大跨度钢结构连廊高空散装施工技术

大跨度钢结构连廊高空散装施工技术

郑红周 1 刘世民 2 王永宁 3

中天西北建设投资集团有限公司 710065

[摘要] ：西安安科智造产业中心基地1#厂房A、B座之间高空钢结构连廊施工，通过方案对比分析，在连廊支座优化设计的基础上，采用单榀桁架地面拼装、整体吊装，附属构件高空散装的施工工艺组织施工，最大限度减少了施工难度，保证了施工质量，可供类似项目学习借鉴。

[关键词]：钢结构连廊；桁架；滑动球形支座；吊装

1 工程概况

西安安科智造产业中心基地1#厂房位于西安市高新区瞪羚一路与丈八西路十字西北角，框架剪力墙结构，总建筑面积24264.67m²。工程由A、B座两栋单体组成，平面呈“凹”字形，1#-A座地下2层，地上11层，建筑高度74.3m， 1#-B座地下2层，地上12层，建筑高度88.3m。-2层至1层为汽车车库，2层至12层为工业厂房及办公场所。

按照最初规划要求：在高度45.5m～53m位置设有联通A、B座的钢桁架连廊。连廊平面呈梯形，北侧宽度9.8m，位于B座7～8层，标高45.6m～53m之间；南侧宽度7.9m，位于A座8～9层，标高45.5m～51.98m之间，桁架高度6.98m，总跨度19.7m。连廊桁架采用Q345B级钢，总体用钢量419.5t。

2 施工重难点

1）原设计单位未明确该部位连廊的具体设计方案，要求施工总承包单位深化设计。同时，明确：设计之初，1#厂房A、B座当做两栋单体独立设计，结构抗震互不影响，新增钢结构连廊连接A、B座之后不应对两栋主体结构抗震产生不利影响。

2）单榀桁架重量大，最重的达构件28-30吨，吊装难度大，安全风险高；连廊位于两栋单体的之间，“凹”字形的外侧，A座单体外立面造型复杂，存在突出外立面的悬挑结构，增加了吊装难度。

3）施工现场场地非常狭小，且存在地下车库，车辆运输、材料堆放及吊车站位等要求项目必须提前策划，施工组织难度大。

4）安装高度高，连廊结构底标高为45.6米，高空吊装水平风荷载影响较大，对吊装、安装就位后临时结构的稳定性要求高。

3 方案比选

钢结构连廊施工一方面应满足施工质量安全要求，另一方面还需要考虑施工操作难易和施工成本，根据现场实际情况及相关文献^[1][2]参考，施工初期考虑以下3种方案。

3.1 整体吊装方案

总体思路：钢结构连廊构件在工厂加工制作、分段出厂，施工现场在与安装位置垂直的地面或地下室顶板上搭设胎架，现场地面拼装，完成整个钢结构连廊组装后采用液压提升系统提升，高空对接固定。

优势：①施工速度快，高空作业量最少，施工安全保证程度高。②液压提升设备占用空间小，不受现场施工场地影响。

不足：①B座37.85m位置存在4.4m的悬挑结构，现场不具备垂直提升条件，整体提升方案须考虑侧方位提升、整体平移方案，施工相对较为复杂。②车库顶板上拼装钢结构连廊，整体重量大于400t,顶板必须采取加固措施。③液压提升须提前预留预埋提升节点，且整个操作要由专业分包单位完成，经测算，整体提升成本较高。

3.2 分段自承式施工方案

总体思路：将桁架分段作为悬臂梁考虑，根据不同工况的计算结果从两侧主体结构开始顺次安装桁架梁，最后借助辅助桁架在跨中合拢，完成钢连廊组装。

优势：①无需搭设基础支撑胎架，施工成本较低。②高空作业量相对较小，不存在仰焊，施工质量容易保证。③施工效率高，工期相对较短。

不足：①结构合拢前桁架均按照悬臂构件考虑，不同工况下钢结构及原有主体结构均须设计复核，悬臂构件对原有结构柱影响大。②高空合拢对支座预埋精度及钢结构焊接变形精度控制要求高。

3.3 桁架吊装附属结构散装方案

总体思路：连廊构件在工厂加工制作、分段出厂，施工现场在临近场地地面组装单榀桁架，采用机械吊装至作业层，两侧桁架固定后，高空组装附属构件。

优势：①桁架结构整体地面成型，可不放置在车库上，无需回顶支撑。②桁架高空吊装就位自成体系，施工速度较快。③高空作业焊接量小，结构连接方便，结构质量有保证。

不足：①吊装机械起重量要求较大，运输、场地需要提前协调解决。②单榀桁架整体就位对预埋件精度及两榀桁架的相对距离精度要求较高。

根据现场实际情况，方案经过反复计算、论证及成本测算，最终确定采用方案3组织工程现场安装施工，借助单榀桁架本身的承载力满足后续施工要求。

4 施工流程及关键控制点

4.1 施工流程

现场主体封顶、幕墙施工基本完成后，组织连廊钢结构施工，拆除现场钢筋加工棚等加工区临时设备设施，硬化后形成拼装场地。采取工厂加工制作与预拼装控制、起拱控制、温度控制等综合控制技术，完成钢结构桁架连廊的整体拼装。其主要流程如下：

钢结构深化设计→工厂加工制作→厂内预拼装分段出厂→单榀桁架地面拼装→桁架吊装及安装→附属构件安装

4.2 关键控制点

4.2.1 钢结构深化设计

细部设计是钢结构深化设计的重要环节，本工程的深化设计除了要按照常规深化设计综合考虑运输、现场安装分段、吊装设备充分利用、制作、吊装、安装工艺因素等因素外，还须要着重解决异形结构单独抗震计算的问题。

1）支座优化：为了满足A、B座单体地震荷载作用下独立变形的要求，根据两栋主体结构的实际情况，考虑将原设计两端固定于框架柱位置的钢结构桁架，改为连廊与北侧主楼通过三层共计六个牛腿组成刚接节点，南侧分别在45.5m、51.98m标高处采用四个球形滑动支座连接搁置于钢筋混凝土悬挑平台上。为了使悬挑平台满足承载要求，将原有悬挑梁做加腋设计，具体做法。

经复核，安科智造产业中心基地1#厂房在增加优化钢结构连廊后，结构X/Y向主方向最大楼层位移角均为1/223rad，X/Y向次方向最大楼层位移角为1/3858rad，满足规范要求。

2）主次梁节点优化：钢连廊桁架与次梁连接节点已螺栓连接为主，连接点焊接于主梁，次梁吊装后方便连接。

4.2.2 起重机械选型及站位

考虑到本工程安装位置高的特点，通过方案分析、筛选，本工程拟选用三台汽车吊型号分别为350吨、130吨、75吨。350吨汽车吊承担桁架吊装的任务，130吨汽车吊承担次梁钢梁吊装任务，75吨汽车吊负责吊车装拆、桁架拼装与卸货等工作。

350t汽车吊自项目南侧入口驶入，沿场区道路行驶至正对连廊位置，吊车支腿展开后尺寸长度15m宽度7m，场地中心在桁架中心正西侧，距离东侧桁架垂直距离15.5m，距离车库外墙1.5mm，吊装时吊臂回转中心应靠近北侧，尽量对应桁架安装的中心位置。道路西侧钢筋加工区等拆除后作为桁架拼装场地，长度20m宽度7m。

4.2.3 桁架拼装及吊装就位

1）地面拼装：桁架拼装应按照图12顺序依次进行桁架弦杆定位拼接，直腹杆定位并临时固定，最后安装固定斜腹杆，校核整体尺寸，合格后焊接腹杆与弦杆的焊缝。

在施工前使用水准仪对安装场地进行超平，如有偏差需在对应位置做钢板调整或对地面进行打磨处理；在主梁放置后需再次使用水准仪进行检查，如有偏差需进行微调。桁架弦杆铺设20mm厚钢板，并在接缝处焊接固定。

2）吊装就位：采用350t吊车起钩后将桁架缓慢立起，然后在地面上静置10分钟观察桁架整体是否稳定，此时钢丝绳承受部分荷载辅助桁架保持直立。钢丝绳完全受力，桁架起吊200mm高度静置30分钟，观察桁架稳定性、汽车吊工作状态是否正常（如图13）。汽车吊将桁架吊运至安装位置，安装人员在北侧将牛腿与桁架螺栓连接后，缓慢落钩使南侧桁架端部准确落在滑动支座安装位置上，吊车减少30%荷载并保持。

3）临时固定：北侧六个牛腿的高强螺栓终拧后同时焊接北侧六个刚接节点的焊缝（如图15），桁架另一端与滑动球形支座焊接。为增加结构的稳定性，桁架在支座固定后立即安装南侧及跨中次钢梁，使之形成整体。

4.3 安全措施及其他注意事项

1）警戒措施：钢结构构件吊装、安装区域及附近坠落区须提前拉设警戒带，警戒带四周必须配备安全管理人员。

2）高空施工安全：高空作业人员在桁架上从事安装作业时，须满铺水平安全网，柱子之间拉设安全绳，作业人员随身携带工具包，防止零星材料掉落。

3）动火作业：钢结构桁架焊接作业必须携带接火盆等专用工具，同时现场配备充足的安全防护人员现场巡视。

4）支座超平：因钢结构连廊平面呈不规则形状，南北两侧存在高差，为保证钢结构准确连接，施工前必须对支座进行多次超平，确保刚接、滑动支座等连接位置节点平立面位置精准。

5 结语

西安安科智造产业中心基地1#厂房A、B座之间高空钢结构连廊施工，采用单榀桁架地面拼装、整体吊装，附属构件高空散装的施工工艺组织施工的施工工艺，施工工艺操作简单、快捷。施工借助桁架本身结构承载，减少了地上钢支撑体系加工和地下室加固钢管扣件租赁，施工质量好，成本费用低，值得类似项目学习借鉴。

参考文献：

2. 陈焕军,吴国成,蒋新山. 高空大跨度钢结构连廊整体吊装施工技术[J]. 中国高新技术企业, 2011，02：50-53.

3. 寿建军,汪洋等.某商业综合体大跨度钢结构连廊吊装技术[J].施工技术, 2013，42(14)：18-21.