复杂工况下大跨度钢结构安装技术

首都医科大学附属北京友谊医院顺义院区项目总建筑面积241?740?㎡，地下3层、地上9层，高45?m。其中科研教学楼为钢框架–屈曲约束支撑结构，5~6层南侧设有大跨度转换桁架、3~4层北侧设有大跨度钢连廊；门急诊及科研办公综合楼四层顶设有大跨度钢梁。

1?工程概况

大跨度转换桁架位于科研教学楼南侧，每榀竖向高度4?m，跨度22.75?m，跨空20.40?m，单重45.5?t，两端与主体钢框柱刚性连接（图1）。

图1?大跨度转换桁架施工

大跨度钢连廊位于科研楼北侧与1号住院楼裙房连接位置，安装于3层，竖向高度5?m，跨度24.3?m，跨空10?m，一端为刚性连接，另一端为滑动钢支座连接（图2）。

图2?大跨度钢连廊

大跨度钢梁位于门急诊及科研办公综合楼四层报告厅顶屋盖，跨度31.48?m、跨空10.05?m，与周围插座结构刚性连接。

2?施工难点

（1）原设计单榀桁架或单根钢梁重达40?t以上， 考虑现场安装场区范围广、钢构件较多、吊装任务重，因此在现场平面布置时选用中大型塔式起重机，分别为K?80/115型号塔式起重机：70?m臂，远端起重量11.5?t，近端起重量32?t；D?800–42型号塔式起重机：80?m臂，远端起重量5.8?t，近端起重量42?t；D?1?100–63型号塔式起重机：80?m臂，远端起重量 9.8?t，近端起重量63?t。但是采用塔式起重机远距离、大负荷吊装大跨度钢构件，保险系数较低，需对大跨度构件进行分解。

（2）本工程各单体四周均设计有下沉庭院及外围混凝土挡土墙，原基坑支护为土钉墙支护结构，致使钢梁安装点至现有混凝土挡土墙距离远（水平距离30~50?m），且原土钉墙支护结构与挡土墙间肥槽回填不利于在其上方支设机械设备进行吊装作业。

门急诊及科研办公楼首层以上结构多为轴线回退后继续向上布置主体结构，形成大量室外顶板区域，不便于运输车辆驶入及材料堆放，导致吊运距离加长。

（3）本工程四周原基坑支护采用土钉墙结构，回填时基坑支护上口宽度超过8?m，且为回填素土。若采取场地拼装构件或支设汽车式起重机等设备进行吊装，需对地基土层进行处理。

为此确定施工思路为先确定构件设计规格，再选取合适的起重设备并确定其站位。

3?大跨度转换桁架安装

3.1?构件分段

五层桁架E–H轴/1–2轴、1–3轴按整跨拼装设计，重45.5?t；E–H轴/1–4轴分解为两段进行单独拼装设计，重22.8?t。其余位置的桁架按原尺寸拼装，最大重量30.2?t。桁架吊运最大距离40?m。

3.2?吊装设备选择及站位

3.2.1?根据拼装重量采用胎架进行拼装

E~H轴主桁架采用1台650?t汽车式起重机吊装，C~E轴、H~J轴主桁架、桁架连接杆及主桁架两侧悬臂梁采用5号塔式起重机（K?80/115)散件吊装。

3.2.2?选取汽车式起重机站位点

因转换桁架下方为首层结构楼板，无法承载650?t起重量的汽车式起重机站位，通过现场勘察，只能将汽车式起重机站位于转换桁架西侧的场地上。站位前需规划车辆行进路线及拼装场地，以满足汽车式起重机一次性起吊、一次吊装成功的要求。

（1）清除站位位置周边30?m范围内的材料加工棚、施工材料，在汽车式起重机行走位置铺设20?mm厚钢板分散轮压。（2）清理硬化构件的拼装场地，以保证拼装用胎架正常安置、调平。将胎架各放置于汽车式起重机两侧，以便近距离提升（图3）。为防止胎架变形，在胎架旁建立沉降观察点，若有变化应及时调整，待沉降稳定后方可进行焊接。拼装前应对构件的长度、宽度、高度等进行全方位测量校正。完成一次拼装后，须对其尺寸进行检测复核，确认符合要求后才能进行下一次拼装。

图3?组装平台布置

（3）汽车式起重机站点位于原混凝土路面，起吊前在钢托座下方垫20?mm厚钢板，再在钢板上方铺设3?m×4?m专用路基箱，以确保钢托座稳定。

3.3?吊装施工

（1）上述转换桁架分段拼装后准备进行构件吊装作业。

（2）优先进行汽车式起重机吊装作业，以节省设备作业时间。吊装步骤为：中间桁架吊装→西侧边桁架吊装→两榀桁架之间连接杆件吊装→东侧边北段桁架吊装→桁架间连接杆件吊装→东侧边南段桁架吊装→桁架之间连接杆件吊装→检查验收。

中间位置桁架重45.5?t，吊装半径约31.9?m，采用650?t汽车式起重机进行吊装，其吊运能力满足施工需求，如图4（a）所示。

西侧位置桁架重45.5?t，吊装半径约23.8?m，采用650?t汽车式起重机进行吊装，其吊运能力满足施工需求，如图4（b）所示。

东侧边桁架分段后最长14?m，重22.8?t，吊装半径约40?m，采用650?t汽车式起重机进行吊装，其吊运能力满足施工需求，如图4（c）所示。

（a）

（b）

（c）

图4?桁架吊装平面示意

（a）中间桁架；（b）西侧桁架；（c）东侧桁架

其他位置桁架使用5号塔式起重机完成前述范围内的大跨度转换桁架其他分支体系吊运，吊运能力满足使用要求。

4?大跨度钢连廊安装

4.1?构件分段

四层连廊由两组大的钢梁加弦杆组成，单根钢梁重量15.9?t，可现场拼装、整根吊运。三层连廊共两个桁架，每个桁架重37.9?t，分上下弦杆进行吊装。

4.2?吊装设备选择及站位

（1）根据分段重量，采用650?t汽车式起重机吊运三层及四层连廊钢梁及弦杆，其他配套小规格钢梁使用4号塔式起重机进行吊运，吊运能力满足要求。

（2）钢连廊下方为由地面至地下一层的汽车坡道，不具备支设汽车式起重机的条件；连廊两端为结构楼体，无支设场地。因此将起重机支设在钢连廊西侧挡土墙外场地，但因650?t汽车式起重机的站点位置为肥槽回填区域，需对站位场地进行硬化处理。

1）将原肥槽内回填土下挖500?mm再次压实，上方铺设石子作为路基。考虑到该位置后期有小市政管线开挖，因此选择回填石子，以利后期开挖。

2）汽车式起重机站点支设场地周边为混凝土硬化路面，汽车式起重机进场前在行走路面铺设单层20?mm厚钢板。

3）拼装场地设置在汽车式起重机站位两侧，以 便起重机左右近距离吊运；构件拼装现场设置胎架，做法与大跨度转换桁架拼装用胎架相同。

4）考虑到汽车式起重机支设位置前端靠近肥槽回填区域，故在回填的石子上方铺设双层20?mm厚钢板，钢板上铺设3?m×4?m专用路基箱供起重机钢托座站位。

4.3?吊装施工

先吊装东侧桁架，后吊装西侧钢梁，最后使用4号塔式起重机将连接杆件吊装固定（图5）。东侧桁架最外侧下弦杆吊装后再吊装桁架上弦杆，最后进行西侧单层连廊钢梁吊装至整体拼装完成。

图5?大跨度钢连廊吊装平面图

5?大跨度钢梁安装

5.1?构件分段

该钢梁最大跨度31.480?m，受运输限制分三段运至现场，分段后每根最大重量18?t。

5.2?吊装位置选择及起重机站位 

（1）将钢梁分段规格与6号塔式起重机性能表进行比对，确定采用6号塔式起重机完成钢梁吊装。

（2）由于门急诊及科研办公楼四周为首层结构楼板无法行走货车，故现场安排1台50?t汽车式起重机将材料从堆场倒运至楼板，满足塔式起重机吊运距离后再行吊装。汽车式起重机站位于实土地面，下方垫双层20?mm厚钢板。钢梁倒运至首层楼板位置前需复核楼板承载力，选取梁柱节点位置作为钢梁转存的主要受力点。

5.3?吊装施工

（1）钢梁分段运至现场后，采用50?t汽车式起重机转运至6号塔式起重机起重能力范围内。

（2）分段钢梁吊至作业面前，在钢梁分段连接位置下方设置圆管独立支撑作为分段对拼时的支撑点。?609圆管独立支撑均设于下方楼层的混凝土柱头上，以确保稳定承载。支撑下部采用H?200×200×8×12型钢做框架底座，底座形式为井字形，通过–12×350×350后置埋件配4?M?12化学螺栓与混凝土梁固定。底座上部与支撑接触位置满焊连接，焊脚高度不小于8?mm。支撑顶部HW?300×300型钢横梁上布置一块高50?mm，厚20?mm的钢板进行调节。使用过程中需每日定时检测独立支撑。

（3）钢梁采用两点式吊装，钢梁加工时预先选取重心、设置吊装吊耳。各分段钢梁对接采用栓焊混合节点，主钢梁吊装初步就位后，在钢梁上下翼缘各焊接两块临时码板，焊缝为双面角焊缝，焊脚高12?mm。临时固定后塔式起重机暂不脱钩，腹板连接板使用与安装螺栓规格相同的临时固定螺栓固定。钢梁吊装前连接板固定在钢梁腹板上，待钢梁就位后再用高强螺栓逐一替换临时螺栓。连接板与腹板固定牢固且起重机摘钩后焊接钢梁翼缘。

（4）独立支撑。拆除前钢梁栓焊连接应施工验收完毕，采用火焰同步切割，同时配置2台20?t千斤顶辅助卸载。所有卸载点须统一信号，统一指挥。第一次卸载量为10?mm，第二次为10?mm，第三次为20?mm。卸载后将倒链固定于钢梁底部，再将支撑两点式牵引放倒，拆解节点运至屋面，再用塔吊式起重机运至材料堆场。