竖向叠合空间多层桁架分段吊装、高空拼装技术

1?工程概况

浙江省全民健身中心工程位于杭州市体育场路153号，地下3层，地上11层，结构高度为63.65?m， 总建筑面积19.7万m ² 。通过大跨度钢桁架结构层将工程进行竖向分区，形成竖向叠合的“盒子”建筑，为全民健身运动提供不同的功能大空间。上部结构采用钢框架+大跨度钢桁架+钢筋混凝土板带式剪力墙组合结构体系，核心筒部分内置型钢，总用钢量 2.6万t。

4条板带式核心筒将上部钢结构分为东、西、中3个区块，每个区块均采用钢框架结合大跨度钢桁架竖向叠合的结构形式。东区和西区大跨度钢桁架均位于9层及以下楼层，除南北两侧纵向布置的边桁架外，其他所有桁架均横向布置、隔层设置，分别布置于5层、7层和9层，其中3层与4层、5层与6层、7层与8层大部分架空形成大空间，以满足体育功能的空间需要。下部的1层、2层和上部的10层、11层、屋面层为常规的钢框架+核心筒结构。

东区边桁架3HJ1为跃层桁架，位于2~3层，高度达6.7?m，桁架跨度为54?m，净跨为36?m，重量约为350?t。西区边桁架2HJ1为跃层桁架，位于2~3层，高度达6.6?m，桁架跨度为63?m，净跨为44.9?m，重量约为320?t。东西区9层为大跨度转换桁架，桁架上部架设3层钢框架结构，其中东区9层桁架9HJ3，桁架高度3.6?m，净跨为40?m，单榀桁架重量约为150?t。一般单层桁架高度为3.05?m、4.2?m等，钢构件主要有箱形构件、H形构件、十字形构件等。

2?工程特点与难点

东区与西区的钢结构具有以下特点与难点。 除边桁架外，其他桁架均布置在中间楼层，竖向隔层重叠布置，下部为常规结构，承载力低，且楼层高，桁架层正下方没有合适的地面拼装场地；上部也为常规结构，在桁架层施工完成后才能进行上部常规结构施工。

4个区块的桁架南端与北端分别与单排钢柱相连，单排钢柱与钢桁架形成整体前稳定性较差，不适合作为提升钢立柱。跃层桁架和9层转换桁架跨度大、高度大、重量重，对塔式起重机吊装性能要求很高。

3?方案选择

由于桁架结构正下方没有合适的地面拼装场地，桁架结构的最南端与最北端分别与单排钢柱相连，没有合适的提升立柱，且桁架层施工完成后上部钢框架仍需要采用塔式起重机进行吊装施工，因此东区与西区钢结构不宜采用提升技术。结合跃层桁架和9层转换桁架跨度大、高度高、重量重的结构特点，决定对桁架结构采用分段吊装、原位拼装的施工方案。

4?钢结构施工

4.1?平面分区与塔式起重机布置

整体结构平面除中区外，分成东区与西区，东区与西区中部有两榀钢框架结构，将东区与西区细分成东区南块、东区北块、西区南块、西区北块等4个区块，如图1所示。

   

图1?结构平面细分示意

4个区块采用4台超大型塔式起重机，1号塔式起重机与3号塔式起重机为800?tm超大型塔式起重机，2号塔式起重机与4号塔式起重机为1?200?tm超大型塔式起重机。1号塔式起重机与2号塔式起重机组成一个塔式起重机配合施工组，负责东区施工，其中1号塔式起重机主要负责东区南块钢结构和土建材料吊装，2号塔式起重机主要负责东区北块钢结构和土建材料吊装，并相互配合吊装相邻区域构件和材料。3号塔式起重机与4号塔式起重机也组成一个塔式起重机配合施工组，负责西区施工，具体工作内容类同。中区桁架施工采用提升技术，因此对塔式起重机的依赖性很小。

4.2?桁架分段

4.2.1?典型桁架分段

西区5层桁架、东西区7层桁架为典型桁架，对于典型桁架，塔式起重机布置需满足整榀桁架竖向分3段吊装的要求，结合经济效益与施工进度等方面进行综合考虑，距离塔式起重机吊装半径最远的一段竖向分段后再水平分段，即上下弦分段，支撑架采用点式架，避免采用满堂式支撑架，典型桁架5HJ1和7HJ1桁架分段如图2所示。最大分段重量约28.88?t，最小分段重量为6.41?t，可充分发挥塔式起重机在不同工作半径的吊装性能。

   

图2?典型桁架分段示意

图2中左侧一跨桁架靠近D1100–63塔式起重机，右侧一跨桁架靠近D1100–63塔式起重机。D1100–63塔式起重机按80?m臂长安装，作业半径为30?m时，起重能力为30.33?t，范围内最重分段为28.88?t；半径为41?m时，起重能力为20.44?t，半径内最重分段为17.62?t；半径为60?m时，起重能力为12.01?t，半径内最重分段为6.71?t，均满足吊装要求。D800–42塔式起重机按60?m臂长安装，作业半径为30?m时，起重能力为22.29?t，范围内最重分段为20.25?t；半径为35?m时，起重能力为18.21?t，半径内最重分段为17.75?t；半径为48?m时，起重能力为11.74?t，半径内最重分段为8.52?t，均满足吊装要求。

4.2.2?转换桁架分段

东区与西区9层桁架为转换桁架，转换桁架跨度大、高度大、重量重，桁架竖向分3段，然后上弦、下弦及腹杆再分段，距离塔式起重机越近分段长度越 大、重量越重；离塔式起重机越远分段长度越小、重量越轻。

4.2.3?跃层桁架分段

东区与西区北侧的边桁架为跃层桁架，跃层桁架高度普遍超过6?m，重量超过300?t，如东区边桁架3HJ1为跃层桁架，位于2~3层，高度达6.7?m，重量约为350?t，是跃层桁架中最重的一榀桁架。由于3HJ1跃层桁架离3号塔式起重机非常近，能充分利用3号塔式起重机的吊装性能，将3HJ1跃层桁架竖向分成3段，水平方向再按上弦、下弦和腹杆分段，其上下弦分段重量最轻为8.5?t，最重为36?t，桁架下部设置2个点式支撑架，其他跃层桁架分段情况类同。

4.2.4?异形桁架分段

东区5层桁架为异形桁架，截面最大处的桁架高度为6.7?m，重量超过135?t，桁架靠近4号塔式起重机，塔式起重机型号D1100–63塔式起重机，安装臂长80?m。整体桁架竖向分2段，水平方向按上下弦和腹杆进行再分段，最大分段重量约20.9?t，最小分段重量为5.4?t，满足塔式起重机吊装要求。

4.3?支撑架设置与搭设

4.3.1?支撑架设置

桁架安装采用分段吊装高空拼装的施工技术，临时支撑架采用塔式起重机标准节，支撑架顶部设置H型钢转换平台。每个桁架分段位置下部设置1个支撑架，支撑架设置于先吊装段下部，后吊装段使用耳板与先吊装段临时连接，以便后期焊接。每榀桁架安装时，必须施工当天吊装完成，以确保桁架安装的稳定性。 

塔式起重机标准节下方设置转换架，落于地面或结构钢梁表面，对支撑架拉设缆风绳，以保持支撑架稳定。对于竖向空间重叠布置的桁架，仅在高空拼装施工的桁架下部设置支撑架，通过结构验算，结构钢梁无需加固，下部已经完成拼装桁架的支撑架需要在楼承板施工前及时拆除。

为满足高空拼装施工的桁架正下部楼承板能同时进行施工，在临时支撑架下方设置十字劲板，将十字劲板与结构梁相连接，并在十字劲板外设置PVC预埋套管，确保混凝土浇筑施工时十字劲板与混凝土有效隔离。

4.3.2?支撑架搭设

下层结构桁架与钢梁完成焊接以后，开始搭设支撑架。搭设前在结构钢梁进行弹线，确定支撑架搭设位置，然后采用塔式起重机进行吊装，先行吊装支撑架下部的转换架，再吊装标准节，最后吊装上部的H型钢转换平台。

4.4?桁架吊装

桁架两端的框架柱和桁架支撑架的施工完成以后，在支撑架上进行测量放线，通过增加垫板或千斤顶微调支撑点水平高度，确保起拱位置准确，然后焊接卡板进行卡位固定。在各个作业区块内，桁架吊装从下往上施工，同一桁架层内，先吊装远端，后吊装近端。对于上下弦分段的桁架，先吊装下弦，后吊装上弦。桁架高空分段就位后，采用耳板和螺栓进行临时固定，拼装完成以后再切除耳板。

4.5?支撑架拆除

对应层桁架完成焊接并通过探伤合格后可以拆除支撑架，拆除时两个支撑架同步与桁架脱离、同步卸载。当支撑架与桁架完全脱离后，即可进行剩余拆除工作。

使用塔式起重机将吊钩移至支撑架上部支撑点的正上方，然后进行挂钩，使钢丝绳处于微受力状态，然后同步拆除支撑架的缆风绳和支撑架。

5?结束语

针对浙江省全民健身中心工程桁架结构的特点和场地情况，采取以下措施，确保工程顺利施工，且经济效益良好。

（1）根据桁架结构位于中间楼层且一端为单排钢柱的结构特点，采用分段吊装、原位拼装的方案进行施工。

（2）按叠合空间结构布置特点，将东西区细分成4个工作区域，布置4台超大型塔式起重机负责相应区域的吊装工作，交叉区域2台塔式起重机相互配合吊装。

（3）超大型塔式起重机布置满足部分桁架仅竖向分段、部分桁架竖向段后，再水平分段的吊装要求，且所有桁架仅采用点式支撑架，兼顾施工进度与经济效益。

（4）大跨度桁架竖向重叠，采用支撑架下部设置转换架，转换架再通过十字劲板与下部结构钢梁相连，不影响楼承板施工，确保支撑架的顺利拆除与快速周转。