懸臂鋼桁架的臨時(shí)支撐胎架安裝與拆除工藝

凃家豪 紀(jì)曉龍 王 路 李 敏 陳國(guó)秀

中建四局深圳總承包公司 廣東 深圳 518048

1 研究現(xiàn)狀和背景

在一般的鋼結(jié)構(gòu)安裝工程施工過(guò)程中，大部分采用單榀胎架進(jìn)行臨時(shí)支撐。對(duì)于大體量、大質(zhì)量的鋼結(jié)構(gòu)安裝工程，由于單榀胎架難以承受過(guò)大的荷載，故可采取組合式胎架作為支撐體系，以分散集中荷載的作用，達(dá)到受力均勻的效果，保證施工安全及對(duì)既有結(jié)構(gòu)的保護(hù)[1-2]。

2 工程概況

大疆天空之城大廈、大疆天空之城大廈二期項(xiàng)目是享譽(yù)國(guó)際的大疆無(wú)人機(jī)，深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司的總部基地。工程位于深圳市南山區(qū)西麗街道留仙洞總部基地2街坊08#地塊、10#地塊。項(xiàng)目由2棟塔樓、1層裙房和1個(gè)鋼羽橋組成，集研發(fā)辦公樓、寫(xiě)字樓和地下車(chē)庫(kù)于一體，建設(shè)用地面積為19 403.6 m2，總建筑面積為240 701.07 m2。

項(xiàng)目地上結(jié)構(gòu)形式為帶懸掛層框架-支撐結(jié)構(gòu)，地下為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。地下為4層地下室，功能為地下車(chē)庫(kù)及設(shè)備用房，設(shè)有人防防護(hù)單位，東塔及西塔建筑造型相似，但高度不一，其中東塔有48層，建筑高度211.6 m；西塔有44層，建筑高度193.1 m（圖1）。

圖1 大疆天空之城大廈效果圖

每棟塔樓分別設(shè)有上、下兩組由圓管吊柱、鋼梁及桁架層組成的懸掛框體，每組框體含有東、西、南側(cè)3個(gè)懸掛框體（圖2），每個(gè)框體的高度、大小及層數(shù)均不相同，框體最大懸挑長(zhǎng)度為21.25 m。構(gòu)造所用的最厚鋼板達(dá)到90 mm，最重構(gòu)件達(dá)50 t。

3 臨時(shí)支撐胎架的施工流程

由于懸掛框體施工需要，根據(jù)結(jié)構(gòu)受力計(jì)算，在施工塔樓下部懸挑框體時(shí)，需在懸挑框體下部設(shè)置底部支撐措施（分配桁架＋格構(gòu)式支撐胎架），懸挑框體吊柱與支撐胎架相連，同時(shí)支撐胎架坐落于底部分配桁架上，底部分配桁架通過(guò)埋件與地下室頂板混凝土柱相連接（圖3）。在施工過(guò)程中，底部懸挑框體的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件施工荷載通過(guò)支撐胎架傳遞至底部分配桁架，再由胎架底部分配桁架傳遞至地下室混凝土柱，最終傳遞至底板及基礎(chǔ)。

圖2 塔樓標(biāo)準(zhǔn)層平面示意

圖3 底部支撐措施示意（分配桁架＋格構(gòu)式支撐胎架）

臨時(shí)支撐胎架的總體施工流程如下：安裝核心筒1～8層鋼結(jié)構(gòu)→核心筒安裝至12層，安裝底部支撐→安裝下部3個(gè)懸挑框體→安裝中部支撐柱及上部框體臨時(shí)桁架層→安裝完成上部框體臨時(shí)桁架層后，先拆除中部支撐，再拆除下部支撐。

4 底部支撐措施平面布置

本工程2棟塔樓各采用10組臨時(shí)支撐胎架，設(shè)置于懸挑框體吊柱下方，在上部桁架層完成前提供臨時(shí)支撐，如圖4所示。

圖4 底部支撐措施立面示意

5 分配桁架的安裝

5.1 分配桁架的設(shè)計(jì)

在設(shè)置分配桁架前，需將連接埋件預(yù)埋在地下室頂板混凝土柱上。為提高底部支撐措施穩(wěn)定性，需在地下室頂板柱頭設(shè)置柱底埋件，便于底部分配桁架與混凝土柱頭連接，保證兩柱中心線重合，防止對(duì)已完成的混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。在埋件固定完成后，采用高強(qiáng)灌漿料澆筑，使埋件與柱頂混凝土形成一個(gè)整體。分配桁架由Q345B的熱軋型鋼、焊接箱形方管、圓管等組成。桿件部位由上、下弦桿，腹桿和小立柱組成。構(gòu)件主要截面如表1所示。

表1 構(gòu)件主要截面尺寸類(lèi)型

分配桁架主要為箱形小立柱＋箱形弦桿＋H形或箱形腹桿。采用現(xiàn)場(chǎng)原位拼裝的方式進(jìn)行安裝。底部分配桁架的主要作用是將支撐胎架所受的荷載分散傳遞至地下室各個(gè)柱頭。

分配桁架同鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，為工廠制作完成后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝，現(xiàn)場(chǎng)拼裝方式為焊接，嚴(yán)格按照鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)規(guī)范施工。在分配桁架拼裝完成后，分配桁架立柱還需澆筑混凝土以提高抗壓能力。

5.2 施工流程

第1步：分配桁架埋件安裝。

第2步：底部分配桁架的拼裝及安裝。

完成上述以上2個(gè)步驟后，方可進(jìn)行臨時(shí)支撐胎架的架設(shè)，分配桁架成形效果如圖5所示。

圖5 分配桁架成形效果

6 臨時(shí)支撐胎架的安裝

6.1 臨時(shí)支撐胎架的設(shè)計(jì)

6.1.1 臨時(shí)支撐胎架設(shè)計(jì)高度

格構(gòu)式胎架頂部支撐點(diǎn)布置于懸挑結(jié)構(gòu)吊柱底部，其中西塔支撐胎架布置于相對(duì)±0 m以上高度分別為：23.696、32.796、36.796 m；東塔支撐胎架布置于相對(duì)±0 m以上高度分別為：27.696、36.795、41.295 m。

6.1.2 臨時(shí)支撐胎架優(yōu)點(diǎn)

臨時(shí)支撐胎架安全可靠，且有利于本工程的懸掛框體安裝，實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)懸挑構(gòu)件施工；支撐胎架現(xiàn)場(chǎng)安裝速度快，滿(mǎn)足搶工期要求；可重復(fù)利用，節(jié)省材料；便于操作人員進(jìn)行高空作業(yè)。

6.1.3 設(shè)計(jì)構(gòu)造

支撐胎架由頂梁、1.0調(diào)整節(jié)、2.1調(diào)整節(jié)、底層節(jié)、底座調(diào)整節(jié)、底座等組成（圖6）。

圖6 裝配格構(gòu)式鋼管施工臨時(shí)支撐胎架整體示意

頂梁及底座梁為HM488 mm×300 mm×11 mm×18 mm，4 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)包括交叉支撐、橫綴桿、斜綴桿、橫隔鋼管，交叉支撐為∠75 mm×7 mm，橫綴桿為φ76 mm×5 mm，斜綴桿為φ89 mm×5 mm，橫隔管為φ76 mm×5 mm，轉(zhuǎn)換梁為□1 000 mm×400 mm×20 mm×20 mm矩形鋼梁。以上材料均為Q345B鋼材制作而成。

每組“4榀胎架”頂部均設(shè)置1道轉(zhuǎn)換鋼梁，主要采用□1 000 mm×400 mm×20 mm×20 mm矩形鋼梁組成。在轉(zhuǎn)換鋼梁平面中心點(diǎn)（圓管吊柱中心點(diǎn)）及懸挑框體最下部結(jié)構(gòu)鋼梁投影點(diǎn)設(shè)置高度為0.5～1.5 m高度不等的小立柱。小立柱頂面與底部支撐轉(zhuǎn)換梁、上部圓管吊柱均采用全熔透焊接，如圖7所示。

6.2 施工流程

第1步：安裝格構(gòu)式支撐胎架的底座。

第2步：采用單節(jié)吊裝胎架底層節(jié)，并于底層上部設(shè)置鋼管腳手架搭設(shè)操作平臺(tái)。

第3步：采用整體吊裝的方式安裝標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。即先將4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)通過(guò)φ299 mm×8 mm的圓管相互連接固定成一個(gè)大的組合胎架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)后再開(kāi)始安裝。

第4步：依次向上進(jìn)行安裝，最后安裝頂部的轉(zhuǎn)換梁以及小立柱，完成底部支撐措施安裝；其中左側(cè)小立柱用于支撐懸挑框體底層框架的施工，待形成穩(wěn)定框體后，即可拆除。

每個(gè)懸挑框體的圓管吊柱下均布置一組胎架，一組中共有4榀胎架。每組胎架中，胎架與胎架之間采用與工字鋼焊接的方式進(jìn)行連接并形成一個(gè)整體（圖8）。

圖7 胎架與圓吊柱連接成形

圖8 4榀胎架組合平面示意

對(duì)于大體量的鋼結(jié)構(gòu)工程，應(yīng)用臨時(shí)支撐胎架可有效地把過(guò)大的集中荷載分散成均布荷載，再傳遞到基礎(chǔ)上，保證了施工的安全性和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

7 臨時(shí)支撐胎架的拆除

在完成懸挑框體鋼結(jié)構(gòu)施工后，方可進(jìn)行支撐胎架及分配桁架拆除。如此大質(zhì)量的鋼結(jié)構(gòu)懸挑構(gòu)件，并且懸挑端最大懸挑長(zhǎng)度達(dá)到21.25 m。因此，支撐胎架的拆除工藝對(duì)工程有著至關(guān)重要的意義。

支撐胎架的拆除流程如下：鋼結(jié)構(gòu)施工完成→拆除中部圓管支撐柱→支撐胎架頂部小立柱的分級(jí)卸載和拆除→拆除支撐胎架→拆除分配桁架。

底部支撐措施由分配桁架和支撐胎架組成，待中部圓管支撐柱拆除后，即可開(kāi)始底部支撐措施拆除。底部支撐胎架頂部小立柱的分級(jí)卸載及拆除，采用火焰分級(jí)切割卸載，然后再依次對(duì)胎架和底部分配桁架進(jìn)行拆除。每個(gè)懸掛方體底部支撐的拆除順序?yàn)橄炔鸪虚g支撐，再拆除角部支撐，鋼梁跨度越大越后拆除。

分級(jí)卸載即采用火焰切割分步驟逐級(jí)進(jìn)行卸載。在支撐胎架工裝頂部從頂端向下每10 mm畫(huà)1道切割線，直至畫(huà)到預(yù)定的下?lián)现?，確保在切割過(guò)程中按相等尺寸向下切割，以便于位移監(jiān)測(cè)及對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行分析。

以每10 mm為一級(jí)，每級(jí)分2道切割，每道切割縫寬度為5 mm，使鋼梁及鋼柱緩慢自由下降，下降10 mm位置后，觀測(cè)位移值并分析。在可行條件時(shí)，再進(jìn)行第二級(jí)水平切割及下降，直至理論下?lián)衔恢茫ó?dāng)前步驟豎向位移）以?xún)?nèi)并出現(xiàn)脫離方算卸載完成，脫離的空隙保持20 mm，空隙不宜過(guò)大，以防止其他步驟再次出現(xiàn)下降。

最終使外框懸挑吊柱完成脫離底部支撐，轉(zhuǎn)換為由上部的懸掛桁架層受力。

需注意的是，火焰切割時(shí)為保證母材不受損傷，采用石棉網(wǎng)將結(jié)構(gòu)柱及梁進(jìn)行覆蓋。

為確保底部支撐胎架均衡卸載，每一個(gè)懸挑框體底部支撐胎架小立柱分級(jí)卸載時(shí)，采用分步驟分級(jí)卸載。以現(xiàn)場(chǎng)施工為例，具體流程如下：

第1步：使用火焰切割底部支撐小立柱，確保切割卸載高度為10 mm左右，切割順序盡量同步，確保2個(gè)小立柱在同一時(shí)間段進(jìn)行第1步卸載即可。火焰切割時(shí)用石棉網(wǎng)將切割縫附近鋼梁及圓吊柱進(jìn)行包裹。

第2步：第1步卸載完成后靜置數(shù)小時(shí)，待結(jié)構(gòu)一次受力轉(zhuǎn)換完成后，再進(jìn)行第2步卸載。使用火焰切割底部支撐小立柱，確保切割卸載高度為10 mm左右，切割順序盡量同步，確保2個(gè)小立柱在同一時(shí)間段進(jìn)行一級(jí)卸載。鋼梁及圓吊柱保護(hù)措施保持原樣，如有破損，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。

第3步：按第1步及第2步方法持續(xù)進(jìn)行卸載，每步火焰切割底部支撐小立柱卸載高度為10 mm左右。同一根鋼梁兩端卸載時(shí)間盡量同步，即保持在同一時(shí)間段進(jìn)行切割（時(shí)差不超過(guò)1 h），最后卸載總高度需大于吊柱位移計(jì)算理論值，直至支撐措施小立柱頂端切割卸載完成后，與圓吊柱底端存在脫離間隙為準(zhǔn)，脫離間隙控制在20 mm左右，至此完成整個(gè)胎架支撐的卸載。

分級(jí)卸載完成后，方可進(jìn)行胎架拆除，底部胎架拆除步驟：過(guò)火焰切割胎架頂部臨時(shí)支撐柱→倒鏈配合塔吊拆除頂部分配梁→塔吊配合進(jìn)行胎架單元體（2層1節(jié)）卸載。

8 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)的胎架支撐體系大多只采用純胎架進(jìn)行支撐，由于胎架支撐單點(diǎn)受力較大，可能會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)產(chǎn)生破壞。采用分配桁架和胎架的組合可實(shí)現(xiàn)分散力的作用，將原本的單點(diǎn)受力變成了多點(diǎn)受力，從而可以保護(hù)結(jié)構(gòu)及施工的安全。分配桁架與臨時(shí)支撐胎架組合支撐體系在大疆天空之城大廈項(xiàng)目施工中得以成功應(yīng)用，取得了良好效果，為其他大型鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目提供了參考。