超長(zhǎng)異形懸挑金屬屋面挑檐提升方案

丁曉星 王滕玨 管仁仁

（1.南通市中央創(chuàng)新區(qū)科創(chuàng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，江蘇 南通 226000；2.中國(guó)建筑第八工程局有限公司，上海 200112）

1 工程概況

南通大劇院項(xiàng)目由法國(guó)建筑大師保羅·安德魯領(lǐng)銜設(shè)計(jì)，項(xiàng)目包括新建劇院、音樂(lè)廳、戲劇場(chǎng)、創(chuàng)意中心及兒童活動(dòng)中心等。本工程屋面系統(tǒng)為分離式復(fù)合屋面系統(tǒng)，沿湖面金屬屋面外挑10m 作為雨棚，雨棚展開(kāi)投影長(zhǎng)度300m，南通大劇院效果圖見(jiàn)圖1。

圖1 南通大劇院效果圖

2 施工難點(diǎn)

2.1 超高

吊裝高度最高達(dá)22m，超高吊裝高度使穩(wěn)定性無(wú)法得到有效保證，且現(xiàn)行規(guī)范沒(méi)有對(duì)吊裝過(guò)程提出更高的技術(shù)要求。

2.2 大跨度

金屬屋面檐口施工區(qū)域平面跨度長(zhǎng)約300m，超大跨度需選擇合適的施工方案。

2.3 工程體量大

如采用傳統(tǒng)滿堂支撐架后高空拼接，架體需求量118800m3，需要調(diào)動(dòng)大量的材料及勞動(dòng)力資源，且有一定安全隱患，后續(xù)模板拆除工程量巨大。

3 金屬屋面挑檐安裝方案選擇

方案1：滿堂架+高空拼裝體系

搭設(shè)滿堂架作為操作平臺(tái)后，在高空完成屋面檐口體系安裝。

方案2：地面拼裝+分段吊裝體系

在地面完成胎架搭設(shè)、骨架拼裝、檐口鋁板安裝后，使用扒桿+電動(dòng)葫蘆吊裝系統(tǒng)，分段將屋面檐口吊裝完成。骨架總長(zhǎng)約300m 分為6 段、平均長(zhǎng)度約30～70m，經(jīng)過(guò)計(jì)算，檐口鋁板含骨架及背襯板，在300m 沿長(zhǎng)方向每米重量約400kg，按最大分段長(zhǎng)度70m 計(jì)算，最大起吊總重約28t。

方案3：整體提升體系

以大坡面為拼裝場(chǎng)地，使用大量的臨時(shí)支撐胎架作為桁架安裝平臺(tái)，拼裝完成后使用液壓提升器進(jìn)行桁架整體提升。

綜合考慮施工技術(shù)的可實(shí)施性、安全、進(jìn)度以及經(jīng)濟(jì)性等方面因素，對(duì)比上述施工方案，最終選擇了最優(yōu)方案2 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工。

3.1 滿堂架+高空拼裝體系的優(yōu)點(diǎn)

（1）傳統(tǒng)施工工藝，體系成熟、工人易于接受。（2）在地面進(jìn)行骨架拼裝，便捷質(zhì)量檢查、減少高空作業(yè)帶來(lái)的安全隱患；結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際結(jié)構(gòu)情況使用扒桿+電動(dòng)葫蘆吊裝體系，使用最低成本可靠完成吊裝作業(yè)；骨架加工操作簡(jiǎn)單，吊裝速度較快，節(jié)省工期。（3）有利于現(xiàn)場(chǎng)文明施工管控，完成度高。

3.2 滿堂架+高空拼裝體系的缺點(diǎn)

（1）穩(wěn)定性構(gòu)造，施工繁瑣；架體搭設(shè)體量巨大，對(duì)材料、人工耗用量較大；搭設(shè)和拆卸周期長(zhǎng)，影響工期；高空作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，安全隱患大。（2）房屋建筑工程扒桿+電動(dòng)葫蘆應(yīng)用案例較少，經(jīng)驗(yàn)不足，操作不熟練。（3）整體提升施工技術(shù)含量高、施工難度較大；受下部混凝土施工周期制約較大，不易于保障整體工期；為了減小吊機(jī)選型，需采取平面小單元樓面拼裝，樓面拼裝工作量大。吊機(jī)選型大，兩側(cè)需滿足重型吊車通道行走要求；吊機(jī)數(shù)量最多，成本最高。

采用價(jià)值工程理論進(jìn)行方案選擇，最終選擇方案2，利用舞臺(tái)幕布牛腿支撐高空貝雷架鋼平臺(tái)+盤扣支撐體系。

4 施工順序及實(shí)施要點(diǎn)

4.1 施工工序

建模下料→測(cè)量放線→胎架搭設(shè)→分段拼裝雨棚→試吊→正式吊裝。

建模下料、測(cè)量放線：測(cè)量搭設(shè)胎架的同時(shí)下料加工，工廠里按照節(jié)點(diǎn)圖及BIM 模型中大小片鋼架的具體尺寸，編號(hào)按順序加工鋼架以及飾面鋁板，運(yùn)至工地備用。

胎架搭設(shè)完畢后，在胎架上進(jìn)行龍骨的拼裝、焊接。焊接完畢，施工人員必須敲除焊渣，自檢焊縫，并經(jīng)質(zhì)檢人員復(fù)查合格簽字后，再由專檢人員填報(bào)中間驗(yàn)收單，經(jīng)質(zhì)檢部門復(fù)查后方可進(jìn)行下道工序施工，在地面焊接與空中焊接相比，其焊接質(zhì)量和焊接精度有大幅度提高，同時(shí)由于大量減少了空中焊接的工作量，也大大提高了施工的安全性。分段整體在胎架拼裝完成并經(jīng)驗(yàn)收合格后，由專人進(jìn)行群吊吊具的安裝和調(diào)試，控制箱置于屋面B 軸處，空車調(diào)試完成后，進(jìn)行鋼骨架的試吊，利用建立起來(lái)的三維實(shí)體模型精確地找出復(fù)雜吊裝單元體的重心點(diǎn)和重心軸線，為吊裝方案的確定提供可靠的數(shù)據(jù)支持，從而確定出吊裝需要的吊點(diǎn)、起重索具、作業(yè)半徑等重要指導(dǎo)數(shù)據(jù)，焊接吊耳及索具安裝。具體吊點(diǎn)選擇位置及吊裝分段圖見(jiàn)圖2[2]。

圖2 吊裝段劃分以及吊點(diǎn)布置圖

試吊的方法是將鋼骨架整體提升300～500mm 后停止。觀察是否安全可靠，試吊是全面落實(shí)和檢驗(yàn)整個(gè)吊裝方案完善性的重要保證。

先把少兒廳第一段鋼骨架提升至安裝位置，到指定位置時(shí)用手動(dòng)葫蘆進(jìn)行微調(diào)，調(diào)至之前用全站儀所標(biāo)出的定位控制點(diǎn)，利用全站儀進(jìn)行多點(diǎn)復(fù)核，嚴(yán)格保證安裝的精度，畫出鋼骨架與主鋼結(jié)構(gòu)連接需修除的部分，因?yàn)橹鞴羌芘c模型有不可避免的施工誤差，按模型進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)片加工時(shí)，對(duì)安裝接口進(jìn)行了適當(dāng)?shù)募娱L(zhǎng)。第一次試吊完成后重新把鋼骨架放回地面適當(dāng)高度，進(jìn)行接口修整。背襯板安裝、鋁板及裝飾線安裝和打膠工作、裝飾面完成后，報(bào)經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收合格后進(jìn)行正式吊裝[3]。

正式吊裝階段，當(dāng)分段整體由環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆群吊機(jī)組吊至理論標(biāo)高，并由手動(dòng)葫蘆調(diào)整好水平距離后用全站儀對(duì)實(shí)體表面天溝邊線進(jìn)行復(fù)核，如有微小偏差可對(duì)單個(gè)環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆進(jìn)行微調(diào)，使裝飾面滿足設(shè)計(jì)要求，表面平滑美觀。

調(diào)整完畢后，由專業(yè)焊工用掛藍(lán)對(duì)每個(gè)連接點(diǎn)進(jìn)行焊接加固，所有焊接工作完成后，清理焊渣，拆除吊具，最后去除吊耳對(duì)焊接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行防腐處理。

4.2 實(shí)施要點(diǎn)

4.2.1 吊具的安裝方式

由設(shè)計(jì)院進(jìn)行扒桿系統(tǒng)承載力驗(yàn)算、出具工程技術(shù)核定單，確保扒桿系統(tǒng)承載力滿足要求。

4.2.2 每一分段雨棚體系在安裝后產(chǎn)生內(nèi)力及撓度形變

通過(guò)有限元計(jì)算軟件進(jìn)行撓度及內(nèi)力驗(yàn)算，充分考慮起吊過(guò)程的單元體內(nèi)力穩(wěn)定安全以及變形控制。雨棚撓度變形內(nèi)力分析見(jiàn)圖3。

圖3 雨棚撓度變形內(nèi)力分析

4.2.3 吊裝施工段劃分

為實(shí)現(xiàn)流水施工及吊裝過(guò)程的安全，按五個(gè)功能廳和入口大廳將總長(zhǎng)約300m 屋面檐口分為6 段吊裝。

4.2.4 起吊點(diǎn)位置的確定

利用geomagic 建模進(jìn)行吊裝單元體重心分析，為吊裝方案實(shí)施過(guò)程的安全和穩(wěn)定提供數(shù)據(jù)支持，從而確定出吊裝需要的吊點(diǎn)、起重索具、作業(yè)半徑等重要指導(dǎo)數(shù)據(jù)，再進(jìn)行焊接吊耳及索具安裝。

4.2.5 施工安全

施工過(guò)程中在下方進(jìn)行警示牌隔離，并專人監(jiān)管；高空作業(yè)工人設(shè)置安全繩；配備工人安全繩懸掛裝置[4]。

4.2.6 接縫預(yù)留

對(duì)施工班組進(jìn)行技術(shù)安全交底，在各個(gè)廳之間預(yù)留檐口接縫，吊裝過(guò)程技術(shù)人員全程旁站。

5 實(shí)施成效

本項(xiàng)目較滿堂架節(jié)約造價(jià)約350%～400%。盤扣架每噸每月租賃材料費(fèi)用200 元，每噸盤扣架桿件可搭設(shè)80m3空間；搭設(shè)范圍平面長(zhǎng)度300m、寬度18m、高度22m（高度計(jì)算值為地面至檐口吊裝最高點(diǎn)），盤扣腳手架搭拆人工費(fèi)用為28 元/m3，按2 個(gè)月使用周期計(jì)算工程費(fèi)用：（18×300×22/80）×200×2+18×22×300×28=392.04 萬(wàn)元。屋面檐口鋁板吊裝包干費(fèi)用80 萬(wàn)元，因此產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)312.04 萬(wàn)元。

吊點(diǎn)位置確認(rèn)、扒桿+電動(dòng)葫蘆吊裝體系安裝、試吊僅耗了30d工期，每天20 人，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)屋面檐口尺寸18×300×22=118800m3，若采用落地滿堂腳手架搭設(shè)，投入同樣的勞動(dòng)力（每天20 人），每人每天搭設(shè)80m3，共需耗時(shí)18×300×22/（80×20）=75d，節(jié)省工期75-30=45d，工期效益明顯。

由于整體提升方案的構(gòu)件均在工廠加工不需要現(xiàn)場(chǎng)加工，現(xiàn)場(chǎng)僅需進(jìn)行簡(jiǎn)單的焊接安裝即可，提高了材料的使用率，同時(shí)不需搭設(shè)大量的腳手架，施工現(xiàn)場(chǎng)整潔，對(duì)推動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)文明施工起到積極作用。與其他吊裝體系相比，在同等荷載情況下，施工設(shè)備為手拉葫蘆+扒桿，大幅節(jié)省施工設(shè)備，節(jié)省相應(yīng)的運(yùn)輸費(fèi)、搭拆人工費(fèi)、管理費(fèi)、材料損耗等費(fèi)用，符合綠色施工的行業(yè)環(huán)境[5]。

6 結(jié)束語(yǔ)

該施工方案充分利用了鋼結(jié)構(gòu)屋架體系作為起吊點(diǎn)的固定支座端，依托于結(jié)構(gòu)屋架體系自支撐體系的整體吊裝方法，可以廣泛推廣應(yīng)用于類似懸挑結(jié)構(gòu)的安裝施工，能夠獲得安全文明、綠色施工、工期及成本節(jié)約的綜合成效。