大跨度钢结构网架工具式支撑胎架高空原位拼装技术的研究与应用

大跨度钢结构网架工具式支撑胎架高空原位拼装技术的研究与应用

张伟国

身份证号码：440902198510183792

【摘要】本文结合广州国际金融城AT090902地块项目中庭钢结构网架的实际施工情况，研究并应用了大跨度钢结构网架工具式支撑胎架高空原位拼装技术。该技术采用工厂预制的工具式支撑胎架代替传统的钢管脚手架，实现单层空间网架结构的高空原位拼装，给钢网架高空安装提供了一种高效、快速、环保、安全的解决措施，为以后类似周边环境复杂、施工难度高的大跨度钢结构网架的安装提供借鉴。

【关键词】大跨度；钢结构网架；反向支撑；工具式支撑胎架；原位拼装；焊接球定位；预应力回顶

1 引言

近年来钢结构网架的结构造型日益新颖，构造越来越复杂，结构跨度越来越大，导致钢结构网架的安装成为施工现场的一大难题。如何选择合适的施工工艺，对钢结构网架的顺利安装尤为重要。本文以广州国际金融城AT090902地块项目中庭钢结构网架的安装为例，对大跨度钢结构网架工具式支撑胎架高空原位拼装技术进行介绍，阐述该技术的基本原理，详细介绍具体施工步骤、技术创新点，以及施工过程中的形变控制及监控措施等。

2 工程概况

广州国际金融城AT090902地块项目位于广州市天河区黄埔大道与科韵路交汇处，建筑面积35万0㎡，总建筑高度320m，是集商业、零售、餐饮、影院、写字楼等功能的集中式商业综合体。项目裙楼中庭有四个钢结构雨棚，均为单层网架结构。网架一、网架四为φ351x12的圆钢管，节点采用外径780，壁厚20mm的焊接空心球。网架二、网架三为φ245x12的圆钢管，节点采用外径550，壁厚20mm的焊接空心球。四个雨棚总面积约1500㎡，整体重量约200t，最大安装标高38.500m。

3 方案选择

考虑到钢结构雨棚的特殊性：面积大、整体重量大，横向跨度大，下部净空高，若采用整体提升施工方案，提升装置安装位置的结构楼板承载力不满足要求。且中庭位置存在多处扶梯平台，网架无法一次性整体提升到位，后期需要作业人员进行局部高空安装工作，安全隐患大。与此同时整体提升所带来的应力分布不均匀、结构构件易弯曲等危害也会导致空间网架的变形开裂［1］。

经过多次讨论研究，项目决定采用高空拼装施工方案。由于传统的搭设钢管满堂脚手架，施工周期长，钢管材料耗费多，占用较大面积的现场[2]，故采用工厂预制的工具式支撑胎架代替传统的钢管脚手架。通过在钢结构网架安装位置下方设置工具式支撑胎架，然后在高空中搭设整体施工平台进行钢结构网架的原位拼装施工，安装工艺比较简单，大大缩短了工期，保证了作业人员高空作业施工安全。

4 基本原理

根据现场施工条件，项目采用型钢和钢板在高空搭设临时施工平台进行钢结构网架的原位拼装。由于施工平台跨度大，钢结构网架四周的楼面荷载承载力大，故在施工平台跨中设置临时支撑。临时支撑采用工厂化制作的工具式支撑胎架，基座均布置在地下室顶板上。经受力验算得出地下室顶板承载力不满足要求，部分支撑胎架的下部要做反向支撑，延伸至地下室。钢结构网架散件主要分为焊接球和圆管件，陆续运输到施工现场进行安装。在钢结构网架周围主体结构施工以及钢结构网架散件的加工、运输的期间，可提前穿插进行反向支撑、支撑胎架、施工平台及雨棚柱的安装。在施工过程中，针对地下室反向支撑及焊接球定位支撑进行改良，形成了地下室预应力回顶支撑装置和焊接球安装顶升定位装置。待网架拼装完毕后，进行网架整体卸载、防腐防火处理，最后依次拆除施工平台、支撑胎架及反向支撑。

5 施工顺序和主要施工方法

4.1施工顺序

施工前图纸、资料、人材机准备→地下室反向支撑安装→首层支撑胎架预埋件安装→支撑胎架安装（标准胎架、连系梁）→雨棚柱安装→施工平台安装→网架焊接球支撑安装→网架原位拼装→网架卸载（沉降观测）→网架防腐、防火喷涂→施工平台拆除→支撑胎架拆除→地下室反向支撑拆除→质量验收。

4.2主要施工方法

（1）地下室反向支撑安装

地下室反向支撑材料。地下室反向支撑包括了上调节支撑、下调节支撑、连接组件和顶升器，通过随车吊倒运至地下室。通过叉车将上部调节支撑吊运至相应位置，利用顶升器对上调节支撑施加竖直向上的支撑力以形成预应力，当确保上部顶紧后停止施力，然后把下调节支撑竖直放置在上调节支撑的正下方，并通过连接组件进行连接，最后卸掉顶升器，从而形成地下室预应力回顶支撑。这种预回顶，后嵌补支撑的形式，既确保回顶支撑与上下楼板的贴合，保证回顶措施有效受力，也解决了当地下室出现二次沉降时无法处理的问题。

图1预应力回顶支撑竖向剖面图

图2预应力回顶支撑A-A剖面图

（备注：1上调节支撑；11上支撑立柱；12上钢板；13横向固定方管；2下调节支撑；21下支撑立柱；22下钢板；3连接组件；31上法兰板；32下法兰板；4顶升器；5加劲板）

（2）支撑胎架选型、施工

选用工厂化制作的工具式支撑胎架代替传统的钢管脚手架，结构形式统一简单，有利于支撑胎架的制作、运输以及安装施工。工具式支撑胎架的主构件采用圆管组成，销轴连接，分为埋件、底部节、标准节、调整节及顶部工装。

支撑胎架最重单元重量为1400kg，根据施工现场1#、3#、4#塔吊工况分析，均满足吊装要求。在地下室顶板上依次安装预埋件、分配梁、胎架底座及胎架标准节，然后在三层、六层安装纵向、横向连系梁，延伸至空洞周边与混凝土楼板通过预埋件刚性连接，最后安装顶部工装。

图3工具式支撑胎架效果图

图4分配梁及底座施工图5连系梁施工

（3）施工平台布置及施工

施工钢平台设置在雨棚位置8层楼板处，安装标高为36.39m，用于钢结构网架的散装。钢平台分配主梁作用于钢结构网架四周的楼板主梁及支撑胎架上。施工平台的主分配梁、次梁依据钢结构网架平面投影网格线布设，以确保钢结构网架焊接球水平投影均落在施工平台次梁或主分配梁上。

图6钢平台平面布置图

图7主次梁、连系梁施工图8花纹钢板施工

（4）网架原位拼装

根据现场施工条件，使用塔吊用于钢结构网架的施工。网架四部分区域不在塔吊覆盖范围内，由于网架安装高度均在施工平台往上1.8米以内，且网架单体构件均较轻，故此部分可以采用以人工为主、手拉葫芦为辅的土办法进行安装。

图9杆件吊装               图10网架焊接

为保证焊接球的精确定位，项目优化形成可调节焊接球支撑装置，包括了定位钢管、调节钢管及顶升器。定位钢管的底端垂直焊接在施工平台上，顶端放置焊接球，下部开设的操作门洞内放置了顶升器。调节钢管放置于定位钢管内，底端通过圆形钢板搁置在

定位钢管内壁的固定角钢上，顶端与焊接球保留一定间隙，并通过顶升器使其上下移动以调整焊接球的高度，以保证保证球形节点对接焊缝宽度减少曲面高程误差，满足焊接球节点受载后的力学模型分布要求。

图11焊接球支撑简图图12焊接球支撑剖面图

（备注：1工字钢；2定位钢管；3焊接球；4操作门洞；5固定角钢；6调节钢管；7滑升块；8圆形钢板；9顶升器）

（5）网架卸载

在钢结构网架安装完成后进行卸载，遵循由四周向跨中的原则进行，按照分层分级逐步同时进行卸载。卸载过程需缓慢进行，每级卸载完成后暂停24h，进行下一级别区域卸载。

图13卸载流程分级布置图

（6）临时措施拆除施工

待上部钢结构网架卸载完成后进行网架防腐补涂和防火涂装，涂装完成后进行网架上挂安全网布设及临时措施拆除。临时措施的拆除均使用塔吊进行拆除，局部使用手拉葫芦及随车吊配合进行拆除，运送至楼层外部堆场。

图14施工平台主次梁拆除        图15支撑胎架拆除

6 形变控制及监控措施

5.1形变控制

（1）焊接形变控制

在保证焊接球位置的百分百控制前提下，严格控制焊缝宽度，严禁出现不合规范的“宽口、大缝”，遵循“由中间向四周施焊，隔点施焊的原则”，待网架中间杆件施焊完毕后方可进行杆件与网架柱的焊接。

（2）沉降形变控制

由于网架跨度大，受结构自身因素和上部承载因素将导致网架沉降变形量大。因此在焊接球支撑施工过程中应预设变形起拱值。根据网架特点及模拟计算，起拱值由中心向四周成阶梯型预设。

图16焊接球支撑垂直度测量图17杆件高程测量

5.2监控措施

（1）安装过程监测

表1安装过程监测参数表

（2）卸载过程监测

卸载过程中使用全站仪进行实时沉降观测，沉降观测点设置在焊接球部位，每天监测一次，预警值为±20mm。

图18卸载扰度监测点布置图

7 效益分析

7.1.经济效益分析

（1）项目通过采用大跨度钢结构网架胎架支撑原位拼装施工技术，在钢结构网架周围主体结构施工以及钢结构网架散件的加工、运输的期间，穿插进行反向支撑、支撑胎架、施工平台、雨棚柱的安装，钢结构网架的施工插入时间提前，节省约1.5个月的工期。

（2）项目通过采用工具式支撑胎架，相对于采用钢管搭设满堂支撑架体，节省材料成本约13.7万元。

7.2节能和环保效益分析

项目所使用的工具式支撑胎架、反向支撑、施工平台均为钢材，属于无污染材料。在完成项目的钢结构网架安装后，所有主要施工措施材料可以回收转运到其他类似项目进行二次使用，有利于环境保护、各种资源能较好回收利用，节能和环保效益明显。

8 推广情况及应用总结

大跨度钢网架工具式支撑胎架高空原位拼装技术作为一种改良式的钢结构高空原位拼装技术，具有以下特色与价值：

（1）采用工具式支撑胎架，结构形式统一简单，有利于工厂化制作、运输以及安装施工，相对与传统的搭设满堂脚手架，解决了工程施工工期紧，施工面积大的难题。

（2）通过在地下室顶板设置工具式支撑胎架，然后在高空搭设整体钢结构平台，实现钢结构网架的原位拼装工作，作业人员可以直接站在施工平台上按照设计图纸进行水平定位放样，确保施工作业人员的操作安全，减少高空作业的风险。

（3）优化焊接球支撑，利用顶升器形成焊接球安装可调定位装置，提高焊接球安装标高的精度，保证球形节点对接焊缝宽度，减少曲面高程误差，满足焊接球节点受载后的力学模型分布要求。

（4）研究应用预应力回顶支撑装置对地下室顶板进行回顶，采用预回顶，后嵌补支撑的形式，确保回顶支撑与上下楼板的贴合，保证回顶措施有效受力，解决了当地下室出现二次沉降时无法处理的问题。

参考文献

[1]李修文.大跨度管桁架拼装、吊装施工工法[J/OL],https://www.sohu.com/a/222267642_99911511.2018-02-11/2021-11-04

[2]常海东等.大跨度下挂式钢结构连廊胎架支撑高空原位拼装施工技术研究[J].中国建筑金属结构技术，2017（8）.50-54.