狭小场地内大悬挑钢桁架连廊施工技术

随着建筑技术的不断发展，大跨度钢结构连廊在各类建筑中的应用日益广泛。这种结构以其坚韧的强度，卓越的稳定性以及灵活的空间适应性等特点，为现代建筑赋予了新的生命力。大跨空间结构的发展和演变为我国城市建筑吊装工作带来了全新的机遇和挑战。随着高、大跨度钢结构在工程建设中的日益复杂化，如何实现大跨度钢连廊吊装施工工艺的更新和发展，已引起了建筑界的广泛关注。施工中，选择科学、合理的方法，不仅可以提高工程质量，而且可以优化建筑结构外观，对于建筑设计具有至关重要的作用。

某工程超高层钢结构建筑南北两侧3~5层的大跨度悬挑连廊连通中央塔楼大厅和2栋裙房，连廊总体长度为110?m，最大的悬挑长度为10.28?m。其造型奇特的复杂结构为工程施工带来了极大的挑战，大跨度连廊桁架结构跨度大、造型复杂、安装精度要求高，不仅安装施工难度大，而且安装及卸载过程中对地基产生的不均匀沉降更加难以控制。通过全过程施工模拟分析，削弱了施工过程中对周围环境的影响，确保施工安全可控，节约施工成本。采用多级同步卸载的方式对临时支撑体系卸载，有效解决悬挑连廊施工过程中产生的不均匀沉降问题。

1?工程概况

该超高层建筑主体结构形式为地下3层地下室及地上33层的中央主塔楼以及两侧5层裙房，主楼及两侧裙房通过中央大厅和空中连廊将塔楼及裙房连在一起，建筑东西向总长约146?m，南北向总长约55?m。

整个连廊的总跨度为110?m，连廊南、北两侧各布置一榀钢桁架，桁架高度为9.6?m，下弦杆位于 3层楼面标高，上弦杆位于5层楼面标高，桁架的节间长度为17~19?m。桁架上、下弦杆的材质为Q390，直腹杆及斜腹杆与弦杆之间通过销轴连接，桁架直腹杆及斜腹杆的材质均为Q420。连廊4~5层上弦杆下挂结构，通过吊柱与5层连接（图1~图3）。

   

图1?钢结构三维模型

   

图2?连廊立面示意

   

图3?销轴连接节点示意

2?施工关键点分析

（1）连廊施工前，主楼核心筒施工至29层，外框结构施工至17层，两侧裙房核心筒及外框均已施工完成，此时裙房位置处地基沉降已基本稳定，但主楼尚未完成施工，地基尚未稳定，故后续外框结构施工过程中，主楼位置地基会继续发生沉降，如何避免连廊施工完成后主楼与裙房地基的不均匀沉降造成节点处应力集中，其为本工程施工过程中的重难点。

（2）整个连廊空间桁架体系由3层和5层的主体结构上悬挑出来，钢桁架腹杆为钢拉杆结构形式，腹杆与上、下弦杆连接形式全部为销轴机械连接。腹杆的截面尺寸为□400×200×40×40，属于宽扁截面，且单根构件长度达20?m，抗压能力非常弱，因此在整个连廊施工过程中，所有腹杆均需要保持处于受拉状态。

（3）桁架腹杆与上、下弦杆连接为销轴连接，销轴直径为180?mm，腹杆节点处开孔直径为181?mm，孔洞与销轴仅误差1?mm，几乎为“零碰零”安装，如何在构件生产及安装过程中将精度控制在1?mm以内为本工程施工过程中的另一重难点（图4）。

   

（a）

   

（b）

图4?销轴节点示意

（a）节点1；（b）节点2

3　基于模型施工模拟的大悬挑钢桁架连廊

3.1?整体模型施工模拟分析方法

针对连廊施工时主楼及裙房的不均匀沉降，通过整体模型施工模拟方法对连廊及临时支撑体系建模分析，可综合考虑连廊桁架结构的自重荷载作用及临时支撑体系卸载前后的支座反力、各杆件之间的应力，以得出各施工阶段的变形预调整数值和应力监控数值，从而指导施工现场各施工阶段的实施过程。

由内力分析结果表明，沉降对裙楼桁架杆件的剪力和弯矩的影响较小，但对杆件轴力有明显影响。随着沉降差异的增加，杆件轴力也会增加，且部分斜腹杆在沉降作用下，其内力值由拉力转为压力，且量值的增幅较大。应力分析结果的规律与内力分析结果一致，桁架杆件内力见表1。

表1?桁架杆件内力kN

   

通过对整体应力及应力比计算分析，在永久荷载的作用下，结构杆件最大应力在东北角的吊柱上，最大应力为112?N/mm2，对应最大应力比为0.35；当永久荷载与沉降作用同时发生时，结构杆件最大应力出现在连接塔楼巨柱和裙楼框架柱的框架梁梁端，最大应力为155?N/mm2，最大应力比为0.47。

3.2?大悬挑钢桁架连廊施工工艺

（1）根据整体模型施工模拟分析结构，结合现场实际情况，安装连廊桁架时，利用大型汽车式起重机与塔式起重机配合施工，采用“临时支撑+分段吊装”的施工工艺。

（2）连廊桁架由于采用分段吊装，结构未成型之前尚不能完全靠自身承载或保持稳定，因此需要预先设计临时支撑，既能为连廊桁架高空安装提供操作平台，又能确保已安装构件的稳定性，以减少安装过程中结构的内力、变形，提高主体结构施工过程的安全性及安装精度。

（3）根据现场情况，将整个连廊桁架安装按轴线分成5个节间，依次吊装，每个节间的桁架杆件按照先下后上，依次安装下弦杆、上弦杆，最后补缺腹杆。将上、下弦杆均搁置于临时支撑之上，待整个连廊桁架安装完毕后，先解除下弦杆的搁置约束，再由中间向两侧逐步解除上弦杆的搁置约束，直至桁架结构卸载完成。最后浇筑桁架上、下弦杆平面内混凝土楼板。

（4）南北两侧主楼与裙房连接处2根斜腹杆吊装后临时固定，待主楼后浇带封闭后，最后安装销轴固定。

4?其他专项技术

4.1?临时支撑体系

由于该项目大悬挑钢桁架连廊结构的腹杆连接形式复杂，腹杆截面属于宽扁截面，且单根构件长度达20?m，抗压能力非常弱，因此在整个连廊施工过程中，所有腹杆均需要保持处于受拉状态。因此桁架底部的临时支撑采用门字架形式，分别支撑在上弦悬挑梁及下弦悬挑梁下翼缘。

门字架支撑具体部件组成经过受力计算分析后确定，材料包括609钢管、I?20?a工字钢和30?mm钢板，2根I?20?a横向搁置钢梁，与同一道门字架共同连接，使上下弦杆之间无法更好传递，搁置钢梁顶部垫设30?mm钢板调节标高（图5~图6）。

   

图5?门字架支撑体系立面示意

   

图6?支撑体系示意

连廊4层构件相对较轻，因此直接在3层结构体系上设置截面尺寸为245 ?mm ×12?mm的圆管作为临时支撑体系（图7）。

   

图7?3~5层支撑体系剖面示意

4.2?大悬挑钢桁架连廊安装技术

4.2.1?大悬挑钢桁架连廊构件分段

综合考虑施工现场场地条件对起重设备的限制以及构件运输单位构件最大尺寸，3层桁架与主体结构连接径向梁不分段，5层桁架与主体结构连接径向梁梁分为2段，巨柱中间2根上、下弦杆的钢梁分为2段，其他上、下弦杆构件均不分段，整体吊装，剩余次梁构件不进行分段；4层构件以与主体结构连接径向梁 带吊柱钢托座为主梁构件，吊柱以4层梁顶分段；3层（5层）下（上）弦杆上顶（下挂）销轴连接节点，直腹杆及斜腹杆均不分段，加工完成后进行整体吊装（图8）。

   

图8?3~5层典型构件分段立面示意

4.2.2?大悬挑钢桁架连廊吊装技术

根据现场施工环境，将南北两侧连廊根据轴线各分为5个节间进行吊装，单个节间与主体结构连接主梁采用汽车式起重机进行逐层吊装，次梁采用南北2台塔式起重机进行补缺。

按照吊装流程由下而上分3个阶段施工，首先是吊装下部悬挑梁形成的桁架下弦杆，其次吊装上部悬挑梁形成的桁架上弦杆，最后安装由销轴连接的桁架腹杆。

4.3?大悬挑钢桁架连廊卸载技术

连廊钢结构卸载支撑拆除的过程为结构体系受力转变的过程，卸载过程中杆件的内力会发生变化。连廊桁架的卸载与常规的卸载流程不同，先同步解除下弦杆的搁置约束，使下弦杆形成吊挂结构，再同步解除上弦杆的搁置约束，完成桁架结构体系卸载，也避免了施工过程中出现腹杆受压情况。

通过计算模拟对南北连廊卸载过程分为2个阶段：第1阶段为连廊桁架结构与主体结构连接主梁下弦杆卸载；第2阶段为连廊桁架结构与主体结构连接主梁上弦杆卸载。

为确保卸载过程中结构体系稳定，采用“同步多级卸载”的方式对7处主梁处支撑同步进行卸载。卸载前对各支撑点标高进行复测，确定无异常后进行卸载，卸载过程共分为4次，每次割除完成后需要重新观测下降高度，直至最后一次卸载后结构与临时支撑分离卸载完成。

4.4?“三位一体”精度控制工艺

“三位一体”即“深化设计–加工–现场吊装一体化”施工，前期策划阶段将加工厂加工、运输单位运输能力，以及现场吊装机械起重能力等相关信息集成汇总，统筹规划，确定相应连廊钢结构的分段原则以及具体外观尺寸，并在深化设计阶段，选取上下弦杆顶板标记监测点，提供三维坐标数据，并在加工阶段及现场实际吊装阶段以该监测点数据作为主要精度控制依据。

另外，在深化设计阶段利用BIM软件建立整体钢结构模型，通过采集各分段对接端口以及监测点三维坐标数据，利用专业软件模拟端口拼接实行构件整体虚拟预拼装，以保证构件现场施工的速度和精度。

通过对3~5层连廊钢结构进行虚拟预拼装，发现3~5层与主楼连接径向梁设计预起拱值过大，中间直腹杆无法安装。若径向梁按照设计预起拱值5?cm进行安装，则3层及5层结构原本为矩形的界面变为平行四边形，且孔洞与销轴仅误差1?mm，直腹杆将无法完成安装。

为确保直腹杆顺利安装，经过与设计多轮讨论研究后，考虑径向梁本身截面及整体结构荷载，将径向梁预起拱值下调至3?cm，以满足直腹杆安装要求。

5?结束语

针对传统支撑技术使部分腹杆在施工过程受压而对腹杆全受拉式桁架不适用的问题，提出了与腹杆设计性态高度匹配的支撑体系与施工控制技术，采用双横梁门字支撑架，在施工过程分别支承上下弦杆，并通过先下后上的拆撑工序对桁架进行卸载，实现了安装全过程桁架腹杆始终处于受拉状态，满足了设计性能要求。此外，针对全销轴腹杆的安装难题，对安装预变形结构通过预压配重和竖向张拉调控等预加载措施，实现对腹杆端连节点部位的形态控制，确保了腹杆销轴的高精度安装，达到了100?%一次穿孔率。