1、485积积木木型型超超长长立立面面交交错错悬悬挑挑钢钢结结构构施施工工工工法法1 1前前言言随着超高层建筑越来越普遍地采用钢结构，钢结构超高层的设计理念也不断创新，建筑造型越来越时尚、艺术化，大跨度网格结构、悬索结构、网壳结构、超长悬挑钢结构在大型钢结构建筑中越来越广泛的应用。设计创新的同时，也为现场施工带来了新的挑战。质量，形成了积木型超长立面交错悬挑钢结构安装综合施工技术。XX有限公司南方公司承建的佛山市公共文化中心之坊塔项目，由 5 个斜交网格立面钢结构方体交错叠加组成，存在大跨度悬挑，其中方体 4 最大悬挑跨度达到 9.5 米，施工难度大。为保障项目履约，项目通过优化安装工艺流程，通过2、将斜交网格分解成具有良好刚度和便于安装的 E型、F 型吊装单元分段吊装，优化悬挑结构安装顺序，在工厂对悬挑构件预起拱，利用midas 三维模拟验算等技术措施，配合高效的现场管理，有效的提高了大跨度立面悬挑结构安装2016 年广东省科技厅组织对“积木型大跨度立面悬挑结构施工技术”进行了科技成果鉴定，专家一致认为该技术整体达到国内领先水平。2 2工工法法特特点点2.0.1 优化结构施工工艺，让方体核心筒及非悬挑构件提前进入受力状态，承受部分荷载，有效减小悬挑部位传递给支撑胎架的荷载，避免对原有基座下部结构钢梁进行局部加强处理，实现了技术创效。2.0.2 有效减小悬挑结构因自身应力、施工荷载和使用荷3、载产应的下扰变形，并对结构的整体稳定性有所加强，满足了 TC7052 塔吊在悬挑结构处附墙的受力要求，变性控制良好。2.0.3 将斜交网格分为 E 型、F 型吊装单元，并通过合理的吊点设置和安装焊接顺序，辅助于精心研究计算，减少了临时措施的使用，确保结构的安装精度，减小了焊接变形。3 3适适用用范范围围本工法适用于一般公用和民用钢结构工程，特别适用于立面悬挑、超长立面交错钢结构工程的安装。4 4工工艺艺原原理理4.0.1 立面悬挑结构施工超长立面交错悬挑结构施工工艺原理分为结构自身分摊部分荷载和有效控制自身应力两个部分。（1）结构自身分摊部分荷载：主体结构提前进入受力状态，承受部分荷载，大大减4、少了悬挑部位传递给支撑胎架的荷载，减小了胎架及胎架基座的受力，经过 midas 模拟计算，胎架基座下部原有结构就能满足受力，避免了对原有结构钢梁进行加强处理。（2）有效控制自身应力：有效减小了悬挑结构因自身应力、施工荷载和使用荷载产应的下扰变形，经过全站仪监测，最大下扰变形仅 28mm，并对结构的整体稳定性有所加强，满足了TC7052 塔吊在悬挑结构处附墙的受力要求，变形控制良好。4864.0.2 斜交网格立面分段安装在确保进度与安全的前提下，对错位叠加的斜交网格进行合理的分段安装。将外立面斜交网格钢框分解成 E 型，F 型等形状吊装单元，吊装单元分为主杆和次杆运输至施工现场，然后现场拼装成 5、E 型，F 型等形状进行吊装。在主杆背部留置对接牛腿，方便吊装单元就位安装。其吊装单元划分与形式如下图所示。图 4.2-1 吊装单元划分示意图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斜交网格立面大跨度悬挑结构施工工艺流程如图 5.1-1图 5.1-1 斜交网格立面大跨度悬挑结构施工工艺流程图5.2 操作要点操作要点5.2.1 悬挑结构施工模拟利用 midas 对方体 4 悬挑结构安装进行施工模拟分析，计算出悬挑部位构件的应力情况和最大扰度，悬挑面底标高根据计算结果适当高于设计标高，悬挑钢梁在工厂进行预起拱处理。487表 5.2.1-1 方体 4 施工模6、拟分析表步骤一最大X向变形（Max=-4.9mm）最大Y向变形（Max=-7.3mm）最大Z向变形（Max=-22.6mm）步骤二最大X向变形（Max=-4.8mm）最大Y向变形（Max=-7.2mm）最大Z向变形（Max=-22.6mm）步骤三最大X向变形（Max=-4.8mm）最大Y向变形（Max=-7.1mm）最大Z向变形（Max=-22.6mm）步骤四最大X向变形（Max=-4.8mm）最大Y向变形（Max=-6.9mm）最大Z向变形（Max=-22.6mm）步骤五488最大X向变形（Max=-4.8mm）最大Y向变形（Max=-7.0mm）最大Z向变形（Max=-25.4mm）步骤六7、最大X向变形（Max=-4.9mm）最大Y向变形（Max=-6.7mm）最大Z向变形（Max=-25.4mm）步骤七最大X向变形（Max=-5.0mm）最大Y向变形（Max=-5.7mm）最大Z向变形（Max=-25.4mm）步骤八最大X向变形（Max=-5.0mm）最大Y向变形（Max=-5.9mm）最大Z向变形（Max=-25.4mm）步骤九489最大X向变形（Max=-5.0mm）最大Y向变形（Max=-7.4mm）最大Z向变形（Max=-25.4mm）步骤十：胎架及葫芦卸载最大X向变形（Max=5.2mm）最大Y向变形（Max=15.0mm）最大Z向变形（Max=-25.4mm）步骤十8、一：楼板浇注最大X向变形（Max=-5.2mm）最大Y向变形（Max=21.4mm）最大Z向变形（Max=-25.3mm）5.2.2 斜交网格钢结构外框安装要点1 斜交网格立面大跨度悬挑结构施工流程，如图 5.2.1-1。490图 5.2.2-1 斜交网格立面大跨度悬挑结构施工工艺流程图2 钢结构分段与工厂预制加工根据施工图将外立面斜交网格外框划分为 E 型、F 型等吊装单元，吊装单元分主次杆，由工厂进行加工预拼装。在主杆背部留置对接牛腿，方便吊装单元就位安装。钢构件吊点的设置要考虑吊装简便，稳定可靠，如表 5.2.2-1。外框斜交网格钢结构为斜钢构件；钢柱为垂直结构。垂直结构采用钢柱上端连接9、耳板作为吊点，为穿卡环方便，在深化设计时，就将连接耳板最上端的一个螺栓孔的孔径加大，作为吊装孔。斜钢构件在柱身一侧设置两个吊耳，采用两吊点吊装。钢梁吊装翼缘上设置吊装耳板两种形式，均设置两个吊点。临时连接采用双夹板自平衡技术，钢构件上每块连接耳板采用双连接板进行固定，每块连接耳板上设置 3 个螺栓。表 5.2.2-1 不同构件吊点设置表“F”型构件吊点设置“T”型构件吊点设置箱型柱吊点设置“日”字型柱吊点设置为控制斜交网格钢外框的安装质量，保证构件在现场顺利安装，在出厂前进行整体或分段分层临时性组装，对加工误差及时矫正，避免施工现场出现因构件尺寸问题无法安装，或过多的采用加宽、缩小焊缝来调节尺10、寸误差。3 吊装单元现场拼装吊装将吊装单元主杆和次杆运输至施工现场，然后现场拼装成 E 型，F 型等吊装单元进行吊装。现场先拼装主杆件，主杆件定位后，连接次杆件，再进行校正焊接，最后单元验收。现场拼装采用端点地面投影，吊线锤定位控制的工艺，确保了拼装的精度和效率。通过建立精确的三维模型，采用稳固的胎架体系，全过程数据的监测，合理的焊接工艺和顺序，以及矫正措施，共同确保吊装单元的高空安装精度。钢柱吊装前在钢柱一侧设置钢爬梯，作为施工人员到达柱顶操作平台的垂直通道，在钢柱连接板下端孔上设置一圆管，钢爬梯挂设在圆钢管上，便于设置。钢柱吊装就位后，在钢柱顶部设491置可装配式操作架。操作架使用完毕后拆11、解至地面，循环使用。如钢柱有牛腿设置支架在牛腿上，支撑架与钢柱螺栓连接；如无牛腿，在钢柱上焊接小连接板，每根钢柱配制四个支撑架。图 5.2.2-3 钢柱吊装施工3 钢构件现场焊接构件焊接变形是影响整体平整度的关键因素，为了保证方体斜交外框整体的平整度，按照以下焊接顺序，如图 5.2.2-4：X 节点采用对称焊焊接转角 X 型节点下部支腿与斜交外框构件间的焊缝，焊接完成后进行复测，通过焊缝 2 调整转角 X 型节点标高及定位后焊接焊缝 2，焊接完成后进行复测，再通过焊缝 3 焊缝 4 进行微调后焊接焊缝 3 与焊缝 4；顶层环梁，焊接环梁与斜交外框构件之间的焊缝 5，控制环梁安装完成后的平整度，12、同时约束外框安装变形，控制立面平整度；最后焊接后装斜交外框与下部稳定结构之间的焊缝 6。图 5.2.2-4 斜交网格立面焊接施工针对斜交外框箱型柱，采用每个对接口两人同时对称焊的焊接方法，先同时焊接长方向，然492后同时焊接短方向，如图图 5.2.2-5。图 5.2.2-5 斜交外框箱型柱焊接方法4 钢构件现场矫正钢柱、钢节点校正需要采用钢柱错位调节措施进行校正，主要工具包括调整固定托架和千斤顶、倒链，如表 5.2.2-2。表 5.2.2-2 千斤顶校正三维模型校正千斤顶钢柱校正千斤顶现场精确校正5.2.3 方体悬挑端斜交网格钢外框安装要点1 悬挑端临时支撑胎架设计与安装方体 4 东面和西面悬13、挑部分底部圈梁安装支撑胎架，设置在方体 7 顶部钢网架和方体 9 屋面板上，如图 5.2.2-1，设置缆风绳固定。胎架采用21910 钢管搭设，通过计算，选用轴线尺寸为 4000mm2000mm，搭设高度为 33.6m，与方体高度一致，如图 5.2.3-2。胎架基座设置在方体7和方体9上，采用H7003001324 H 型钢井字形基座，如图5.2.3-3；为不影响屋面混凝土板施工，基座通过预埋件与下部方体连接，如图 5.2.3-4，埋件板和锚板厚度均为 26mm，尺寸为 600梁宽；通过直角焊接进行连接，预埋件与结构梁焊脚高度为 10mm，基座大梁与埋件板焊脚高度为 12mm。图 5.2.3-14、1 胎架平面布置示意图图 5.2.3-2 胎架立面布置示意图493图 5.2.3-3 胎架基座大梁示意图图 5.2.3-4 预埋件大样图为减小方体 7 网架结构应力和变形对胎架影响，在箱型钢梁十字交差节点下部采用HW200X200X8X12 工字钢回顶，如图 5.2.3-5。工字钢立于方体 7 的 28.3m 屋面结构上，底部垫设 HA400X400X8X18 支撑钢梁及 12mm 厚钢板，钢梁长 6500mm，横跨 3 根主结构钢梁上。图 5.2.3-5 回顶平面示意图3 西南角、东南角外框钢结构安装在下部方体屋面转换桁架上安装西南角、东南角非悬挑端斜交外框立面构件，如图 5.2.3-6。图15、 5.2.3-6 非悬挑端斜交网格钢外框吊装施工4 北侧悬挑端底部圈梁和斜交网格外框安装494北侧悬挑结构底部圈梁安装，悬挑部分从角部开始安装外框构件，同时继续从西南角、东南角安装非悬挑部分斜交外框。图 5.2.3-7 北侧悬挑结构底部圈梁施工图 5.2.3-8 非悬挑部分斜交外框安装5 东西两面悬挑端与非悬挑端安装在塔吊吊装范围内，将南面外框安装完毕，同时东面及西面外框由非悬挑段向悬挑段成三角型完成外框构件安装，在北侧悬挑圈梁下增加胎架来抵消、限制北侧悬挑圈梁的下挠。图 5.2.3-9 非悬挑端和悬挑端通过外框连接成稳定三角形6塔吊附着顶升及顶部外框圈梁安装继续安装东面及北面外框构件，并考虑16、 TC7052 塔吊在方体 4 底部圈梁进行附着，施加塔吊荷载。图 5.2.3-10 东面北面外框构件安装TC7052 塔吊附着顶升后，进行南面、东面、西面顶部外框及圈梁构件安装，以及北面外框构件安装。495图 5.2.3-11 东西南面顶部外框及圈梁构件安装北面外框顶部圈梁安装及剩余楼层梁安装，完成方体 4 结构安装。图 5.2.3-12 北面顶部外框及圈梁构件安装7 胎架卸载及楼板浇筑采用液力无级加、卸载同步测力装备对胎架进行卸载拆除，该装备的主体是在特设单向动力油缸上加装单向阀、可调单向节流、放气、截止阀、油压表开关与油压表等共同组合而成，能够使结构负载的增加和胎架负载的减少做到缓慢平滑17、无级等量，平衡同步。胎架卸载完成后，浇筑方体 4 中楼板混凝土，完成方体 4 悬挑结构的安装施工。6 6材料与设备材料与设备表 6-1 机具设备表序号序号材料材料/设备名称设备名称材料材料/设备型号设备型号单位单位数量数量用途用途1汽车吊AR2000M200t台1钢构件卸货2塔吊TC7052台1钢构件吊装3塔吊TC7525台1钢构件吊装4手拉葫芦个4牵引装置5CO2 焊机台15钢构件焊接6全站仪托普康GTS-601/OP台2测量定位7皮尺米50测量放线7 7质量控制质量控制7.0.1 施工前对管理人员、操作人员进行质量安全技术交底，对吊装钢丝绳、锁具进行检查。7.0.2 采用全站仪精确定位构18、件安装精度，构件校正时应对轴线、垂直度、标高、焊缝间隙等因素进行综合考虑，全面兼顾，每个分项的偏差值都要符合设计及规范要求。7.0.3 斜交网格划分吊装单元加工后，应对照设计图纸进行尺寸验收复核，防止出现施工偏差。7.0.4 斜交网格和悬挑构件焊接后用千斤顶试顶，观察装置与钢构件焊接部位有无变形，确保焊接质量及施工安全。7.0.5 钢构件安装过程中应严格履行 钢结构工程施工规范、钢结构工程施工质量验收规范496安装工程中内容。7.0.6 钢构件焊接应严格履行钢结构焊接规范中的相关规定，无错边、焊瘤、咬边、飞溅物、电弧擦伤、夹渣等缺陷且探伤合格率达 100%。8 8安全措施安全措施8.0.1 进19、入施工现场必须戴好安全帽，2m 以上高空作业必须佩带安全带，钢构件或作业平台上设置可靠的安全带挂设点。8.0.2 所有电动设备应安装漏电保护开关，施工用的电源线必须是胶皮电缆线，四周应接地良好，严格遵守安全用电操作规程。8.0.3 吊装时应架设风速仪，风力超过 6 级或雷雨浓雾天气时应禁止吊装，夜间吊装必须保证足够的照明，构件不得悬空过夜。8.0.4 氧气、乙炔、油漆等易爆、易燃物品，应妥善保管，分类堆放，严禁在明火附近作业，严禁吸烟，焊接操作平台上应作好防火措施，防止火花飞溅。8.0.5 吊钩要求具有防跳绳装置，无排绳打搅现象。构件吊点应牢固，无滑落现象。起钩由地面人员指挥，吊车司机应仅听从20、地面的专职人员指令。起钩速度应缓慢，施工人员不得站在构件上。8.0.6 落钩前应明确位置，摆正构件，避免无目的随意摆放。落钩要缓慢，经充分落钩钢丝绳不受力才能靠近取钢丝绳。钢丝绳退出时不允许使用吊钩直接拉动避免钢绳弹出伤人。8.0.7 构件起吊时必须平稳，不得使构件在地面上有拖拉现象，离地后立即停留一分钟；回转时，需要有一定的高度。起钩、旋转、移动三个动作交替缓慢进行，就位时缓慢下落，防止构件大幅度摆动和震荡，构件定位后应及时将构件间连接板之间点焊牢固。9 9环保措施环保措施9.0.1 施工现场的强噪音机械如：砂轮机、空压机等，施工作业尽量放在封闭的机械棚内或白天施工，房屋内设隔音板，使其与外21、界隔离，最大限度的降低噪音。9.0.2 选用低噪声的机械设备和施工工艺，对噪声超标造成环境污染的机械施工，其作业时间限制在 7：00 至 12：00 和 14：00 至 22：00 之内。9.0.3 施工场地布局要合理，尽量减少施工对居民生活的影响，减少噪声强度和敏感点受噪声干扰时间。1010效益分析效益分析10.0.1 经济效益积木型超长立面交错悬挑钢结构施工工法，减小了悬挑部位传递给支撑胎架的荷载，节省了现场所需胎架的数量，并减少胎架基座的受力。经过 midas 模拟计算，胎架基座下部原有结构就能满足受力，节省了对原有屋面结构进行加固的费用。经过测量监测，悬挑端最大下扰变形仅28mm，远小22、于类似工程的 300mm 的变形，节省了相关调校费用。同时，由于悬挑结构底部混凝土楼板的提前插入施工，满足了塔吊 TC7052 在悬挑部位的附墙需求，节省了需要在塔吊附墙层悬挑架构增加平面斜撑钢梁加固的费用。综合节约经济成本约 120.6 万元。10.0.2 社会效益通过本工法实施，项目部确保了外立面斜交网格的精准安装，提高了方体整体悬挑端施工的质量和安全性，降低了施工成本，提高了施工效率，得到业主和监理的一致好评。4971111应用实例应用实例11.1 应用实例应用实例 1佛山市公共文化中心之坊塔项目佛山市公共文化中心之坊塔项目11.1.1 工程概况佛山市公共文化中心之坊塔项目，位于佛山市东23、平新城，总占地面积 4.3 万 m2，总建筑面积7 万 m2，建筑高度 153.6m，地下 3 层，地上 17 层。图 11.1.1-1 项目效果图11.1.2 实施情况本工程由 17 层的坊塔主塔楼、5 层坊城戏剧院、5 层城市规划展馆三部分组成，主塔楼由 9个方体构成，采用斜交网格钢外框+钢支撑核心筒的双重抗侧力结构体系；通过斜交网格立面大跨度悬挑结构施工技术应用，方体斜交网格立面悬挑结构精确安装，控制了悬挑结构下扰变形，提高了方体整体悬挑端施工的质量和安全性，降低了施工成本，提高了施工效率。图 11.1.2 方体非悬挑、悬挑钢结构外框安装图 11.1.2-3 临时支撑胎架拆除图 11.1.2-4方体斜交钢外框安装完成11.1.3 实施效果498图 11.1.3 项目实景