大跨度悬挑钢结构施工技术

大跨度悬挑钢结构施工技术

发布时间：2022-03-09T08:34:19.407Z 来源：《新型城镇化》2022年3期 作者： 王秀洋[导读] 复杂的建筑结构造型往往给结构设计带来不便，也大大增加了施工的难度。且随着建筑高度的不断提升，高空复杂悬挑体系施工的难度也越来越大。

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摘要：建筑行业的发展，让建筑结构体系日益复杂，大跨度悬挑钢结构作为工程结构设计中的一种，在现代建筑工程施工中的应用次数日益增加，加强对这项技术的分析，可以有效提高施工安全性。本文结合工程实例，对大跨度悬挑钢结构工程的施工技术进行简要阐述。

关键词：大跨度悬挑钢结构；施工技术；模型仿真分析；支撑胎架

一、前言

复杂的建筑结构造型往往给结构设计带来不便，也大大增加了施工的难度。且随着建筑高度的不断提升，高空复杂悬挑体系施工的难度也越来越大。而目前，针对高空悬挑钢结构的施工，施工人员往往需要长时间在高空完成大量的拼装和焊接作业，存在着安全性低、效率低的问题，因此亟需找到一种施工方法来安全有效地解决施工难题。

二、工艺特点

悬挑结构部分采用软件建模进行受力分析、强度和稳定性验算；

1.按照钢结构平面图纸及施工平台需求，建立平台结构的制作及三维模型，进行整体结构及平台结构的承重受力分析、强度及稳定性验算，解决了平台结构的设计困难。

2.采用MidasGEN2019对钢结构进行施工仿真分析，结构整体分析的作用包括结构自重、附加恒荷载、活载、风荷载、雪载、温度作用、地震及预应力等。由于施工阶段相对结构整个使用寿命周期而言比较短暂，并且，在主体钢结构安装过程中，楼板还未浇筑，因此，施工阶段仅考虑主体结构自重。

三、适用范围

本工法适用于钢结构工程大跨度悬挑屋面桁架结构施工，悬挑部分最大适用10m，离地高度不超过30m。如大型体育场馆，大型会场，影剧院，展览馆等大跨度钢结构工程。

四、工艺原理

通过计算模拟分析确定悬挑桁架分段部位，并在分段部位设置临时支撑架，根据施工顺序在现场进行桁架的拼装放样，用H型钢、角钢等辅助材料制作桁架整体拼装的胎架，利用平拼式拼装法进行拼装，控制好桁架整体的挠度及拼装精度。采用双机抬吊法进行分段吊装，在悬挑桁架的悬挑端制作临时支撑胎架，用于临时固定悬挑桁架的自由端，在高空进行对接焊接并连接其附属杆件。整体悬挑结构安装焊接完成后，按照由西向东的顺序进行卸载。

五、工艺流程及操作要点

5.1工艺流程

悬挑平台安装工艺流程→固定件连接→构件制作进场验收→桁架组合→组合件吊装→横梁安装→桁架平台板铺装→检查验收

5.2操作要点

5.2.1施工准备

1.施工前组织有关工程技术人员认真学习悬挑施工图纸和施工方案，并组织会审，及时解决施工方案中存在的问题。

2.针对工厂实际，编制和优化专项施工方案，应对复杂节点组织现场焊接试验，对重要分项工程及特殊工程、关键工序要提前编制作业指导书，用于指导施工。

5.2.2悬挑钢结构技术要点 1.钢结构形式为长悬挑钢桁架结构，结构较复杂，根据建筑造型需要，标高9.9m以上出挑8.8m，结构采用多层悬挑钢桁架+外围多层边桁架组成空间受力体系，钢结构形式为大跨度+长悬挑钢桁架结构，结构复杂，内侧结构由三根圆管柱+26m箱型钢梁围成内圈钢框架结构形式；外侧结构根据建筑造型需要，标高13.8m以上出挑7.8m采用多层悬挑钢桁架+外围多层边桁架组成空间受力体系；内外两侧结构受力体系在施工过程中对施工顺序的要求较高，该结构受力体系在施工过程中对施工顺序的要求较高，施工过程中悬挑、大跨等处可能存在较大变形，为了分析结构施工过程钢桁架的稳定变形及受力，控制悬挑、大跨部位的变形，对主体钢结构进行施工模拟分析。根据钢结构体系特点，安装方案为分步吊装。

2.吊点选择及起吊方式

吊点的选择：

利用专用吊具与柱身上端安装耳板连接作为四吊点。

钢柱的起吊方式：

通过吊索具，与H3/36B塔吊吊钩连接，起吊时采用单机回转法起吊。起吊前，钢柱应横放在垫木上，柱脚板位置垫好木板或木方，起吊时，不得使柱的底端在地面上有拖拉现象。钢柱起吊时必须边起钩、边转臂使钢柱垂直离地。

3.临时固定

当钢柱吊到就位上方200mm时，停机稳定，对准螺栓孔和十字线后，缓慢下落，下落中应避免磕碰地脚螺栓丝扣，当柱脚板刚与基础接触后应停止下落，检查钢柱四边中心线与基础十字轴线的对准情况（四边要兼顾），如有不符，立即进行调整。

4.测量校正

1)钢柱标高调整：

先在柱身上标定标高基准点，然后以水准仪测定其偏差值，利用在柱脚底板下设置的调整螺母来调整柱的标高和垂直偏差。

2)位移的调整

标高调整好后，再将钢柱四边中心线与基础的十字轴线对准，四边要兼顾，位移偏差要控制在3mm以内。

5.桁架的吊装

1）桁架的吊装顺序

桁架吊装紧随钢柱其后，当钢柱构成一个单元后，随后应将该单元的桁架由下而上，与柱连接组成空间刚度单元，经校正紧固符合要求后，依次向四周扩展。

2）主桁架安装时的测量

斜桁架采用分段吊装，测量首先要解决的支撑架的测量。根据吊装方案用全站仪坐标测量法测设出承重支撑架位置，并在搭设过程中提供高度控制。承重支撑架搭设完成后，用全站仪坐标测量法在安装作业面上测出钢结构的主要轴线、关键节点及分段安装的位置，为安装提供参照。

5.3焊接

5.3.1.焊接难点

1大悬挑钢结构总量大，节点构造相当复杂。在短时间内完成制作加工、现场组装、安装电焊难度很大。

2焊接包括两部分：现场组装焊接（地面和高空）、现场安装焊接，大部分都是高空散装的施工方法。

5.3.2现场安装焊接工艺

1焊缝坡口表面及组装质量应符合下列要求：

1）焊缝坡口可用火焰切割或机械法加工。缺棱未1-3mm时，修磨平整。当采用机械方法加工坡口时，加工表面不应有台阶；

2）施焊前，焊工应检查焊接部位的组装和表面清洗的质量，如不符合要求，应修磨补焊合格后方能施焊；

2控制焊接变形的工艺措施

1）对双面非对称坡口焊接，宜采用先焊深坡口侧部分焊缝、后焊浅坡口侧、最后焊完深坡口侧焊缝的顺序； 2）对长焊缝宜采用分段退焊法或与多人对称焊接法同时运用；

3）宜采用跳焊法，避免工件局部加热集中。

六、材料与设备

6.1材料

6.1.1型钢型钢采用的型号为Q345型型钢。

6.1.2高强螺栓采用10.9级摩擦型高强螺栓，M24、M22扭剪型。

6.1.3栓钉栓钉规格为Φ19、材质为Q235B。

6.1.4焊条焊接Q345时采用E50焊条，焊接Q235B时采用E43焊条。

6.1.5混凝土、塔吊节

6.2设备

塔式起重机、汽车吊等。

七、质量控制

7.1质量规范

本工法实施过程中必须严格执行下列标准和规范

7.2质量保证措施

7.2.1施工准备阶段的质量控制

1进入现场的施工人员必须经过专业培训，特殊工种必须持证上岗。

2构件加工运至现场后，要对构件进行外观和几何尺寸的检查特别是接头端面的截面尺寸。重点检查构件的型号、编号、长度、螺栓孔数和孔径、承剪板方向、坡口尺寸和坡口质量、构件的变形与扭曲等。发现问题及时同加工单位商量解决。

7.2.2现场安装质量控制

1严格按照钢结构安装方案和技术交底实施。

2严格按图纸核对构件编号、方向，确保准确无误。

3安装过程中严格工序管理，做到检查上工序，保证本工序，服务下工序。

4钢结构安装质量控制重点：构件的标高偏差、位置偏差、垂直偏差要用测量仪器跟踪安装施工全过程。

八、效益分析

8.1经济效益 通过科学的施工工艺和创新的施工工法，大跨度悬挑钢结构施工工法采用MidasGEN2019软件对钢结构进行施工仿真分析，与传统的安装法比较，节省了高空作业的时间约60%，降低了高空操作的安全风险，节约了工程成本约60万元。

8.2社会效益

本工程大跨度悬挑钢结构的施工技术给类似工程的施工提供了宝贵的经验，并且培养了一批优秀的专业施工人员，进一步促进了悬挑型钢混凝土组合结构在我国建筑行业中的发展与应用。