倒掛結構層隨大跨度鋼桁架協同整體提升施工工法

《倒掛結構層隨大跨度鋼桁架協同整體提升施工工法》是廣東省第二建築工程有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是王建忠、林璟、陳任良、肖榮和、黃進雄、李金水、陳丹麟、陳坤煌；適用範圍是新建工程大跨度鋼桁架的安裝，特別適用於設倒掛結構層或施工場地有限的項目。

《倒掛結構層隨大跨度鋼桁架協同整體提升施工工法》主要的工法特點是：在地面完成大跨度鋼桁架的拼裝後，進行低標高處同工況監測；採用後施工協同提升的倒掛結構層施工方法；實際施工前，對結構的受力情況進行分析。

2018年12月24日，《倒掛結構層隨大跨度鋼桁架協同整體提升施工工法》被廣東省住房和城鄉建設廳評定為2018年度廣東省省級工法。

基本介紹

• 中文名：倒掛結構層隨大跨度鋼桁架協同整體提升施工工法
• 工法編號：GDGF467-2018
• 完成單位：廣東省第二建築工程有限公司
• 主要完成人：王建忠、林璟、陳任良、肖榮和、黃進雄、李金水、陳丹麟、陳坤煌
• 審批單位：廣東省住房和城鄉建設廳
• 主要榮譽：廣東省省級工法（2018年度）

形成原因

鋼桁架連廊結構在現代建築中占據了相當的地位，隨著多高層建築的快速發展，如雨後春筍般出現。在各種公共建築、商業建築、體育建築中經常會看到鋼桁架連廊結構，這種結構在滿足使用功能的同時，可以成為一道獨有的風景線，還能夠和周圍的建築呼應。

截至2018年，為了兼顧實用與美觀，鋼桁架連廊結構設計在向大跨度發展之餘，還出現了連廊設倒掛結構層的形式，從建築上實現了建築使用空間與門廊景觀的結合。這種形式的結構給施工帶來了兩大難題，一是增加了吊裝的重量，二是安裝必須採用逆作法。

廣東省第二建築工程有限公司承建的廣東以色列理工學院（籌）一期校區（北校區）建設項目，共有17座單體，建築面積約10.17萬平方米，其中辦公樓為鋼框架結構，設計有一個46米跨度的鋼桁架連廊結構，設一層倒掛結構層。項目場地較為狹小，工期較短且安裝精度要求高。

廣東省第二建築工程有限公司成立了技術套用課題研究小組，以廣東以色列理工學院（籌）一期校區（北校區）建設項目為研究實例，以BIM技術為輔助，進行了一系列研究與實踐，綜合地解決了大跨度鋼桁架設倒掛結構層吊裝施工的技術質量問題，形成了《倒掛結構層隨大跨度鋼桁架協同整體提升施工工法》。

工法特點

《倒掛結構層隨大跨度鋼桁架協同整體提升施工工法》的工法特點是：

1.該工法在地面完成大跨度鋼桁架的拼裝後，進行低標高處同工況監測，通過對桁架的弦桿、腹桿端部等一些內力較大的截面的應變監測來掌握結構的工作狀態、受力性能，驗證結構安全性。

2.採用了後施工協同提升的倒掛結構層施工方法，在保證不影響結構的情況下，使結構在較低標高處完成拼裝工作，保證了施工質量和安全。

3.進行實際施工前，採用結構分析軟體SAP2000進行計算，並通過BIM模型對提升吊裝過程進行模擬，對結構的受力情況進行分析，以保證各個吊點受力安全，結構不發生超出設計和規範要求的變形。

操作原理

適用範圍

《倒掛結構層隨大跨度鋼桁架協同整體提升施工工法》適用於新建工程大跨度鋼桁架的安裝，特別適用於設倒掛結構層或施工場地有限的項目。

工藝原理

《倒掛結構層隨大跨度鋼桁架協同整體提升施工工法》的工藝原理敘述如下：

1.低標高處結構同工況監測

在地面完成大跨度鋼桁架的拼裝後，整體提升至離地標高300毫米處，通過對桁架的弦桿、腹桿端部等一些內力較大的截面的應變監測來掌握結構的工作狀態、受力性能，確定是否能保證結構安全，是否能吻合理論分析結果。在低標高進行同工況監測，可以避免結構安裝在高標高后出現結構安全問題，及時在完全提升前驗證結構安全性，降低潛在風險。

2.倒掛結構層後施工協同提升

完成鋼桁架連廊結構拼裝後，倒掛結構層先不進行安裝，在鋼桁架連廊結構提升一層高度後，進行倒掛結構層結構的施工，最終協同整體提升完成提升。該方案在保證不影響結構的情況下，使結構在較低標高處完成拼裝工作，具有施工方便，質量、安全可控的特點。

施工工藝

• 工藝流程

《倒掛結構層隨大跨度鋼桁架協同整體提升施工工法》的工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

操作要點

《倒掛結構層隨大跨度鋼桁架協同整體提升施工工法》的操作要點如下：

一、施工準備

1.首先對圖紙要充分熟悉，詳細核查施工圖紙和現場實測尺寸，以確保設計加工的完善，同時結構圖紙及其他專業圖紙進行核對，發現其不相符部位，儘早採取有效措施修正。

2.對施工所需的工具、器具、設備提出供應計畫，具體到型號、數量、供應時間等，並將計畫送交倉庫、採購等部門，進行準備。

3.根據施工圖紙及工程情況，做出詳細的材料訂貨供應計畫單，根據施工進度計畫安排好所有材料的供貨時間，材料進場要按所提交的數量、規格、質量標準嚴格把關，並按各規格分類堆碼、保護。

二、提升支架、下吊點設定

採用液壓同步提升設備進行整體提升，需要設定專用提昇平台，用於放置液壓提升器及液壓泵源系統等設備，並用於設備安裝和操作。提升下吊點為直接與待提升結構連線的臨時吊點結構，用於安裝提升地錨座，並通過鋼絞線與提昇平台上的液壓提升器連線。提升支架，由水平提升梁、豎向支撐和斜撐組成，提升支架設定形式如圖所示。其規格、長度需根據提升結構重量計算。

圖2 提升支架類型1示意圖1

圖3 提升支架類型1示意圖2

圖4 提升支架類型2示意圖1

圖5 提升支架類型2示意圖2

該項目東北角吊點採用上吊點類型2，其餘三吊點採用類型1。提升支架類型2後拉斜撐連線處需設定豎直加固桿件，桿件採用H450x400x12x20。

所有提升下吊點一律設定在桁架上弦。在桁架上弦焊接吊具，吊具中心開孔直徑180毫米。吊具下方設定加固勁板，勁板厚度20毫米。下吊點設定示意圖如圖6。

圖6 提升下吊點設定示意圖

圖7 下吊具詳圖

三、大跨度鋼桁架拼裝

1.上弦桿件、下弦桿件加工按設計要求分成三段加工、其他腹桿按設計要求加工並運至施工現場。

2.地面彈線放樣：按施工圖及加工圖要求，在地面上彈線放樣，分三段拼接，確保每榀桁架各段截面尺寸及其桿件安裝位置準確、角度符合要求。

3.地面找平，用200高工字型鋼墊，按間距@3000布置，鋼構件按設計要求及加工圖要求安放和對接。

4.檢查預拼後的構件尺寸是否滿足桁架梁的設計要求及施工規範要求。

5.按桁架梁所提升軸線位置先豎起南面第一段→槽鋼斜撐固定→連線下弦桿與北面另一榀桁架梁構件→豎起北面對應第一段並連線下弦桿→槽鋼斜撐固定→兩桁架樑上弦桿桿件間連線形成穩定的整體體系。豎起第二段和第三段桁架梁與第一段相同。

6.用200號槽鋼作對稱支撐焊接固定，與地面夾角為45°～60°之間，地面用膨脹螺栓焊接。

7.對符合要求的桁架樑上、下弦桿、豎（斜）腹桿的連線點進行焊接固定。

8.三段拼裝後檢查焊接構件長度、高度、及焊接應力造成的變形是否滿足設計和規範要求。

9.為確保桁架梁在提升過程的整體穩定性及牢固性，對下弦桿拼接部位用箱型梁同等規格、型號鋼板加固下面，長度從焊縫每邊長500毫米，寬度為梁寬每邊另加20毫米；桁架樑上下弦端部用上下弦桿件相同厚度的板封端部，比梁周邊大100，再用相同厚度的三角形鋼板在梁四個邊各加焊加勁肋加固。

圖8 大跨度鋼桁架拼裝完成示意圖

四、計算機同步提升控制系統調試

1.逐點調試

待所有承載結構達到承載條件，液壓油管連線完成後逐點調試提升器，使用手持器於液壓泵站邊操作。調試步驟包括：

①逐一試驗各操作指令，檢查泵站信號顯示是否正確；

②啟動錨具泵，操作上錨緊，同時注意錨具泵壓力顯示；

③按照操作規程逐一試驗，確保錨具油管連線正確，錨具泵油路工作正常；

④開上錨，啟動主泵，調節泵站壓力，單點升缸，空載運行兩個行程，試驗油缸工作及油路系統；

通過上述試驗流程，確定油缸、泵站均正常後，調節泵站壓力3兆帕，預張緊鋼絞線。

2.整體調試

逐點調試完4台提升器後，連線操作櫃和電腦，開始整體調試。

整體調試步驟包括：

①各台泵站送電，連線通訊，人機界面顯示；

②暫不啟動泵站，注意試驗各操作指令，觀察泵站指令顯示，確保信號傳輸正常；

③啟動各台泵站錨具泵，逐一試驗錨具泵操作指令，對應觀察油缸狀態，觀察人機界面錨具感測器顯示情況；

④然後啟動主泵，縮缸至底部，對應觀察油缸動作，觀察人機界面拉繩感測器顯示情況；

⑤開上錨，整體空載運行油缸，對應觀察油缸動作，觀察人家界面拉繩感測器和壓力感測器顯示情況；

完成上述調試工作後，填寫提升系統調試記錄，等待下一步操作指令。

五、安裝倒掛結構層

1.全面檢查確保絕對安全後，啟動提升系統，通過計算機同步控制技術，各提升吊點同步載入試提升約300毫米，設備鎖定、暫停，靜止24小時，監測應變及位移數據，全面觀測、檢查。

圖9 大跨度鋼桁架預提升示意圖

2.全面檢查確認提升臨時設施（提升上吊點、提升下吊點）、提升系統以及主樓、鋼結構本體等均安全情況下或在可控範圍之內，繼續整體提升一段高度，為補裝倒掛結構層預留安裝位置。

3.補裝倒掛結構，與原提升結構拼裝成整體，監測應變及位移數據。

圖10 倒掛結構層安裝示意圖

六、低標高處結構同工況監測

對於整個大跨度鋼桁架的應力檢測，直接測定出應力比較困難，該工法採用振弦式應變計及相應的採集設備對結構應變進行監測。鋼材的應力應變曲線在彈性階段基本呈線性，即：σ=Eε，則鋼試件在彈性階段的應力可由測得的應變乘以鋼材的實際彈性模量計算得出。

為在低標高處充分模擬結構工況，鋼桁架及倒掛結構層拼裝完成後，先預提升300毫米，並靜止24小時，確保受力穩定，再進行監測數據採集及受力、應變分析，與提升過程分析計算進行對比，確保結構整體的安全性。

七、結構離地分級載入

確保結構安全後，進行分級載入，分級載入按30%、60%、90%、100%逐步進行。在分級載入過程中，需實時做好如下監控工作，通過應力應變監控系統對待提升結構和提升支架受力、變形情況進行實時觀測。

八、提升到位，焊接卸載

1.倒掛結構層協同整體提升，運用計算機同步提升技術，保證結構平衡性，鋼桁架提升至接近設計標高位置，各提升吊點通過計算機系統的“微調、點動”功能，最終使鋼結構精確達到設計位置。

2.鋼結構提升到位後，設備暫停、鎖定，進行鋼結構的對口焊接，監測應變及位移數據。

3.待鋼結構對口焊接完成後，液壓提升系統各吊點同步分級緩慢卸載，使鋼結構受力轉換至設計狀態，拆除提升設備，提升完成。監測獲得最後的應變及位移數據。

圖13-1 提升到位焊接卸載過程示意圖

圖13-2 提升到位焊接卸載過程示意圖

圖13-3 提升到位焊接卸載過程示意圖

圖13-4 提升到位焊接卸載過程示意圖

勞動力組織

《倒掛結構層隨大跨度鋼桁架協同整體提升施工工法》所需人員及分工見表1。

材料設備

一、材料

《倒掛結構層隨大跨度鋼桁架協同整體提升施工工法》法所需主要施工材料見表2。

二、主要施工機械設備

《倒掛結構層隨大跨度鋼桁架協同整體提升施工工法》所需要設備如表3所示。

質量控制

《倒掛結構層隨大跨度鋼桁架協同整體提升施工工法》的質量控制要求如下：

一、質量控制標準

1.《鋼結構工程施工質量驗收規範》（GB50205-2001）；

2.《鋼結構焊接規範》（GB50661-2011）；

3.《鋼結構工程施工規範》（GB50755-2012）。

二、質量保證措施

1.板材在其加工、運輸過程中要輕拿輕放，手推車運輸時採用軟物襯墊、分隔及固定，避免磕碰或破損。並根據使用部位、尺寸進行分層、分類碼放，減少其移動次數，避免破損。

2.實行樣板制度。安裝前首先做樣板施工，經相關單位確認後方可大面積施工。

3.板材安裝必須保證拼縫大小統一，橫平豎直，豎向縫隙為6毫米，水平縫隙為6毫米。窗台、女兒牆壓頂部分收向正確。

4.已安裝完成牆面貼上成品保護警示牌，防止面層污染與損壞。

5.拆除腳手架時要設專人看護，不得碰撞牆面，拆除前將腳手架上材料等清理乾淨，以免墜落碰壞牆面。

6.焊接質量控制

（1）所有焊工必須持有效證件上崗，且從事與證件中內容相符的焊接工作。

（2）現場焊接檢驗人員由專職焊接質檢員擔任，且持有有效的崗位合格證書。

（3）施焊前，技術人員對焊工作好技術交底，組織焊工學習焊接作業指導書及操作規程。

（4）焊接工藝評定，按《建築鋼結構焊接規程》的規定進行，若不合格，應重新評定至合格，包括手工電弧焊，半自動焊，埋弧自動焊等焊接方法。無損檢測工作由持有效證件的無損探傷人員擔任。

（5）焊材由器材部門主管，質檢員、專業技術人員配合。建立焊材進廠，驗收、保管、發放制度，並嚴格執行。焊材質量符合國家標準，且具備有效真實的質量證明書或檢驗報告。焊材由專人保管、烘乾、發放，建立台帳，以便跟蹤。

7.用於製作的材料（鋼材、焊材、塗料）在製作全過程進行跟蹤管理，保證可追溯性。

8.工序控制必須嚴格按照各分部分項工程的質量控制程式進行控制，對關鍵工序、特殊工序應編制工藝操作規程和質量控制點檔案，實施重點質量控制。各質量程式控制圖附後。

9.為保證達到設計要求，施工前必須徹底清除板面的油污、灰塵等雜物，使用平整的鋼板，用噴砂處理後，板面必須無氧化皮和其他雜物。在需要的情況下，採取連線面生浮銹後用鋼絲刷清除浮銹的方法，以提高連線件摩擦面的抗滑移係數。

10.為保證主桁架結構的安裝精度要求，成品構件出廠前進行預拼裝處理，檢驗、測量構件拼裝整體質量，並作好記錄，對安裝誤差較大的構件分析原因，進行調校，重新進行預拼裝，直至其符合構件安裝驗收規範。

11.同步提升控制

為做好該案同步控制工作，配置4套拉繩感測器、4套壓力感測器，協同控制。在泵站配置時：同型號泵站（輸出油量相同）驅動數量相同的提升器，且每台主泵所驅動的提升器負載相同，則每台提升器升缸速度基本同步；而不同型號泵站以及驅動數量不同的提升器則可以通過調整變頻器的工作頻率使得每台主泵輸出與提升器數量對應的油量而達到整體同步。在每一個提升行程內，通過觀察拉繩感測器顯示數量確保每台提升器升缸到頂；在每個6米的提升階段內，通過壓力感測器顯示的壓力來確認是否可以持續提升，一般控制壓力偏移範圍為20%；在每一個6米階段的提升完成後，停止提升，利用儀器測量標高，以確定偏差情況，調整結構姿態，然後繼續提升。

安全措施

採用《倒掛結構層隨大跨度鋼桁架協同整體提升施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.施工現場全範圍設定安全防護安全繩，做到工人操作時不脫離安全繩。

2.進入現場必須遵守安全生產六大紀律。

3.吊裝前應檢查機械、索具、夾具、吊環等是否符合要求並應進行試吊。

4.吊裝時必須有統一的指揮、統一的信號。

5.高空作業人員必須系安全帶，安全帶生根處應做到高掛低用及安全可靠。

6.高空作業穿著要靈便，禁止穿硬底鞋、高跟鞋、拖鞋和帶釘的鞋。

7.吊車行走道路和工作地點應堅實平整，以防沉陷發生事故。

8.六級以上大風和雷雨、大霧天氣，應暫停露天起重和高空作業。

9.構件在未經校正、焊牢或固定之前，不準松繩脫鉤。

10.起吊構件時，不可中途長時間懸吊、停滯。

11.起重吊裝所用之鋼絲繩，不準觸及有電線路和電焊搭鐵線或與堅硬物體摩擦。

12.鋼桁架吊裝時，吊裝過程中控制汽車吊的提升速度，保持一致，嚴格禁止拖拽構件。

13.吊裝過程採用封閉式操作，禁止一切人員在吊物下作業，吊裝區域應設定警戒線，危險點須設專人監護。

14.設人隨時檢查鋼絲繩、卸扣作業情況。

15.現場臨時用電採用三相五線制，所有用電設備作可靠接地，設專人操作。

16.現場做好電氣焊防火措施，施工作業配備乾粉滅火器和水桶。

17.現場起重機應有準用證和信號指揮人員；電焊機應有出廠合格證；起重工、焊工等特種人員必須持證上崗。

環保措施

《倒掛結構層隨大跨度鋼桁架協同整體提升施工工法》的環保措施如下：

1.高空焊接作業時，應設定遮光罩，減少焊接亮光造成的光污染。

2.將施工作業限制在工程建設允許的範圍內，合理布置、規範圍擋，做到標牌清楚、齊全，各種標識醒目，施工場地整潔文明。

效益分析

《倒掛結構層隨大跨度鋼桁架協同整體提升施工工法》的效益分析如下：

一、經濟效益

1.該工法大跨度鋼桁架主要在地面進行拼裝，減少安裝機械台班及人工，降低施工難度，縮短施工工期，保證施工質量。

2.該工法在地面完成大跨度鋼桁架的拼裝後，提升至低標高處進行結構同工況監測，確保結構工作狀態符合設計要求後，採用後施工協同吊裝的倒掛結構層施工技術，有效減少結構變形，避免返工。

3.該工法採用BIM進行受力分析模擬，能夠使確定構件的受力情況，為同工況監測提供理論對比值，同時選擇最適合的起重、提升機械，減少功率的浪費

4.該工法解決了大跨度鋼桁架連廊吊裝場地問題，突破了安裝跨度和高度的限制，降低了安裝的安全風險，提高了施工質量。

二、社會效益

大跨度鋼桁架結構設倒掛結構層，能夠有效地增加建築物的面積，同時滿足塔樓之間的連線，是一種廣泛套用的結構形式。該工法針對該結構形式，提出了一種高效快捷，精度高的整體提升方案。該工法操作空間要求小，可以克服狹小場地的困難，節約施工用地，符合綠色施工的節地要求。隨著BIM技術的推廣套用，該工法BIM模擬難度下降，受力分析及施工過程模擬有利於驗證安全性，為危險性較大分部分項工程的安全施工方案專家論證提供支撐。

套用實例

《倒掛結構層隨大跨度鋼桁架協同整體提升施工工法》在廣東以色列理工學院（籌）一期校區（北校區）建設項目的套用情況如下：

倒掛結構層隨大跨度鋼桁架協同整體提升工法套用於廣東以色列理工學院（籌）一期校區（北校區）建設項目辦公樓大跨度鋼桁架連廊結構吊裝，工程質量及工期均滿足預期要求。

吊裝鋼桁架鋼樑總長度為：46米，高度為：6～8米，材質：Q345B，上下弦桿截面均為800毫米×800毫米箱型梁，長度：46米；單榀豎向腹桿總計6根，其中450毫米×450毫米箱型梁4根，500毫米×500毫米箱型梁1根，500毫米×500毫米箱型梁1根；單榀斜腹桿總計7根，其中400毫米×400毫米箱型梁4根，500毫米×800毫米箱型梁3根，分為南立面和北立面桁架，共兩榀，居中安裝在教學樓（2-4）軸交（1-D）軸與辦公樓（1）軸交（A）軸及教學樓（2-4）軸交（1-H）軸與辦公樓（3）軸交（D）軸往（E）軸方向3.66米處的辦公樓與教學樓間的連廊上；兩桁架之間連廊鋼構箱型梁連線，桁架下設倒掛結構層；提升總重量總計約500T。桁架梁下弦桿頂面標高為：23.35米。

該工程鋼連廊結構提升安裝工期為：提升設備安裝、調試——4天；屋面層結構試提升、正式提升——2天；五層結構拼接——3天；連廊整體試提升、正式提升就位——2天；連廊對接、卸載——3天；合計14天。

從實際施工過程及完成效果看，採用該工法進行鋼桁架連廊設倒掛結構從吊裝施工，施工簡單快捷，施工工期短，可以減少施工成本，施工質量好，安裝誤差滿足設計及規範要求。施工過程中全程由華南理工大學團隊進行監測，監測結果符合要求。

榮譽表彰

2018年12月24日，廣東省住房和城鄉建設廳以“粵建市函〔2018〕2933號”檔案發布《廣東省住房和城鄉建設廳關於公布2018年度廣東省省級工法的通知》，《倒掛結構層隨大跨度鋼桁架協同整體提升施工工法》被評定為2018年度廣東省省級工法。