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1、58大大懸懸挑挑復復雜雜空空間間結結構構有有支支撐撐懸懸伸伸推推進進施施工工工工法法1 1前前言言高性能鋼材和 CAE 技術在建筑行業中的應用，促進了大型懸挑結構設計與應用。隨著大懸挑結構施工工藝的日益成熟，施工方法的選擇成為制約大懸挑結構施工工期和成本的重要因素。大懸挑施工技術作為決定大型懸挑結構施工質量和安全的重要技術，對其研究和創新是建筑施工發展的必然要求。工程有限責任公司在騰訊北京總部大樓項目的施工過程中，對三處切角部位的大懸挑結構采用有支撐懸伸推進法安裝完成，即將每個切角部位的大懸挑結構劃分為 2 至 3 個推進單元，在每個推進單元安裝時搭設支撐，安裝完成后拆除支撐形成懸臂結構，依次2、完成各推進單元安裝，成功地解決了大懸挑結構施工工期長，措施材料使用量大，對下部混凝土結構影響大等諸多問題。同時，在實施過程中研究總結的施工順序相關性控制技術，有效減少了施工模擬及預調值計算過程中的計算量；施工過程中設計的臨時支撐水平力卸載裝置，可以通過消除水平力，提高臨時支撐的穩定性和承載能力，減少了臨時支撐的材料用量；施工過程中采用的變形和應力監測技術，可以對結構安裝過程中的變形和內力進行實時監測，保證了施工質量和安全。為更好地在大型懸挑結構施工中推廣應用，工程有限責任公司總結形成了大懸挑復雜空間結構有支撐懸伸推進施工工法。2 2工工法法特特點點2.0.1 采用施工順序相關性控制技術，減少計3、算量采用 ANSYS 有限元軟件對比分析多處懸挑不同施工順序預調值計算結果，得出多處懸挑結構施工相關性影響小，現場施工可以忽略各個懸挑段的施工順序對結構的影響，形成了施工順序相關性控制技術，并可適當增加推進單元的長度，有效地減少了施工模擬及預調值計算過程中的計算量。2.0.2 應用水平力卸載裝置，提高臨時支撐承載能力設計臨時支撐水平力卸載裝置，通過消除千斤頂與牛腿之間的摩擦力而消除水平力，提高了臨時支撐的穩定性和承載能力，從而降低臨時支撐的材料用量。2.0.3 采用變形和應力監測技術，保證施工質量和安全在關鍵構件上選取應力應變和變形監控點，安裝定位和卸載過程均采用全站儀進行實時觀測，采用應力應4、變傳感器對安裝全過程中的內力進行實時監測，保證了施工質量和安全。2.0.4 結合傳統安裝方法優點，提升經濟效益結合滿堂支撐法和無支撐懸伸推進法的優點，提高臨時支撐周轉率，減少了臨時支撐用量，節約了工期。3 3適適用用范范圍圍本工法適用于懸挑長度超過 40m，離地高度 30m 以內的特大型懸挑復雜空間結構的安裝，亦適用于大型懸挑結構安裝。594 4工藝原理工藝原理4.0.1 采用大懸挑復雜空間結構有支撐懸伸推進施工技術，將巨型桁架安裝分成若干推進單元，以推進單元為單位依次吊裝。首先搭設臨時支撐，安裝巨型桁架懸伸段第一推進單元下三角型構件，形成穩定結構后，再安裝上三角形構件，巨型桁架推進單位安裝完5、成后，再依次安裝內部對應區域斜面鋼梁、吊柱、樓層鋼梁和角部桁架。一個推進單元安裝完成后，將臨時支撐逐級卸載，轉運至另一推進單元位置，同法安裝該推進單元，直至整個切角位置主要受力構件安裝完成后，拆除臨時支撐，安裝次結構。有支撐懸伸推進法施工工藝原理示意見圖 4.1圖 4.3。圖 4.1 推進單元一安裝圖 4.2 推進單元二安裝圖 4.3 懸挑安裝完成5 5施工工藝流程及操作要點施工工藝流程及操作要點5.1 施工工藝流程施工工藝流程施工準備施工順序確定預變形實施方案確定對混凝土結構影響分析臨時支撐設計復雜空間懸挑鋼結構安裝臨時支撐同步分級卸載變形和應力監測。5.2 操作要點操作要點5.2.1 施工6、準備601 熟悉結構圖紙，根據施工現場情況確定吊裝機械設備選型、數量和鋼結構分節分段方案。2 鋼結構深化設計。3 構件加工制作、運輸。5.2.2 施工順序確定1 比選方案確定根據結構形式提出獨立施工、均衡施工等不少于兩種方案的假設，確定方案施工工況，并評估其優缺點。2 施工順序相關性建立 ANSYS 有限元模型，分析各施工方案對結構變形及內力的影響。3 確定最優方案根據有限元模擬結果，結合方案優缺點，確定最優方案，采用有支撐懸伸推進法施工選取獨立施工為最優方案。5.2.3 預變形實施方案確定1 結構起拱點選取結合構件的分段線，及預變形實施方式，即通過支撐胎架對結構施加預變形，起拱點選在有支撐胎7、架處。起拱點為構件中心軸線的交點。懸挑角部預變形起拱點分布示意見圖 5.2.3-1。圖 5.2.3-1 懸挑角部預變形起拱點分布示意圖2 預調值計算確定安裝工況，通過 ANSYS 有限元軟件模擬，計算各工況下各起拱點處變形預調值。3 預調值實施方案確定通過調節焊縫間隙實現預起拱的架設，放樣評估起拱對焊縫的影響程度，然后確定起拱調節焊縫間隙實現起拱值方法可行性。調節焊縫間隙實現預調值放樣示意見圖 5.2.3-2。61圖 5.2.3-2 調節焊縫間隙實現預調值放樣示意圖5.2.4 對混凝土結構影響分析1 確定驗算原則，即考慮中震作用下結構承載能力狀況。2 建立 ANSYS 有限元模型分析施工與設計8、狀態不一致所導致混凝土樓板內力情況。3 確定結構加固方式。屋頂層鋼板栓釘做法示意見圖 5.2.4-1，標準層鋼板栓釘做法示意見圖5.2.4-2。圖 5.2.4-1 屋頂層鋼板栓釘做法示意圖62圖 5.2.4-2 標準層鋼板栓釘做法示意圖5.2.5 臨時支撐設計1 根據 ANSYS 有限元軟件各工況計算結果，提取各支撐處支撐頂部軸力值。2 根據支撐高度及支撐頂部軸力設計支撐胎架架體桿件截面，支撐承受荷載較大且高度較高時，宜采用格構形式，支撐胎架示意見圖 5.2.5-1。圖 5.2.5-1 支撐胎架示意圖3 根據支撐胎架受力情況設計支撐胎架預埋件，荷載較大時，宜將支撐胎架埋件設置在柱頂位置或者主梁9、根部，錨筋宜設計為彎錨形式，支撐胎架預埋件位于主梁根部示意見圖 5.2.5-2，支撐胎架錨筋錨板構造示意見圖 5.2.5-3。63圖 5.2.5-2 支撐胎架預埋件位于主梁根部示意圖圖 5.2.5-3 支撐胎架錨筋錨板構造示意圖4、支撐頂部千斤頂數量及細部構造確定。支撐頂部構造示意見圖 5.2.5-4。64圖 5.2.5-4 支撐頂部構造示意圖5.2.6 復雜空間懸挑鋼結構安裝搭設臨時支撐以推進單元為單位按獨立安裝各計算工況的構件，安裝流程見圖 5.2.6-15.2.6-8。圖 5.2.6-1 流程一：搭設臨時支撐，安裝巨型桁架桁架下弦第一段及內部斜面鋼梁圖 5.2.6-2 流程二：安裝完成第10、一推進單元下三角形部分65圖 5.2.6-3 流程三：安裝第一推進單元上三角形部分圖 5.2.6-4 流程四：正裝法安裝第一推進單元吊柱及樓層鋼梁66圖 5.2.6-5 流程五：安裝第一推進單元角部桁架圖 5.2.6-2 流程六：安裝第二推進單元巨型桁架、斜面鋼梁、吊柱、樓層鋼梁及角部桁架67圖 5.2.6-7 流程七：同法安裝第三推進單元圖 5.2.6-8 流程八：將支撐移至合攏段區域，安裝合攏段結構5.2.7 臨時支撐同步分級卸載1 確定各工況卸載行程，將各工況中新增構件懸挑最遠端起拱值均分，均分后的值保持在 3mm4mm 為宜，中間部位插值求得。卸載行程計算示意見圖 5.2.7-1。6811、圖 5.2.7-1 卸載行程計算示意圖2 通過調節支撐頂部千斤頂，實現臨時支撐同步分級卸載。5.2.8 變形和應力監測1 通過 ANSYS 反復迭代，計算出懸挑結構安裝預調值。2 選取預調值控制點做為變形和應力監測點。3 結構安裝過程中布置應力應變監測裝置。4 實時監控結構安裝過程，對比傳感器數據及有限元計算結果，確保結構安裝過程安全。6 6材料與設備材料與設備6.1 材料材料材料主要為制作臨時支撐鋼管和型鋼，其余為聚氟乙烯板、錨筋等措施材料，主要材料及性能指標見表 6.1。表 6.1 主要材料及性能指標序號序號材料材料項目項目技術指標技術指標1鋼材H 型鋼/角鋼/鋼板/鋼管Q2352錨筋3012、HRB4003聚氟乙烯板/3mm6.2 設備設備大懸挑復雜空間結構巨型桁架部分主要采用履帶吊吊裝，角部構件主要采用塔吊吊裝，構件吊裝到位主要為焊接。現場主要設備配置見表 6.2。表 6.2 主要設備序號序號名稱名稱備注備注1履帶吊鋼結構吊裝2塔吊鋼結構吊裝3CO2 焊機鋼結構焊接4直流電焊機鋼結構焊接5電焊條烘箱焊條加溫6焊條保溫筒焊條保溫工具7砂輪切割機切割耳板措施材料8空氣壓縮機焊縫返修699加熱、氣割設備加熱、氣割10千斤頂鋼結構安裝11電加熱片鋼結構安裝12扭矩扳手鋼結構安裝13手動扳手鋼結構安裝14電動扳手鋼結構安裝7 7質量控制質量控制7.0.1 質量控制標準鋼結構工程施工質量驗收13、規范 GB50205-2001鋼結構設計規范（GB50017-2003）鋼結構工程施工規范（GB 50755-2012）工程測量規范（GB 50026-2007）鋼結構焊接規范（GB 50661-2011）7.0.2 安裝質量保證措施1 嚴把材料質量關，材料進廠檢驗，堅持每種每批材料檢查出廠合格證、試驗報告，并按規定抽樣復驗各種鋼材的化學成分、機械性能，合格后方能使用。2 生產制作前，向操作工人進行技術交底，使工人熟悉加工圖、工藝流程和質量標準，做到心中有數。3 嚴格執行自檢、互檢、交接檢的三檢制度，堅持三不放過，即質量原因沒有找出不放過，防范措施不放過，責任人沒有處理不放過。4 構件安裝順序14、應按照模擬驗算工況進行，盡快形成一個剛體以便保持穩定，也利于消除安裝誤差。5 利用已安裝好的結構吊裝其他構件和設備時，應進行必要的驗算。6 結構安裝時，注意日照、溫度、焊接等因素變化引起的變形，并采取相應的措施。7 安裝時采取定位測量、焊前、焊后三道測量環節，對鋼構件安裝過程中進行的垂直度測量、中心偏差測量和標高測量，整個過程實施跟蹤測量。7.0.3 焊接質量保證措施1 焊工必須有上崗證，焊材質量符合國家標準，且具備有效真實的質量證明書，焊材由專人保管，建立臺帳，以便跟蹤。2 焊接施工前搭設焊接防護措施（防風棚、防雨棚等），焊接前進行焊口清理，清除焊口處表面的水、氧化皮、銹、油污。焊接時采取合15、理的焊接順序進行施工。3 鋼柱各部件的下料尺寸及連接位置要按圖施工，構件及加工連接尺寸不得大于 3mm。4 鋼結構構件在受力狀態下不得施焊。5 對于 30mm 及以上厚板的焊件，焊接前宜對母材焊道中心線兩側各 2 倍厚板加 30mm 的區域進行超聲波探傷檢查，母材中不得有裂紋、夾層及分層等缺陷存在。6 不同厚度的鋼板、鋼管對接時，將較厚板件焊前倒角，坡度不大于 1：4。7 厚板焊接時，注意嚴格控制焊接順序，防止產生厚度方向上的層狀撕裂。8 對接接頭要求全焊透的角部焊接，在焊縫兩邊配置引弧板和引出板，其材質與焊件相同或通過試驗選用。9 主桿件工地接頭焊接，由兩名焊工在相互對稱的位置以相等速度同時16、施焊。10 引弧板、引出板、墊板的固定焊縫焊在接頭焊接坡口內和墊板上，不得在焊縫以外的母材上70焊接定位焊縫。7.0.4 防腐施工質量保證措施1 構件出廠前需噴涂部位，除銹后噴涂底漆和中間漆，焊接區除銹后涂專用坡口焊保護漆。2 構件安裝后需補涂漆部位有高強螺栓未涂漆部分、現場焊接區以及經碰撞脫落的工廠油漆部分，均涂防銹漆底漆一道。3 鋼構件涂漆前嚴格進行金屬表面噴砂防銹處理，對于現場焊縫，采用噴砂設備除銹，當采用手工除銹時，應不低于 St3 級別。4 所使用的涂料經具資質的檢測部門進行第三方檢測，并進行涂層附著力、防腐油漆的機械性能測試。5 涂裝前鋼材表面除銹符合設計要求和國家現行有關標準的規17、定。處理后的鋼材表面不應有焊渣、焊疤、灰塵、油污、水和毛刺等。6 涂裝時的環境溫度和相對濕度符合涂料產品說明書的要求。7 鋼結構先涂防腐底漆，表面處理后到底漆的時間間隔不超過 6h8 8安全措施安全措施8.0.1 安全標準安全防范工程技術規范（GB 50348-2004）建筑機械使用安全技術規程（JGJ 33-2012）建筑施工安全檢查標準（JGJ 59-2011）施工企業安全生產評價標準（JGJ/T 77-2010）8.0.2 吊裝安全管理措施1 編制確實可行的鋼結構吊裝安全技術措施，明確規定鋼結構吊裝的操作平臺、臨邊防護設施做法。2 嚴格執行高空作業安全規定，對高空施工人員應定期進行健康檢18、查，高血壓、恐高癥、頭暈人員禁止登高作業。3 鋼構件就位時保證其固定牢靠，必要時加設臨時固定措施。4 所有構件吊裝時要合理設置吊點，并系好溜繩。大型構件吊裝設吊耳，禁止采用鋼絲繩捆綁直接起吊。5 吊車起重臂、起吊構件的下方禁止站人。吊裝作業時必須設置警戒線，禁止無關人員出入，構件安裝摘鉤時，下方及周圍嚴禁站人。6 為確保操作者在上下鋼柱時的人身安全，每根鋼柱安裝時配備防墜器。安裝人員上下時，將安全帶掛在防墜器的掛鉤上，避免發生墜落事故。8.0.3 履帶吊安裝安全措施1 合理組織所有施工人員，統一指揮，明確分工，責任到人，各司其責，精心施工，做好詳細的技術交底工作。2 組裝前，必須認真對設備進行19、檢查，包括焊縫，主結構件變形及有無損壞等。3 所有起吊用機具使用前詳細檢查，確認符合安全要求后方可使用。4 高空作業人員必須正確扎掛合格的安全帶，穿軟底鞋，不準隨意往下拋擲工具和物件，高空作業必要時搭設腳手架或采取其他安全措施。5 安裝過程中，防后傾液壓缸控制球閥必須處于工作位置。6 穿繞鋼絲繩時，用麻繩溜住鋼絲繩繩頭或使用穿繞卷揚機協助穿繞鋼絲繩，設專人監護卷揚機，保證鋼絲繩在卷揚機上不松散且鋼絲繩在滑輪槽內布置準確，注意在繩圈內不可站人。717 進行拉筋連接時，固定銷從內側向外側裝入并在外側固定。8 進行快速插頭的連接或斷開時，必須先消除液壓系統中的所有壓力（發動機完全停止后再等 5分鐘）20、，連接或斷開時必須用手擰。9 在后配重和懸浮配重的擺放過程中必須左右交替擺放。10 扳起作業前，對整機進行全面檢查，尤其是對連接部位的連接銷要重點檢查，確認所有部件安裝正確后方可進行扳起作業。11 扳起作業前對人員進行分工，設專人監護變幅卷揚機的抱閘、臂架方向履帶下方基礎等重要部位的變化情況，設專人監護整機的平衡狀況。12 在剛進行扳起作業時，將主鉤繩固定到主臂頭部，防止滑落。在扳起過程中動作平穩，盡量減少停機次數，盡量避免主變幅卷揚機有點動現象。扳起作業時禁止進行吊車有回轉動作。13 在扳起過程中設專人監護履帶吊的整機平衡以及主變幅卷揚機，保持卷揚機上鋼絲繩無松散現象。14 在施工過程中愛護21、設備，各銷孔間要涂抹潤滑油。計量器具必須具有檢驗合格證方可使用。15 嚴禁使用設備作試驗用試重塊，試重塊重量要計算準確，誤差不超過 1%，在試驗過程中逐步加載至所需載荷。16 試重擺放整齊，起吊時，試重保持水平。試重有棱角的捆扎點處應墊管皮或軟物。17 負荷試驗過程中吊車做回轉動作時，有專人監護，防止傷人及碰撞周圍設備，物件等。18 試驗過程中起重指揮由專人負責，指揮信號準確清晰。派專人監護各重要受力部位，履帶的變化等；如出現不正常情況，應立即停止試驗，妥善處理故障后方可繼續進行試驗。19 施工現場設立安全施工作業區，設專人監護，嚴禁無關人員入內。20 安裝部件時，保持現場干凈，及時收集破布、22、廢油。現場作業過程中注意文明施工，做到“工完、料盡、場地清”。21 石灰或者油漆在鋼板上畫線，禁止履帶吊行走時超出預定區域。8.0.4 履帶吊拆除安全措施1 牢固樹立安全第一的思想，認識到安全生產的重要性，做到每天班前教育、班前檢查。嚴格遵守施工現場六大紀律。2 拆除過程中，防后傾液壓缸控制球閥必須處于工作位置。3 在收回鋼絲繩時，設專人監護卷揚機，保證鋼絲繩在卷揚機上不松散且排列整齊。4 進行快速插頭的斷開時，必須先消除液壓系統中的所有壓力（發動機完全停止后再等 5 分鐘），斷開時必須用手擰或使用專用工具拆卸。5 在后配重的拆卸過程中必須左右交替拆卸。6 臂架放落作業前對人員進行分工，設專人23、監護變幅卷揚機、臂架方向履帶下方基礎等重要部位的變化情況，設專人監護整機的平衡狀況。7 在臂架放落中要動作平穩，盡量減少停機次數，盡量避免主變幅卷揚機有點動現象。8 在臂架放落過程中要設專人監護履帶吊的整機平衡以及各變幅卷揚機，保持卷揚機上鋼絲繩無松散現象。9 臂架放落過程中禁止進行回轉動作。10 對拆除各零部件及電氣部件作好標識與記錄，并分類存放，以便于安裝。8.0.5 懸挑結構卸載安全管理措施1 卸載時統一指揮，保證同步。2 卸載前仔細檢查各支撐點的連接情況，讓結構處于自由狀態，不得有附加約束，特別要避免支撐與結構之間的固接。3 卸載前清理雜物，卸載過程中，結構面上下不得進行其它作業。4 24、卸載前作好各種安全措施，并檢查好卸載裝置729 9環保措施環保措施9.0.1 執行當地環保部門的有關規定，組織環境調查，掌握環境狀態。9.0.2 合理安排作業時間，采用低噪音施工機械，減少噪音擾民。9.0.3 在焊接施工時，施工人員必須帶好焊接手套、護目鏡，在附近做好相關的維護措施以減少光污染的發生。對施工現場電焊條等包裝紙、包裝袋及時分類回收，減少環境污染。9.0.4 夜間燈具集中照射，避免燈光擾民。9.0.5 在施工現場設置垃圾桶和廢棄物堆場，按標識分類堆放廢棄物，并派專人負責，下雨時加蓋。有毒有害類的廢棄物不得與無毒無害類廢棄物混放。9.0.6 施工中嚴格執行工完場清工作制度。1010效25、益分析效益分析10.0.1 經濟效益有支撐懸伸推進法結合滿堂支持施工法和無支撐懸伸推進法的優點，采用局部搭設支撐，安裝完成后卸載形成懸挑結構，然后向前推進的形式，很大程度上提高了臨時支撐的周轉率，減少了至少 50%的臨時支撐用量，節約了自然資源。采用有支撐懸伸推進法可以加快施工進度，節約工期，節省吊裝機械設備的租賃費用和人工費，節約社會資源。10.0.2 社會效益采用有支撐懸伸推進法施工，可以提高臨時支撐的周轉率，較少臨時支撐的使用量，節約自然資源。可以加快施工進度，節約工期，節省吊裝機械設備的租賃費用和人工費，節約社會資源。為大懸挑結構施工提供保障，為類似工程提供有力的指導和參考，具有良好的26、社會效益。1111應用案例應用案例11.1 騰訊北京總部大樓工程騰訊北京總部大樓工程11.1.1 工程概況騰訊北京總部大樓項目主樓地下 3 層，地上 7 層，建筑高度 36.20m，巨型桁架分布于建筑外圍，合圍呈 180m180m 的正方形，立面懸挑桁架在切角部位合攏，三處懸挑，最大懸挑 81m，最小懸挑 41.5m，懸挑端部下弦距下部混凝土樓板約 17m，懸挑端部高度約 14m。11.1.2 實施情況騰訊北京總部大樓項目地上部分三處懸挑結構均使用懸伸推進法安裝，安裝過程使用 2 臺 200t履帶吊，1 臺 T630 塔吊，1 臺 S650 塔吊，1 臺 D800 塔吊，其中巨型桁架部分均采用27、履帶吊吊裝，斜面鋼梁、吊柱、角部桁架及樓層鋼梁等結構采用塔吊吊裝。施工時首先吊裝落地段，形成穩定結構，然后使用懸伸推進法吊裝懸挑段。安裝時將巨型桁架安裝分成若干推進單元，以推進單元為單位依次吊裝。首先搭設臨時支撐，安裝巨型桁架懸伸段第一推進單元下三角型構件，形成穩定結構后，再安裝上三角形構件，巨型桁架推進單位安裝完成后，再依次安裝內部對應區域斜面鋼梁、吊柱、樓層鋼梁和角部桁架。一個推進單元安裝完成后，將臨時支撐逐級卸載，轉運至另一推進單元位置，同法安裝該推進單元，直至整個切角位置主要受力構件安裝完成后，拆除臨時支撐，安裝次結構。11.1.3 實施效果73本工程通過該工法的應用，減少了 60%的臨時支撐用量，將臨時支撐周轉率提高至 90%，節約自然資源；同時可以加快施工進度，節約工期約 2 個月，節省吊裝機械設備的租賃費用和人工費，節約社會資源。該技術的使用，為大懸挑結構施工提供保障，增強企業履約能力，為類似工程提供有力的指導和參考，具有良好的社會效益。經北京市住房和城鄉建設委員會鑒定，該技術社會效益和經濟效益顯著，對類似工程具有較好的借鑒與推廣作用，總體達到國內領先水平。