广东省徐闻县建筑工程公司 广东徐闻 524100
摘要：高层建筑的构架体系极具复杂性，而大跨度悬挑钢结构是在工程项目中应用较为广泛的一项技术，大悬挑钢结构以其自身的优势，为建设高层建筑拓宽了社会空间，而且也保证了高层建筑施工的高效施行。本文结合工程实例，分析了高层建筑大跨度悬挑钢结构施工要点与吊装方案，结合模拟施工而得出钢结构安装的工艺状况并对其施工阶段进行监测及结果分析对比。
关键词：高层建筑；大跨度悬挑钢结构；施工
前言
随着我国经济的高速发展，高层建筑设计正日益向综合型多用途发展，为满足各类高层建筑的功能和城市美观的要求，高层建筑结构体型也进一步向着高度更高、体型更复杂、功能综合性更强的方向发展，这无疑是一项新颖的构架类型，带来偏多的新颖感的同时，也增添了原有的施工疑难。为了迎合高层建筑的建设，就需要在理论上剖析高层建筑大跨度悬挑钢结构施工，并结合实际对施工结果进行分析研究，为此类大跨度悬挑结构的施工提供了一定的参考。
1 工程概况
某大楼由6栋塔楼及1个整体3层地下室大底盘组成。其中A楼西北角的15层（标高+60.70m）至屋面（标高+71.50m）共3层因建筑立面造型需要采用高位直角悬挑。
结构设计采用H型钢梁和箱形钢柱组成高位多层大悬挑钢结构体系，悬挑长度11.525m，平面形状呈直角等腰三角形，并通过增加斜拉式预应力钢拉杆的方式来改善结构的受力状态，从而增加刚度、减小变形（图1）。拉杆采用UU型建筑用高强度不锈钢拉杆，钢拉杆规格为φ100mm，强度级别为1030MPa。
图1 大悬挑钢结构剖面
2 结构施工要点
（1）本工程A楼为钢筋混凝土框架核心筒与钢框架、劲性钢骨柱混合结构，西北角的15层至屋面共3层因建筑立面造型需要而采用高空多层大悬挑钢结构，其悬挑固定端为塔楼主体劲性混凝土结构，悬挑端为由钢柱、钢梁、预应力钢拉杆等组成的空间框架体系，具有安装高度高、悬挑长度长、构件自重大等特点。
（2）大悬挑钢结构的高空吊装需结合现场施工条件，综合考虑结构体系的特点、工程施工总流程、各个阶段的施工工况、可操作性以及施工安全风险、质量、工期等各种因素，因此选择安全可靠、经济合理并有可操作性的吊装方案、确定合理的吊装流程是本工程的重点和难点。
（3）预应力钢拉杆的施工是整个大悬挑钢结构安装施工中的重、难点，预应力钢拉杆施工技术要求高、难度大，其安装与张拉的质量对大悬挑钢结构工程至关重要。
（4）大悬挑钢结构悬挑长度长、悬挑结构自身质量大，结构自重作用导致的结构变形将影响整个悬挑结构的受力、拼装精度和结构安全性，是大悬挑钢结构的施工质量控制要点。因此，如何充分考虑结构变形问题、控制施工过程变形、稳定性、挠度变化是施工的重点和难点。
（5）在大悬挑钢结构施工过程中，要进行钢结构构件的吊装、高空安装与焊接等工作，同时穿插钢筋桁架楼承板、混凝土等工序，涉及到楼层临边防护及水平防护等综合防护措施，施工安全风险大，如何保证施工过程中的安全是本工程的重点之一。
3 结构吊装方案选择
大悬挑钢结构悬挑长度长、单件质量大、构件尺寸大，最大吊装高度达到71.500m，且受现场施工条件制约，吊装工艺复杂，吊装方案的优劣直接影响到整个大悬挑钢结构工程的质量、安全和工期。因此，选择一种安全稳妥、技术可靠、经济适用的吊装方案就显得尤为重要。
根据现场实际情况，对设置落地式满堂扣件式钢管脚手架、大吨位长臂起重机械直接吊装、设置临时支撑胎架以及利用塔吊进行高空散装等吊装方案从技术可行性、经济合理性、安全可靠性、工期等方面进行对比分析，4种方案优（缺）点如下：
（1）搭设落地式满堂扣件式钢管脚手架：搭设工艺熟悉；施工经验丰富；一次性投入架体材料用量大；搭设速度慢，施工周期长；架体超高，高宽比超限，整体稳定性难以保证，施工安全风险极大。故不采用。
（2）采用大吨位长臂起重机械直接吊装：适用性强；对起重机械性能要求高，需采用500t级以上汽车吊；机械台班费用高，经济性差；大型汽车吊拼装施工效率低，租赁时间较长；现场施工操作面窄小，机械停放位置受影响较大。故不采用。
（3）设置临时支撑胎架：传力明确，受力合理；杆件定型、现场拼装；杆件可反复使用，造价低，经济性好；施工便捷，实施可行；同时需采用塔吊或汽车吊配合吊装钢构件，增加造价。故不采用。
（4）利用塔吊进行高空散装：适用范围较广；技术难度较大，安全防护难；不受施工操作面限制；结合土建工程选用塔吊，利用率高；高空散装，工艺简捷，施工速度快。故可采用。
经对上述4种方案并兼顾土建施工需求进行分析比较，最终确定利用塔吊进行高空散装的吊装方案。综合考虑场地条件、钢构件质量、吊装质量、工期等多种因素并结合塔吊的工作性能，选用1台TC7035B型塔吊作为高空散装的吊装设备，该塔吊臂长70m，最大起重质量为16t，最小起重质量为3.5t。
4 施工模拟分析
4.1 三维施工模型建立
为验证钢结构吊装方案的可行性，分析提取吊装施工全过程中结构的内力变化情况，采用专业设计软件建立大悬挑钢结构施工模拟分析模型（图2），模拟分析施工过程中各楼层钢构件安装就位后的各种工况，并分析在各种工况下加载过程中的钢构件、钢拉杆的受力、变形状态。同时结合吊装机械工作性能对钢构件进行合理的分段，保证分段后的质量都在吊装机械的工作能力范围内。
4.2 施工仿真模拟
依据大悬挑钢结构吊装施工方案，整个施工安装过程仿真模拟分析分为6个施工步骤。第1步为完成塔楼主体结构工程，第2步为完成大悬挑钢结构首层（15层）钢梁安装，第3步为完成大悬挑钢结构钢拉杆安装，第4步为完成大悬挑钢结构16层结构安装，第5步为完成大悬挑钢结构17层结构安装，第6步为完成大悬挑钢结构屋面顶层安装。
通过以上施工仿真模拟分析，得出大跨度悬挑钢结构在安装、张拉等过程中钢构件、钢拉杆的内力、变形等分析结果，表明吊装全过程中大跨度悬挑钢结构变形较为平稳，未出现异常变形及应力突变，证明吊装方案是可行的。同时提取钢拉杆在各个施工过程中的杆件内力，为后续钢拉杆张拉施工提供依据。
图4 钢拉杆平面布置
不锈钢拉杆安装就位工艺如下：
（1）将不锈钢拉杆杆体及U形接头、调节套筒等组件依次组装，应将调节套筒调节到适当位置。
（2）现场测量不锈钢拉杆安装节点间的长度即塔楼主体结构固定端与钢结构悬挑端部销轴孔中心的距离L，确定不锈钢拉杆初始安装长度。
（3）采用塔吊进行配合吊装，吊装时采用软吊索在钢拉杆两端及中部进行捆绑，避免损伤杆体表面防腐层。
（4）将组装好的不锈钢拉杆吊装于相应的安装位置，穿入销钉，拧紧盖板。
（5）依次对称安装各悬挑主钢梁两侧钢拉杆，分别就位后，采用专用扳手旋转调节套筒，使4根钢拉杆的松紧度均达到适宜。
5.2.3 16层～屋面顶层钢结构安装
16层～屋面顶层钢结构主要构件为箱型柱和H型钢梁，利用塔式起重机按照先柱后梁的顺序进行逐层吊装。每层钢结构安装时，先安装角部钢柱，并及时连接与之相连的悬挑主钢梁，使安装的构件形成空间结构稳定体系后，再安装次钢梁。
5.2.4 吊装完毕后进行初检
吊装完毕后进行初检，并在进行垂直度、轴线、标高的调整后及时拆除手拉葫芦和临时型钢支撑。
5.2.5 楼面压型钢板施工
待15～17层的主次钢梁验收通过后即可安排压型钢板铺设。安装前根据钢梁的平面位置绘制压型钢板的深化设计图、排版图，根据深化设计图进行压型钢板的加工与现场配套。压型钢板的铺设由下往上逐层施工，本着先大后小、先长后短、先主后辅的原则进行铺设。
5.2.6 不锈钢拉杆张拉
待15～17层的压型钢板铺设完成后，即可进行钢拉杆的张拉，分别同时张拉L1和L2、L3和L4。按以下张拉程序进行：
（1）分别安装专用张拉工装及液压穿心千斤顶于L1和L2、L3和L4钢拉杆上。
（2）启动千斤顶进行分级张拉、缓慢加载，同时旋转调节套筒并保证张拉位移与调节套筒旋转同步跟进。
（3）张拉到指定吨位后，将螺母、锁紧螺母旋紧，并观测悬挑钢结构各构件变形、挠度变化情况。
（4）油泵回油，千斤顶卸载，依次卸下工装螺母、垫板、千斤顶、定位板、张拉撑脚、连接螺母、工装拉杆。
6 钢拉杆施工阶段监测及结果分析对比
为保证不同施工阶段荷载作用下，各钢拉杆的拉力与设计拉力相吻合，保证结构受力安全性，对钢拉杆实际承受的拉力进行了监测。监测采用具有较高测试精度及宽松测试条件的振动频率法，即根据在一定条件下拉杆拉力与拉杆的振动频率存在对应的关系，采用振动频率法测量拉力。其流程为：现场信号采集时，用专用的夹具将加速度传感器固定在拉杆上，以拾取振动响应；对记录的振动信号进行谱分析，分析得到拉杆的多阶自振频率；根据拉杆实测频率及其长度、线密度、垂度、边界条件抗弯刚度等，计算拉杆拉力。
钢拉杆实际承受的拉力监测，分别于楼面板混凝土浇筑前（即测试工况1）、浇筑后（即测试工况2）及玻璃幕墙安装后（即测试工况3）荷载变化的情况下进行。提取各个阶段各钢拉杆的实测拉力值与仿真分析值进行比较。经过对4根钢拉杆的拉力测试显示，在楼板面混凝土浇筑前、浇筑后及玻璃幕墙安装后等各种荷载工况下，实际测得的拉杆拉力值与仿真分析值吻合得较好，可见施工仿真模拟分析为实际施工提供了可靠的理论基础依据，保证了结构的受力与设计相符。
7 结语
总而言之，高层建筑惯用的施工设计，能增添原有的综合性，但这惯用的构架体系，也附有相对复杂的特性。为了方便高层建筑施工，大跨度悬挑钢结构便在实际建筑工程项目的施工中得到了非常广泛的应用，只有充分掌握高层大跨度悬挑钢结构施工技术，并实践于实际的施工项目中，才能实现了快捷、安全、经济的目的，更高效地完成目标任务及保证施工质量。
参考文献：
[1]刘广文，付学勇.高空混凝土结构悬挑高大模板施工技术[J].住宅产业.2011（11）
[2]孙晓阳，曹浩，黄丽娟.高层大悬挑结构高空支撑技术[J].施工技术.2011（17）
论文作者:谭逢熙
论文发表刊物:《基层建设》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/11
标签：拉杆论文; 钢结构论文; 结构论文; 塔吊论文; 型钢论文; 钢梁论文; 拉力论文; 《基层建设》2017年第26期论文;