屋面大跨度悬挑桁架无支撑施工技术探讨

屋面大跨度悬挑桁架无支撑施工技术探讨

刘宏准

广东钜能建设有限公司广东韶关512000

摘要：随着大型工程的不断增多，屋面超大悬挑结构的应用逐渐增多，为在施工方式、精度控制、变形控制等方面满足工程质量的要求，文章对屋面超大悬挑桁架的无支撑施工技术展开探讨，以期提高屋面工程质量与施工效率。

关键词：屋面；桁架；无支撑；施工技术

近几年间，建筑钢结构发展较为迅猛，越来越多的建筑开始由实用性向新颖与美感转变，因为桁架结构的稳定性，诸多建筑在追求独特外形时，也将其应用到建筑工程外形构造上，以期实现建筑外形的独特与美观[1]。不过，在屋面超大悬挑桁架施工技术应用中，因桁架的悬挑长度与重量较大，稳定度难以保障，增大而来施工难度。对此，下文以某工程案例为主，探讨了大跨度悬挑桁架无支撑施工技术。

1.工程概况

在某区域中，准备建设一用来开设国际会议的中心项目，为展现建筑的独特性与壮观度，屋面准备采用超大悬挑结构。据悉，该工程的外部轮廓为正方形，平面的尺寸为207*207m，屋面标高为58.3m，建筑结构采用的是钢框架支撑与正交主桁架结合的结构体系，其中，夹层采用了悬挑梁柱结构。在本工程中，屋面结构的悬挑桁架主要包含以下部分：桁架、桁架支撑、桁架次梁、屋面封边梁，其中，桁架悬挑的长度为25m，脚部的最大悬挑长度为36m，单榀桁架的最大质量在72t，整个结构的具体分布如图1（a、b）。在施工过程中，可依照结构形式，将屋面悬挑桁架分为以下部分：径向桁架与环向桁架的吊装，封边梁、桁架支撑与次梁等杆件的吊装。

图1（a）工程结构的立面效果图1（b）工程结构的平面效果

在本次工程中，屋面悬挑桁架的规格如下：上悬杆的最大规格为H600*400*20*30与H600*200*18*25，下悬杆的最大规格为H600*400*20*30与H600*300*18*25，腹杆的最大规格为H400*400*20*20与H300*300*20*20.

2.施工方案选择

方案1：缆风立柱支撑。该种方案的施工，缆风绳的支撑立柱选择的是屋面层的焊接型钢柱或者临边桁架。屋面悬挑桁架吊装时，选择300t的履带起重机、塔式起重机，在单元根本连接时，可选择8块码板临时焊接，在支撑立柱背面、屋面层桁架之间，可在径向桁架的端头设置两道缆风绳，对桁架单元临时固定，完成后吊装设备可直接松钩。之后，采用倒链调节桁架仰角与平面位置，对位置与角度进行测试，完毕后对径向桁架、屋面临边桁架的焊接[2]。在屋面悬挑桁架施工中，因其由每侧结构的中央向两侧延伸，在悬挑桁架吊装时，可先行对径向桁架吊装，后对相邻二榀的径向桁架进行吊装，之后嵌入环向桁架，最后嵌入桁架次梁与支撑，屋面悬挑桁架合龙之后，悬挑桁架无支撑施工完毕。

在该工程方案中，缆风绳立柱支撑主要包含两种类型：角部立柱支撑与其余位置立柱支撑。其中，前者施工中，为保障支撑的作用，应在支撑顶部设置4道缆风绳，对此，选择H500*500*30*30的钢管规格为佳。后者施工中，需要在支撑顶部的径向桁架设置2道缆风绳，选择H500*500*20*30的钢管为宜。两种类型的支撑高度等同，均为4500mm。

方案2：高空原位无支撑。在本次悬挑桁架施工中，若采用高空原位无支撑施工技术，可选择承重为300t的履带式或塔式起重机作为吊装主要机械，在吊装过程中，以钢丝绳与倒链将钳补腹杆在径向桁架上固定，与径向桁架同时吊装到相应位置。在单元根部连接时，以4块码板进行临时焊接，并选择倒链对桁架标高进行调整，以2道缆风绳对桁架的平面位置进行调整，并展开焊接工作，焊接工作完成后，吊装设备松钩。因为，在本次工程施工中，悬挑桁架的每侧结构都是由中央向两边延伸，吊装时应先行吊装径向桁架，后吊装与其相邻的二榀径向桁架，后以环向桁架嵌补，最后，将桁架次梁与支撑嵌入其中，直至桁架合龙。

通过将两种方案进行对比，最终得出：在立柱材料应用方面，方案一所用立柱材料高于方案二169t，且施工工期长于方案二。对此，以工期长短、材料成本投入等方面来看，选择方案二更佳。

3.屋面大跨度悬挑桁架无支撑施工技术

3.1屋面大跨度悬挑桁架分段分节

在屋面大悬挑桁架施工中，为保障构件的有效运输，并将桁架进行分段分节；为避免分段分节增大施工困难度，应严格依照桁架的结构特点、吊装设备的起重水平、施工现场的道路承重、构件拼装场地的布置等，将悬挑桁架的吊装单元进行分段分节[3]。

在本次工程中，单榀的径向桁架是片式的三角桁架，桁架的上弦杆长为25.2m，下弦杆长为26.4m，上下弦最高为6.8m。对于桁架上下弦杆，应进行分段，并设置腹杆拼装牛腿，运输至现场后，现场拼接。

在上下弦杆分段分节中，应遵循以下原则：其一，上下弦杆应留设肤感牛腿，若腹杆长度超过1500mm，则牛腿长度应设置在500mm；若腹杆长度在500mm-1500mm之间，则腹杆牛腿长度不应大于500mm。

单榀环向桁架是片式的矩形桁架，桁架的上下弦杆约长8m，高4.44m与2.59m。在对桁架的上下弦杆分段与腹杆牛腿留设时，应遵循以下原则：上下弦杆应为一段，依照设计图，桁架次梁、支撑和径向与环向桁架的连接点，判断是否需要设置次梁与支撑牛腿，若需要设定支撑牛腿，则牛腿长度应保持在500mm。当桁架的上下弦杆设置相应次梁与牛腿后，应在牛腿的圆管处设置陈点半，并将两者点焊固定。分段完毕后，在施工现场将整榀桁架拼装起来，并采用起重机完成吊装工作。

在桁架的次梁与支撑构件进行分段时，应遵循以下原则：其一，环向桁架之间的桁架次梁应为1段，因为，桁架支撑和次梁相连，所以，在桁架支撑和环向桁架间，桁架次梁不能分段。其二，依照桁架次梁与支撑装设的先后顺序，在次梁装设完毕后，方可装设桁架支撑。对此，桁架次梁、径向桁架间的支撑不分段。

3.2屋面大跨度悬挑桁架无支撑施工技术

在悬挑桁架拼装时，工作人员应依照工厂分段，直接将运输到施工现场的构件拼装起来，选择适当的起重机，在地面将径向与环向桁架整榀拼装，完成拼装工作后，可进行整体吊装。在径向桁架安装过程中，可直接采用起重机将已经拼装完毕的径向以桁架吊装在合理位置。

在桁架吊装前，应在拼装完毕的上弦处以4块码板临时焊接，并以钢丝绳、倒链将根部所嵌补的腹杆连接在需要吊装的桁架上，以此保障桁架的整体性，有效避免桁架在吊装过程松散，影响工程顺利进行。在桁架吊装至适当位置之后，应以2道缆风绳挂在桁架端部，以此调整桁架的平面位置，同时，采用20t的倒链调整桁架标高，并对桁架的位置、标高等进行检测，检测无误后将桁架焊接起来，检查焊接质量，无误后吊机松钩。在每榀桁架装设完毕，工作人员都要对桁架标高展开测量，并做好记录工作，通过对记录数据的比较，掌握桁架变形程度。因为，在随着桁架安装的榀数不断增多，桁架荷载将不断增大并出现沉降现象，因此，严格依照设计需求，在安装中做好起拱作业，保障桁架沉降完毕后与设计位置相符。

在二榀径向桁架吊装至适当位置后，应由内向外装设环向桁架，并将桁架次梁与支撑嵌补进适当位置。

3.3悬挑桁架无支撑施工技术注意事项

在屋面大跨度悬挑桁架施工中，工作人员应严格以受力特点、运输要求等进行分段，保障分段的科学性与合理性，在节点深化时，工作人员应对复杂节点展开设计并优化节点定位，使复杂节点尽可能在工厂完成焊接工作，减轻现场拼装与焊接的工作难度与工作量，提高施工效率与质量。同时，相关人员应以结构的受力特点，对悬挑桁架的吊装顺序进行优化，由每侧结构的中心向两侧延伸，先以径向桁架展开吊装，后装设与其相邻的两榀桁架环向桁架，之后可直接将桁架支撑、次梁等嵌补其中，以此步骤展开吊装作业直至合龙，保障整个施工过程的受力合理。为保障构件的安全、高效运输，在桁架分段时，应将其宽度控制在3m内，上下弦杆控制在3段之内，并且，在分段过程中，节点应尽量避开桁架与杆件的交接处。

3.4悬挑桁架施工的优缺点

在悬挑桁架施工中，因其采用的是无支撑安装，桁架的平面位置、角度、标高调节时，选择的是缆风绳、倒链帮助调解，具有方式简单，操作性强等优势[4]。虽然，在桁架安装中，无支撑施工相比有支撑施工的用时较长，但是，总体来讲，无支撑施工技术的应用，工期仍缩短。另外，在本工程施工中，屋面四周全部为大跨度悬挑桁架，且桁架吊装高度较大，选择无支撑施工，将减少措施投入量与材料施工量，有效节约成本。

不过，悬挑桁架的无支撑施工也存在一定缺陷，首先，选择无支撑方式进行高空施工，设备使用工效降低，危险程度较高，一旦在施工阶段出现失误，极易为施工人员带来威胁。

4.总结

总而言之，在屋面大悬挑桁架施工中，相比于普通屋面施工，其的施工难度更大，对安全性要求更高，一旦出现疏忽，极易影响整个工程的顺利进行。对此，在大悬挑桁架施工中，施工人员应重视吊装设备的科学选择，重视桁架安装的主要工序，并严格遵守桁架装设的注意事项，装设过程做好测量工作，保障整个悬挑桁架施工的质量，推动工程的顺利进行。

参考文献：

[1]陈凯，王坚，皮淑萍.大跨度悬挑桁架施工技术[J].安徽建筑，2017（5）：121-126.

[2]罗艺，陈鹏，郑志辉，等.大跨度悬挑管桁架结构施工技术[J].施工技术，2018（11）：144-145.

[3]潘征城.大跨度悬挑桁架吊装施工技术[J].福建建设科技，2016（4）：57-59.

[4]何召飞，郭立辉，孙冰.屋面超大悬挑桁架无支撑施工技术[J].施工技术，2019（6）：23-23