大跨度钢桁架屋面整体连续提升施工技术研究

1工程概况

某广电中心裙房含1个2000m² 的特大型演播厅，屋面采用大跨度钢桁架下挂转换梁吊挂灯栅层结构设计，类似大跨度钢桁架传统采用底部设满堂支撑架用后用大型起重设备进行分段吊装，或采用多台大型起重设备进行整体抬吊安装，施工工序复杂，吊装周期长，过程安全质量控制难度大，存在较多危险性高空焊接作业。

采用两次提升悬停施工技术，通过第一次悬停将拼装完成的屋面主桁架提升至一定标高后安装吊挂转换梁结构，通过第二次悬停将完成吊挂转换梁结构的屋面主桁架整体提升至一定标高后安装吊挂灯栅层（机电、灯光等）结构，最后将钢桁架屋面整体结构提升，实现大跨度钢桁架屋面的高效率、高质量、低风险安装。

钢桁架屋面由8榀跨度为36.2m的H型钢主桁架及若干纵向H形钢次梁构成，平面尺寸为36.2 m× 55.3m，底部为下沉式演播舞台，顶部距室内地面达30m，整体施工难度大。

2可行性分析

本工程将BIM技术充分运用于钢桁架屋面各提升工况，结合Sap2000等有限元分析软件进行三维实体建模分析，确保深化设计及后续施工的各数据精度及质量，为钢桁架屋面整体提升的可能性及安全性提供技术保障，同时也为设计完善提供数据支撑。

3施工流程

按整体提升可行性研究分析，针对钢桁架屋面整体提升进行策划部署，优化全过程施工流程，对不同工况注意事项进行提前推演及交底，确保钢桁架屋面成功提升。整体提升施工流程：端部支撑架安装→预装段安装→顶部提升架安装→桁架屋面拼装→桁架屋面第一次提升悬停→转换梁吊杆结构安装→桁架屋面第二次提升悬停→吊挂灯栅层(机电、灯光等)结构安装→桁架屋面整体连续提升→桁架屋面端部合龙→临时支撑、提升支架拆除→钢筋桁架楼承板安装→钢筋桁架屋面混凝土浇筑。

4操作要点

结合钢桁架屋面底部投影范围内存在部分已完成现浇结构，钢桁架无法整榀进行提升，需划分为2个端部预装段及1个中间提升段，分段处待提升后采用双夹腹板栓焊进行连接。另外，结合工厂提前拼装及运输工具，减少现场焊接工程量、提高施工质量，再将中间段划分为3个子单元，具体划分如图1所示。

图1主桁架单元划分平面示意

前期策划阶段，同样可以考虑将相应悬挑混凝土结构进行甩项施工，钢桁架屋面完成安装后再行施工甩项部分悬挑混凝土结构。

钢桁架屋面提升过程中，提升下吊点与被提升钢桁架结构相连，提升连接地锚、钢绞线与提升上吊点液压提升器相连，最终通过液压提升器的反复作业完成钢桁架结构的整体提升。其中，连接地锚的强度、稳定性十分重要，直接影响整个吊装过程的安全性，须对连接地锚进行极限受力分析。

4.1主桁架拼装

单榀主桁架下部按照要求设置可调节拼装胎架，确保钢结构拼装过程精度、降低作业风险，提高施工效率。

各构件拼装位置由专业工程师放线定位，依次拼装主桁架的上下弦杆及中间腹杆，随后按照相同方向安装桁架屋面顶部纵向连接的型钢次梁，使中间提升段形成整体空间受力体系，完成桁架屋面地面拼装。

4.2桁架屋面第一次提升悬停

结合三维实体建模对钢桁架屋面各提升工况的受力分析，提取最佳施加荷载，依序按照20%、40%、60%、80%、100%对主桁架提升段进行提升加载，提升至结构地面以上约10cm后静置12h。

经现场各方责任主体验收合格，提升主桁架至满足安装吊挂转换梁结构净高标高处，进行桁架屋面第一次提升悬停，为现场安装吊挂转换梁结构提供操作空间。

4.3桁架屋面第二次提升悬停

吊挂转换梁结构安装完成并通过工序验收合格后，进行主桁架、吊挂转换梁结构的整体提升，提升至满足安装吊挂灯栅层（机电、灯光等）净高标高处，进行桁架屋面第二次提升悬停，为现场安装吊挂灯栅层（机电、灯光等）结构提供操作空间。

4.4端部合龙及临时支撑拆除

吊挂灯栅层(机电、灯光等)结构安装完成，逐步进行钢桁架屋面整体连续提升至设计标高处。临近设计标高位置时，通过液压提升器进行单点微调，确保端部合龙精度。合龙后钢桁架结构荷载转移至临近混凝土结构，形成独立稳定的空间稳定受力体系，拆除端部预装段临时支撑及提升设备设施，最后进行钢桁架屋面顶部钢筋楼承板施工。

5质量控制要点

（1）施工前期策划围绕三维实体建模及图纸深化设计，重点落实构件的分段分节、连接形式、节点放样、运输与安装等工作，确保现场实施的可行性及安全性。

（2）为防止和抵消焊接变形、控制焊接顺序，将工件向与焊接变形相反方向预留偏差，将构件固定后再进行施焊，构件变形发生翘曲进行矫正处理。

（3）通过焊接后的探伤检测，全面掌握焊接节点的实际情况，确保焊接节点的连接刚度及工艺质量。

6安全控制要点

（1）钢桁架屋面两次悬停底部需留置足够的作业空间，确保后续施工有序开展，避免发生受限空间作业。

（2）全过程实行动态监测，重点关注临时支撑、提升设备、连接地锚的受力情况，发现异常情况立即停机作业，排除异常后方可继续提升作业。

7结束语

大跨度钢桁架屋面整体连续提升施工技术运用计算机控制、全自动同步提升装置，结合BIM三维实体建模技术及各类有限元软件对钢桁架屋面提升进行全工况的受力分析。通过两次空中悬停，完成钢桁架屋面及其下挂灯栅层（含灯光、设备）的整理连续提升。将大量的高空焊接作业集中在地面上进行，减少高空作业及临时支撑架的投入，极大地降低了现场施工安全风险，对钢结构成型质量提供有效技术保障。该施工技术具有广泛的应用前景，可为同类项目钢结构施工提供借鉴。