图 5.2.3-1 悬挑角部预变形起拱点分布示意图2 预调值计算确定安装工况，通过 ANSYS 有限元软件模拟，计算各工况下各起拱点处变形预调值。3 预调值实施方案确定通过调节焊缝间隙实现预起拱的架设，放样评估起拱对焊缝的影响程度，然后确定起拱调节焊缝间隙实现起拱值方法可行性。调节焊缝间隙实现预调值放样示意见图 5.2.3-2。61图 5.2.3-2 调节焊缝间隙实现预调值放样示意图5.2.4 对混凝土结构影响分析1 确定验算原则，即考虑中震作用下结构承载能力状况。2 建立 ANSYS 有限元模型分析施工与设计8、状态不一致所导致混凝土楼板内力情况。3 确定结构加固方式。屋顶层钢板栓钉做法示意见图 5.2.4-1，标准层钢板栓钉做法示意见图5.2.4-2。图 5.2.4-1 屋顶层钢板栓钉做法示意图62图 5.2.4-2 标准层钢板栓钉做法示意图5.2.5 临时支撑设计1 根据 ANSYS 有限元软件各工况计算结果，提取各支撑处支撑顶部轴力值。2 根据支撑高度及支撑顶部轴力设计支撑胎架架体杆件截面，支撑承受荷载较大且高度较高时，宜采用格构形式，支撑胎架示意见图 5.2.5-1。图 5.2.5-1 支撑胎架示意图3 根据支撑胎架受力情况设计支撑胎架预埋件，荷载较大时，宜将支撑胎架埋件设置在柱顶位置或者主梁9、根部，锚筋宜设计为弯锚形式，支撑胎架预埋件位于主梁根部示意见图 5.2.5-2，支撑胎架锚筋锚板构造示意见图 5.2.5-3。63图 5.2.5-2 支撑胎架预埋件位于主梁根部示意图图 5.2.5-3 支撑胎架锚筋锚板构造示意图4、支撑顶部千斤顶数量及细部构造确定。支撑顶部构造示意见图 5.2.5-4。64图 5.2.5-4 支撑顶部构造示意图5.2.6 复杂空间悬挑钢结构安装搭设临时支撑以推进单元为单位按独立安装各计算工况的构件，安装流程见图 5.2.6-15.2.6-8。图 5.2.6-1 流程一：搭设临时支撑，安装巨型桁架桁架下弦第一段及内部斜面钢梁图 5.2.6-2 流程二：安装完成第10、一推进单元下三角形部分65图 5.2.6-3 流程三：安装第一推进单元上三角形部分图 5.2.6-4 流程四：正装法安装第一推进单元吊柱及楼层钢梁66图 5.2.6-5 流程五：安装第一推进单元角部桁架图 5.2.6-2 流程六：安装第二推进单元巨型桁架、斜面钢梁、吊柱、楼层钢梁及角部桁架67图 5.2.6-7 流程七：同法安装第三推进单元图 5.2.6-8 流程八：将支撑移至合拢段区域，安装合拢段结构5.2.7 临时支撑同步分级卸载1 确定各工况卸载行程，将各工况中新增构件悬挑最远端起拱值均分，均分后的值保持在 3mm4mm 为宜，中间部位插值求得。卸载行程计算示意见图 5.2.7-1。6811、图 5.2.7-1 卸载行程计算示意图2 通过调节支撑顶部千斤顶，实现临时支撑同步分级卸载。5.2.8 变形和应力监测1 通过 ANSYS 反复迭代，计算出悬挑结构安装预调值。2 选取预调值控制点做为变形和应力监测点。3 结构安装过程中布置应力应变监测装置。4 实时监控结构安装过程，对比传感器数据及有限元计算结果，确保结构安装过程安全。6 6材料与设备材料与设备6.1 材料材料材料主要为制作临时支撑钢管和型钢，其余为聚氟乙烯板、锚筋等措施材料，主要材料及性能指标见表 6.1。表 6.1 主要材料及性能指标序号序号材料材料项目项目技术指标技术指标1钢材H 型钢/角钢/钢板/钢管Q2352锚筋3012、HRB4003聚氟乙烯板/3mm6.2 设备设备大悬挑复杂空间结构巨型桁架部分主要采用履带吊吊装，角部构件主要采用塔吊吊装，构件吊装到位主要为焊接。现场主要设备配置见表 6.2。表 6.2 主要设备序号序号名称名称备注备注1履带吊钢结构吊装2塔吊钢结构吊装3CO2 焊机钢结构焊接4直流电焊机钢结构焊接5电焊条烘箱焊条加温6焊条保温筒焊条保温工具7砂轮切割机切割耳板措施材料8空气压缩机焊缝返修699加热、气割设备加热、气割10千斤顶钢结构安装11电加热片钢结构安装12扭矩扳手钢结构安装13手动扳手钢结构安装14电动扳手钢结构安装7 7质量控制质量控制7.0.1 质量控制标准钢结构工程施工质量验收13、规范 GB50205-2001钢结构设计规范（GB50017-2003）钢结构工程施工规范（GB 50755-2012）工程测量规范（GB 50026-2007）钢结构焊接规范（GB 50661-2011）7.0.2 安装质量保证措施1 严把材料质量关，材料进厂检验，坚持每种每批材料检查出厂合格证、试验报告，并按规定抽样复验各种钢材的化学成分、机械性能，合格后方能使用。2 生产制作前，向操作工人进行技术交底，使工人熟悉加工图、工艺流程和质量标准，做到心中有数。3 严格执行自检、互检、交接检的三检制度，坚持三不放过，即质量原因没有找出不放过，防范措施不放过，责任人没有处理不放过。4 构件安装顺序14、应按照模拟验算工况进行，尽快形成一个刚体以便保持稳定，也利于消除安装误差。5 利用已安装好的结构吊装其他构件和设备时，应进行必要的验算。6 结构安装时，注意日照、温度、焊接等因素变化引起的变形，并采取相应的措施。7 安装时采取定位测量、焊前、焊后三道测量环节，对钢构件安装过程中进行的垂直度测量、中心偏差测量和标高测量，整个过程实施跟踪测量。7.0.3 焊接质量保证措施1 焊工必须有上岗证，焊材质量符合国家标准，且具备有效真实的质量证明书，焊材由专人保管，建立台帐，以便跟踪。2 焊接施工前搭设焊接防护措施（防风棚、防雨棚等），焊接前进行焊口清理，清除焊口处表面的水、氧化皮、锈、油污。焊接时采取合15、理的焊接顺序进行施工。3 钢柱各部件的下料尺寸及连接位置要按图施工，构件及加工连接尺寸不得大于 3mm。4 钢结构构件在受力状态下不得施焊。5 对于 30mm 及以上厚板的焊件，焊接前宜对母材焊道中心线两侧各 2 倍厚板加 30mm 的区域进行超声波探伤检查，母材中不得有裂纹、夹层及分层等缺陷存在。6 不同厚度的钢板、钢管对接时，将较厚板件焊前倒角，坡度不大于 1：4。7 厚板焊接时，注意严格控制焊接顺序，防止产生厚度方向上的层状撕裂。8 对接接头要求全焊透的角部焊接，在焊缝两边配置引弧板和引出板，其材质与焊件相同或通过试验选用。9 主杆件工地接头焊接，由两名焊工在相互对称的位置以相等速度同时16、施焊。10 引弧板、引出板、垫板的固定焊缝焊在接头焊接坡口内和垫板上，不得在焊缝以外的母材上70焊接定位焊缝。7.0.4 防腐施工质量保证措施1 构件出厂前需喷涂部位，除锈后喷涂底漆和中间漆，焊接区除锈后涂专用坡口焊保护漆。2 构件安装后需补涂漆部位有高强螺栓未涂漆部分、现场焊接区以及经碰撞脱落的工厂油漆部分，均涂防锈漆底漆一道。3 钢构件涂漆前严格进行金属表面喷砂防锈处理，对于现场焊缝，采用喷砂设备除锈，当采用手工除锈时，应不低于 St3 级别。4 所使用的涂料经具资质的检测部门进行第三方检测，并进行涂层附着力、防腐油漆的机械性能测试。5 涂装前钢材表面除锈符合设计要求和国家现行有关标准的规17、定。处理后的钢材表面不应有焊渣、焊疤、灰尘、油污、水和毛刺等。6 涂装时的环境温度和相对湿度符合涂料产品说明书的要求。7 钢结构先涂防腐底漆，表面处理后到底漆的时间间隔不超过 6h8 8安全措施安全措施8.0.1 安全标准安全防范工程技术规范（GB 50348-2004）建筑机械使用安全技术规程（JGJ 33-2012）建筑施工安全检查标准（JGJ 59-2011）施工企业安全生产评价标准（JGJ/T 77-2010）8.0.2 吊装安全管理措施1 编制确实可行的钢结构吊装安全技术措施，明确规定钢结构吊装的操作平台、临边防护设施做法。2 严格执行高空作业安全规定，对高空施工人员应定期进行健康检18、查，高血压、恐高症、头晕人员禁止登高作业。3 钢构件就位时保证其固定牢靠，必要时加设临时固定措施。4 所有构件吊装时要合理设置吊点，并系好溜绳。大型构件吊装设吊耳，禁止采用钢丝绳捆绑直接起吊。5 吊车起重臂、起吊构件的下方禁止站人。吊装作业时必须设置警戒线，禁止无关人员出入，构件安装摘钩时，下方及周围严禁站人。6 为确保操作者在上下钢柱时的人身安全，每根钢柱安装时配备防坠器。安装人员上下时，将安全带挂在防坠器的挂钩上，避免发生坠落事故。8.0.3 履带吊安装安全措施1 合理组织所有施工人员，统一指挥，明确分工，责任到人，各司其责，精心施工，做好详细的技术交底工作。2 组装前，必须认真对设备进行19、检查，包括焊缝，主结构件变形及有无损坏等。3 所有起吊用机具使用前详细检查，确认符合安全要求后方可使用。4 高空作业人员必须正确扎挂合格的安全带，穿软底鞋，不准随意往下抛掷工具和物件，高空作业必要时搭设脚手架或采取其他安全措施。5 安装过程中，防后倾液压缸控制球阀必须处于工作位置。6 穿绕钢丝绳时，用麻绳溜住钢丝绳绳头或使用穿绕卷扬机协助穿绕钢丝绳，设专人监护卷扬机，保证钢丝绳在卷扬机上不松散且钢丝绳在滑轮槽内布置准确，注意在绳圈内不可站人。717 进行拉筋连接时，固定销从内侧向外侧装入并在外侧固定。8 进行快速插头的连接或断开时，必须先消除液压系统中的所有压力（发动机完全停止后再等 5分钟）20、，连接或断开时必须用手拧。9 在后配重和悬浮配重的摆放过程中必须左右交替摆放。10 扳起作业前，对整机进行全面检查，尤其是对连接部位的连接销要重点检查，确认所有部件安装正确后方可进行扳起作业。11 扳起作业前对人员进行分工，设专人监护变幅卷扬机的抱闸、臂架方向履带下方基础等重要部位的变化情况，设专人监护整机的平衡状况。12 在刚进行扳起作业时，将主钩绳固定到主臂头部，防止滑落。在扳起过程中动作平稳，尽量减少停机次数，尽量避免主变幅卷扬机有点动现象。扳起作业时禁止进行吊车有回转动作。13 在扳起过程中设专人监护履带吊的整机平衡以及主变幅卷扬机，保持卷扬机上钢丝绳无松散现象。14 在施工过程中爱护21、设备，各销孔间要涂抹润滑油。计量器具必须具有检验合格证方可使用。15 严禁使用设备作试验用试重块，试重块重量要计算准确，误差不超过 1%，在试验过程中逐步加载至所需载荷。16 试重摆放整齐，起吊时，试重保持水平。试重有棱角的捆扎点处应垫管皮或软物。17 负荷试验过程中吊车做回转动作时，有专人监护，防止伤人及碰撞周围设备，物件等。18 试验过程中起重指挥由专人负责，指挥信号准确清晰。派专人监护各重要受力部位，履带的变化等；如出现不正常情况，应立即停止试验，妥善处理故障后方可继续进行试验。19 施工现场设立安全施工作业区，设专人监护，严禁无关人员入内。20 安装部件时，保持现场干净，及时收集破布、22、废油。现场作业过程中注意文明施工，做到“工完、料尽、场地清”。21 石灰或者油漆在钢板上画线，禁止履带吊行走时超出预定区域。8.0.4 履带吊拆除安全措施1 牢固树立安全第一的思想，认识到安全生产的重要性，做到每天班前教育、班前检查。严格遵守施工现场六大纪律。2 拆除过程中，防后倾液压缸控制球阀必须处于工作位置。3 在收回钢丝绳时，设专人监护卷扬机，保证钢丝绳在卷扬机上不松散且排列整齐。4 进行快速插头的断开时，必须先消除液压系统中的所有压力（发动机完全停止后再等 5 分钟），断开时必须用手拧或使用专用工具拆卸。5 在后配重的拆卸过程中必须左右交替拆卸。6 臂架放落作业前对人员进行分工，设专人23、监护变幅卷扬机、臂架方向履带下方基础等重要部位的变化情况，设专人监护整机的平衡状况。7 在臂架放落中要动作平稳，尽量减少停机次数，尽量避免主变幅卷扬机有点动现象。8 在臂架放落过程中要设专人监护履带吊的整机平衡以及各变幅卷扬机，保持卷扬机上钢丝绳无松散现象。9 臂架放落过程中禁止进行回转动作。10 对拆除各零部件及电气部件作好标识与记录，并分类存放，以便于安装。8.0.5 悬挑结构卸载安全管理措施1 卸载时统一指挥，保证同步。2 卸载前仔细检查各支撑点的连接情况，让结构处于自由状态，不得有附加约束，特别要避免支撑与结构之间的固接。3 卸载前清理杂物，卸载过程中，结构面上下不得进行其它作业。4 24、卸载前作好各种安全措施，并检查好卸载装置729 9环保措施环保措施9.0.1 执行当地环保部门的有关规定，组织环境调查，掌握环境状态。9.0.2 合理安排作业时间，采用低噪音施工机械，减少噪音扰民。9.0.3 在焊接施工时，施工人员必须带好焊接手套、护目镜，在附近做好相关的维护措施以减少光污染的发生。对施工现场电焊条等包装纸、包装袋及时分类回收，减少环境污染。9.0.4 夜间灯具集中照射，避免灯光扰民。9.0.5 在施工现场设置垃圾桶和废弃物堆场，按标识分类堆放废弃物，并派专人负责，下雨时加盖。有毒有害类的废弃物不得与无毒无害类废弃物混放。9.0.6 施工中严格执行工完场清工作制度。1010效25、益分析效益分析10.0.1 经济效益有支撑悬伸推进法结合满堂支持施工法和无支撑悬伸推进法的优点，采用局部搭设支撑，安装完成后卸载形成悬挑结构，然后向前推进的形式，很大程度上提高了临时支撑的周转率，减少了至少 50%的临时支撑用量，节约了自然资源。采用有支撑悬伸推进法可以加快施工进度，节约工期，节省吊装机械设备的租赁费用和人工费，节约社会资源。10.0.2 社会效益采用有支撑悬伸推进法施工，可以提高临时支撑的周转率，较少临时支撑的使用量，节约自然资源。可以加快施工进度，节约工期，节省吊装机械设备的租赁费用和人工费，节约社会资源。为大悬挑结构施工提供保障，为类似工程提供有力的指导和参考，具有良好的26、社会效益。1111应用案例应用案例11.1 腾讯北京总部大楼工程腾讯北京总部大楼工程11.1.1 工程概况腾讯北京总部大楼项目主楼地下 3 层，地上 7 层，建筑高度 36.20m，巨型桁架分布于建筑外围，合围呈 180m180m 的正方形，立面悬挑桁架在切角部位合拢，三处悬挑，最大悬挑 81m，最小悬挑 41.5m，悬挑端部下弦距下部混凝土楼板约 17m，悬挑端部高度约 14m。11.1.2 实施情况腾讯北京总部大楼项目地上部分三处悬挑结构均使用悬伸推进法安装，安装过程使用 2 台 200t履带吊，1 台 T630 塔吊，1 台 S650 塔吊，1 台 D800 塔吊，其中巨型桁架部分均采用27、履带吊吊装，斜面钢梁、吊柱、角部桁架及楼层钢梁等结构采用塔吊吊装。施工时首先吊装落地段，形成稳定结构，然后使用悬伸推进法吊装悬挑段。安装时将巨型桁架安装分成若干推进单元，以推进单元为单位依次吊装。首先搭设临时支撑，安装巨型桁架悬伸段第一推进单元下三角型构件，形成稳定结构后，再安装上三角形构件，巨型桁架推进单位安装完成后，再依次安装内部对应区域斜面钢梁、吊柱、楼层钢梁和角部桁架。一个推进单元安装完成后，将临时支撑逐级卸载，转运至另一推进单元位置，同法安装该推进单元，直至整个切角位置主要受力构件安装完成后，拆除临时支撑，安装次结构。11.1.3 实施效果73本工程通过该工法的应用，减少了 60%的临时支撑用量，将临时支撑周转率提高至 90%，节约自然资源；同时可以加快施工进度，节约工期约 2 个月，节省吊装机械设备的租赁费用和人工费，节约社会资源。该技术的使用，为大悬挑结构施工提供保障，增强企业履约能力，为类似工程提供有力的指导和参考，具有良好的社会效益。经北京市住房和城乡建设委员会鉴定，该技术社会效益和经济效益显著，对类似工程具有较好的借鉴与推广作用，总体达到国内领先水平。