大型悬挑钢结构施工技术要点探讨
姜开丽+陈娜
摘 要：大型悬挑钢结构是大型施工建设工程中必不可少的部分，本文以大型悬挑钢结构施工关键技术为题展开论述，首先对大型悬挑钢结构内涵以及大型悬挑刚结构特征进行了简要介绍，然后从结构设计、测量、吊装设备以及环保技术的应用等方面对大型悬挑钢结构施工技术进行了分析阐述。
关键词：大型悬挑钢结构；施工技术
1 大型悬挑钢结构施工技术要点分析
在钢结构工程的施工前，需要对吊装构件与吊装方式开展专家会审，从而判断吊装方案是否可行，尤其是对于大型构件的吊装，确定可行的吊装方案后，才能解决施工过程中可能出现的吊装难题，而钢结构工程中悬挑大梁的施工更是如此，以下为相应解决方案。
1、悬挑分段
悬挑构件长度为30.361～42.463m，所有构件分两段在工厂制作，每段长度为21m，质量为8t，运输到现场后进行拼装，两段之问采用栓焊连接。
2、吊车选择
根据现场条件复杂状况，吊车不能进入内部，外部有高架平台，钢结构分布面积又大，若采用塔吊，覆盖面积和吊装能力均达不到要求。在外部高架平台外侧采用汽车吊或履带吊直接吊装，距离远、回转半径大，需要300t以上吊车才能满足要求，并且受大楼梯影响，外围不能通行。综合以上因素，决定将外围高架平台进行加固，让两台100t履带吊行走在高架平台上对所有钢结构进行安装。如此，不仅道路比较畅通，而且吊装的半径和高度有所降低。
3、悬挑梁安装方法选择
悬挑长、重且高。悬挑梁尾部通过栓焊与斜柱进行连接，中间为钢管支撑，支撑管上下均为销轴连接。若先安装支撑钢管，钢管临时就位难度大，并且在安装大梁时需要在支撑点高空搭设操作平台，难度较大。若大梁分两段在高空进行拼装，需要搭设临时支撑架对大梁支撑，焊接完毕后拆除胎架，此种方法需要大量的胎架，并且大梁端部的标高难以控制，因为拆除胎架后，悬挑端部必然下挠，此值需要事先确定但难以控制。经综合考虑决定在地面首先将两段拼装焊接成一整榀钢梁，然后与支撑的钢管一并连接在一起，调整好角度后进行吊装。吊装后尾部与钢柱进行连接，支撑管与钢梁通过销轴及时进行连接，整榀大梁以及钢管即安装完毕并形成一稳定结构。在安装钢管上下的穿心板时注意将上部的穿心板焊接牢固，下部的穿心板临时连接在钢管上（可以上下调节），待安装就位后通过测量大梁端部的高度对穿心板伸出长度进行调整以保证大梁端部标高，确保就位精度。
4、钢结构安装顺序
采用2台吊车在东西看台同时施工，并且从南向北依次进行安装，安装完主悬挑大梁后及时连接之间的次梁，确保构件的整体稳定性。各个结构安装要点如下：
（1）桁架主构件安装
悬挑结构安装前，主体结构的施工进度及已完构件的安装质量和承载能力应满足悬挑构件的安装条件。要确保钢支撑搭设完毕，并复验各节点焊接质量，以及轴线和标高是否正确，确保已完成安装的结构尺寸可与悬挑结构尺寸闭合。
本工程悬挑结构在6层以上，悬挑构件安装前，要完成5层箱型梁、主梁及水平支撑的安装，校正后，拧紧螺栓（但不焊接）。此工程中悬挑桁架结构分3跨进行递进安装，为保证质量在安装过程中梁上柱垂直于箱型梁，钢柱安装就位后要校正轴线柱，然后安装主梁。
主桁架体系形成后，要复核水平轴线和标高，然后进行预期回调。回调过程中要随时观察构件的变形情况，经确认变形在预期范围内之后才可进行桁架的焊接工作。
（2）桁架次构件安装
桁架主构件焊接验收合格后，进行桁架次构件、五层箱型梁根部的三角加劲及上部构件的安装和焊接工作，上部构件的安装依然遵循从下至上、从里至外的递进式安装方式。安装过程中要随时观测构件变形情况，利用全站仪控制好各构件的安装精度，变形经复核无误后，才可继续进行上部构件的安装。
（3）钢结构支撑体系卸载
所谓卸载是指将钢结构从支撑体系受力状态下转换到钢结构自由受力状态的过程。卸载过程中，杆件的内应力随时变化，所以在选择卸载工况时，必须保证将杆件内应力控制在设计允许范围内，且尽量保证每一个卸载点同步卸载。针对工程安装顺序，卸载分两次进行，每个千斤顶作为一个卸载点。根据支撑架的布置，共设置8个千斤顶，每榀桁架下部设置2个。
5、钢结构焊接
本工程大悬挑钢结构总量大，节点构造复杂，悬挑桁架均采用斜交斜放，易出现累计偏差，且构件大部分要求高空散装焊接，焊接难度大。针对工程特点及钢材材质、焊接位置、坡口形式等，选定合适的焊接材料、焊接参数，并进行现场焊接试验。但要控制好焊接质量，还要做好现场管理，让焊接人员严格遵照焊接工艺流程和相关焊接规范或标准要求施焊，保证该打磨的一定要打磨干净，该预热的一定要预热，控制好层间温度，做好焊后保温，控制好焊接过程中各环节质量，从而保证整个钢结构工程的焊接质量。
2 大型悬挑钢结构施工质量控制
1、根据设计图，在拼装工作台上测定出待拼装钢结构在拼装状态下的水平投影，主要包括：轴线、外廓线、节点大样及待拼装体的平面挠度。安装测量主要采用常规测量仪器，以极坐标、直角坐标及距离交会等常规测量方法进行。在用钢尺量距时要采用标准拉力、进行尺长修正。待拼装体的平整度、高度及竖向挠度采用水准测量进行控制。安装测量的精度要求很高，尤其是纵向长度和与原结构连接处的细部节点。对于关键部位，要求任意点的点位测量误差不大于±0.5mm；其余部位，要求任意点的点位测量误差不大于±1.0mm。为保证测量精度，对于关键部位要采用规化法进行测设；为提高划线精度，采用钢针划线，划线宽度小于0.1mm。拼装结束后，对拼装体的几何尺寸进行验收测量，为最终安装提供依据。
2、安全平网沿建筑物外侧3.0m处搭设，距梁上皮2.0m处在安装部位的下节柱挑出，随安装层次设置平网一层。随吊装层支搭大孔网，当层高小于4m时，安全网隔层设置。
立网挂于正在浇筑楼面混凝土的层次于建筑物的四周封满，为一节柱长小网眼，随施工逐层上升，当影响外墙板安装时，拆除此部分。在三角撑横向梁的上翼缘焊接两根脚手管，将安全带绑在脚手管上，以保证施工人员的安全。
3、为保证结构安装的质量，施工前采用钢结构深化设计软件将悬臂安装所需的各项临时稳固措施和定位校正措施纳入悬臂深化设计模型。采用有限元分析软件模拟施工各步骤，模拟各阶段的力学计算，以及最不利工况条件下各阶段结构的变形和受力特征，确定出临时支撑措施的工作性能，从而判定安装步骤分区、分跨、阶段延伸安装的安全性、可靠性，用以指导施工，以确保整个工程质量的安全可靠。
3 结束语
总之，随着我国经济的高速发展，高层建筑设计正日益向综合型多用途发展，为满足各类高层建筑的功能要求和城市美观的要求，高层建筑结构体型也进一步复杂化，其特点是向着高度更高、体型更复杂、功能综合性更强的方向发展。建筑多功能的使用要求引起了结构体型和结构形式的多样化，如带转换层结构、连体结构、竖向收进和悬挑结构、带加强层结构、平而不规则结构等，这几种结构形式的组合就是近年来使用比较多的几种结构形式。这些新颖的建筑结构形式给人耳口一新的视觉冲击感的同时也给建筑结构施工制造了很多难题。
参考文献
[1]方胜利.大型悬挑钢结构施工关键技术研究[D].武汉理工大学2011
[2]姚雪峰.大型钢结构常用施工方法及其适应性探讨[J].科技信息.2011（23）
[3]路程，晏宏辉，邓德员，钟红春，汪永胜，张书和.超高层建筑大跨度悬挑钢结构施工技术研究[A].第五届全国建筑结构技术交流会论文集[C].2015
摘 要：大型悬挑钢结构是大型施工建设工程中必不可少的部分，本文以大型悬挑钢结构施工关键技术为题展开论述，首先对大型悬挑钢结构内涵以及大型悬挑刚结构特征进行了简要介绍，然后从结构设计、测量、吊装设备以及环保技术的应用等方面对大型悬挑钢结构施工技术进行了分析阐述。
关键词：大型悬挑钢结构；施工技术
1 大型悬挑钢结构施工技术要点分析
在钢结构工程的施工前，需要对吊装构件与吊装方式开展专家会审，从而判断吊装方案是否可行，尤其是对于大型构件的吊装，确定可行的吊装方案后，才能解决施工过程中可能出现的吊装难题，而钢结构工程中悬挑大梁的施工更是如此，以下为相应解决方案。
1、悬挑分段
悬挑构件长度为30.361～42.463m，所有构件分两段在工厂制作，每段长度为21m，质量为8t，运输到现场后进行拼装，两段之问采用栓焊连接。
2、吊车选择
根据现场条件复杂状况，吊车不能进入内部，外部有高架平台，钢结构分布面积又大，若采用塔吊，覆盖面积和吊装能力均达不到要求。在外部高架平台外侧采用汽车吊或履带吊直接吊装，距离远、回转半径大，需要300t以上吊车才能满足要求，并且受大楼梯影响，外围不能通行。综合以上因素，决定将外围高架平台进行加固，让两台100t履带吊行走在高架平台上对所有钢结构进行安装。如此，不仅道路比较畅通，而且吊装的半径和高度有所降低。
3、悬挑梁安装方法选择
悬挑长、重且高。悬挑梁尾部通过栓焊与斜柱进行连接，中间为钢管支撑，支撑管上下均为销轴连接。若先安装支撑钢管，钢管临时就位难度大，并且在安装大梁时需要在支撑点高空搭设操作平台，难度较大。若大梁分两段在高空进行拼装，需要搭设临时支撑架对大梁支撑，焊接完毕后拆除胎架，此种方法需要大量的胎架，并且大梁端部的标高难以控制，因为拆除胎架后，悬挑端部必然下挠，此值需要事先确定但难以控制。经综合考虑决定在地面首先将两段拼装焊接成一整榀钢梁，然后与支撑的钢管一并连接在一起，调整好角度后进行吊装。吊装后尾部与钢柱进行连接，支撑管与钢梁通过销轴及时进行连接，整榀大梁以及钢管即安装完毕并形成一稳定结构。在安装钢管上下的穿心板时注意将上部的穿心板焊接牢固，下部的穿心板临时连接在钢管上（可以上下调节），待安装就位后通过测量大梁端部的高度对穿心板伸出长度进行调整以保证大梁端部标高，确保就位精度。
4、钢结构安装顺序
采用2台吊车在东西看台同时施工，并且从南向北依次进行安装，安装完主悬挑大梁后及时连接之间的次梁，确保构件的整体稳定性。各个结构安装要点如下：
（1）桁架主构件安装
悬挑结构安装前，主体结构的施工进度及已完构件的安装质量和承载能力应满足悬挑构件的安装条件。要确保钢支撑搭设完毕，并复验各节点焊接质量，以及轴线和标高是否正确，确保已完成安装的结构尺寸可与悬挑结构尺寸闭合。
本工程悬挑结构在6层以上，悬挑构件安装前，要完成5层箱型梁、主梁及水平支撑的安装，校正后，拧紧螺栓（但不焊接）。此工程中悬挑桁架结构分3跨进行递进安装，为保证质量在安装过程中梁上柱垂直于箱型梁，钢柱安装就位后要校正轴线柱，然后安装主梁。
主桁架体系形成后，要复核水平轴线和标高，然后进行预期回调。回调过程中要随时观察构件的变形情况，经确认变形在预期范围内之后才可进行桁架的焊接工作。
（2）桁架次构件安装
桁架主构件焊接验收合格后，进行桁架次构件、五层箱型梁根部的三角加劲及上部构件的安装和焊接工作，上部构件的安装依然遵循从下至上、从里至外的递进式安装方式。安装过程中要随时观测构件变形情况，利用全站仪控制好各构件的安装精度，变形经复核无误后，才可继续进行上部构件的安装。
（3）钢结构支撑体系卸载
所谓卸载是指将钢结构从支撑体系受力状态下转换到钢结构自由受力状态的过程。卸载过程中，杆件的内应力随时变化，所以在选择卸载工况时，必须保证将杆件内应力控制在设计允许范围内，且尽量保证每一个卸载点同步卸载。针对工程安装顺序，卸载分两次进行，每个千斤顶作为一个卸载点。根据支撑架的布置，共设置8个千斤顶，每榀桁架下部设置2个。
5、钢结构焊接
本工程大悬挑钢结构总量大，节点构造复杂，悬挑桁架均采用斜交斜放，易出现累计偏差，且构件大部分要求高空散装焊接，焊接难度大。针对工程特点及钢材材质、焊接位置、坡口形式等，选定合适的焊接材料、焊接参数，并进行现场焊接试验。但要控制好焊接质量，还要做好现场管理，让焊接人员严格遵照焊接工艺流程和相关焊接规范或标准要求施焊，保证该打磨的一定要打磨干净，该预热的一定要预热，控制好层间温度，做好焊后保温，控制好焊接过程中各环节质量，从而保证整个钢结构工程的焊接质量。
2 大型悬挑钢结构施工质量控制
1、根据设计图，在拼装工作台上测定出待拼装钢结构在拼装状态下的水平投影，主要包括：轴线、外廓线、节点大样及待拼装体的平面挠度。安装测量主要采用常规测量仪器，以极坐标、直角坐标及距离交会等常规测量方法进行。在用钢尺量距时要采用标准拉力、进行尺长修正。待拼装体的平整度、高度及竖向挠度采用水准测量进行控制。安装测量的精度要求很高，尤其是纵向长度和与原结构连接处的细部节点。对于关键部位，要求任意点的点位测量误差不大于±0.5mm；其余部位，要求任意点的点位测量误差不大于±1.0mm。为保证测量精度，对于关键部位要采用规化法进行测设；为提高划线精度，采用钢针划线，划线宽度小于0.1mm。拼装结束后，对拼装体的几何尺寸进行验收测量，为最终安装提供依据。
2、安全平网沿建筑物外侧3.0m处搭设，距梁上皮2.0m处在安装部位的下节柱挑出，随安装层次设置平网一层。随吊装层支搭大孔网，当层高小于4m时，安全网隔层设置。
立网挂于正在浇筑楼面混凝土的层次于建筑物的四周封满，为一节柱长小网眼，随施工逐层上升，当影响外墙板安装时，拆除此部分。在三角撑横向梁的上翼缘焊接两根脚手管，将安全带绑在脚手管上，以保证施工人员的安全。
3、为保证结构安装的质量，施工前采用钢结构深化设计软件将悬臂安装所需的各项临时稳固措施和定位校正措施纳入悬臂深化设计模型。采用有限元分析软件模拟施工各步骤，模拟各阶段的力学计算，以及最不利工况条件下各阶段结构的变形和受力特征，确定出临时支撑措施的工作性能，从而判定安装步骤分区、分跨、阶段延伸安装的安全性、可靠性，用以指导施工，以确保整个工程质量的安全可靠。
3 结束语
总之，随着我国经济的高速发展，高层建筑设计正日益向综合型多用途发展，为满足各类高层建筑的功能要求和城市美观的要求，高层建筑结构体型也进一步复杂化，其特点是向着高度更高、体型更复杂、功能综合性更强的方向发展。建筑多功能的使用要求引起了结构体型和结构形式的多样化，如带转换层结构、连体结构、竖向收进和悬挑结构、带加强层结构、平而不规则结构等，这几种结构形式的组合就是近年来使用比较多的几种结构形式。这些新颖的建筑结构形式给人耳口一新的视觉冲击感的同时也给建筑结构施工制造了很多难题。
参考文献
[1]方胜利.大型悬挑钢结构施工关键技术研究[D].武汉理工大学2011
[2]姚雪峰.大型钢结构常用施工方法及其适应性探讨[J].科技信息.2011（23）
[3]路程，晏宏辉，邓德员，钟红春，汪永胜，张书和.超高层建筑大跨度悬挑钢结构施工技术研究[A].第五届全国建筑结构技术交流会论文集[C].2015
