重型悬挑钢结构无支撑安装技术研究与应用

韩春文 任智 袁良 杨武 许明亮

随着国内建筑行业的发展，钢结构越来越多地应用到建筑结构中，越来越多造型新颖的结构形式开始出现[1-2]。其所呈现的特点主要有结构形式日益多样化和复杂化、结构跨度大、钢材等级高、钢板厚度厚，节点形式复杂多样、构件数量和截面类型多、构件加工难度大，加工精度要求高、现场焊接工作量大、施工技术难度高等[3-6]。

本文结合孟加拉国BRAC 大学新校区工程，通过分析主体钢结构安装及施工过程中的特点与难点，使4 层悬挑钢结构在无支撑条件下，充分利用5 层永久结构的受力特点，采用预先计算预起拱值、安装临时连接拉杆及永久连接杆的施工方案，实现了重型钢结构无支撑安装，可为类似工程施工提供借鉴。

1.工程概况

BRAC 大学新校区建设工程位于孟加拉国首都达卡市区，占地面积22000m2，为一栋单体建筑，总建筑面积148600m2，分为地下3 层，地上13 层。主体结构为轻型-混凝土组合结构，钢结构总重约17000t，钢构件截面主要为圆形、箱型、H 型、C 型，最大板厚达120mm。

4层、5层悬挑位置如图1、图2所示，在建筑物AE 轴线～AG 轴线的4 层钢梁从AE 轴线出挑长度9m。由于其在自重作用下构件承载力及变形超过设计允许值，设计上将它通过拉杆和5 层X 形结构在一起形成一个整体受力结构，5 层X节点既承受4 层的倒挂重量，也承受上部混凝土荷载。5 层悬挑结构焊接在下部圆管支撑柱上，X 节点外挑长度为4m，安装完成后如图3 所示。

图1 4 层悬挑结构俯视图

图2 5 层悬挑结构俯视图

图3 4 层、5 层悬挑钢结构图

4 层模块总重量约80t，5 层X 节点模块总重量约120t，单根构件最大重量约28t，各位置钢结构构件总重量如表1所示。

表1 钢结构构件重量表

2.悬挑结构安装方案

2.1 原始方案

原始方案为在地面设置支撑架，先安装4 层悬挑结构，四层安装完成以后，在四层结构上设置支撑架，接着安装5层柱顶X 节点悬挑梁，然后安装四层和5 层之间的拉板，等4 层和5 层悬挑结构形成一个整体以后，拆除所有支撑架，安装流程如表2。

表2 临时支撑安装方案流程图

2.2 优化方案

由于现场土建地下结构施工比较滞后，悬挑结构具备施工条件时，土建还未施工到地面楼板层，地面层无法设置支撑架，如果继续坚持原方案将影响钢结构安装工期和上部结构施工。

经多次论证此结构体系得出，整体施工顺序先安装5 层X 节点及悬挑梁，然后倒挂安装4 层主梁及次梁，最后安装5 层次梁。5 层悬挑在整个结构安装完成以后其悬挑结构属于悬臂受压和受拉状态，可以充分利用5 层X 节点悬挑梁。在5 层X 节点悬挑梁下提前焊接H 型钢刚性连接杆件，4 层大梁和刚性连接临时连接，等4 层悬挑结构安装完成以后，安装5 层主梁，安装永久拉板，最终拆除临时刚性连接拉杆。该安装方案不受场地限制，先于地下结构施工。施工流程如表3。

表3 无支撑安装方案流程图

2.3 X 节点预起拱计算

5 层X 节点悬挑梁长度4m，重量22.3t，通过计算，悬挑结构在自重和上部荷载共同作用下会产生不同程度的下挠，下挠最大值为20mm。如图4 所示。

图4 X 梁挠度值图

同时利用SolidWorks 有限元软件进行X 节点悬挑梁安装验算，在安装焊接过程中，悬挑梁会下挠2mm，既需要安装预起拱约为2mm，既现场应考虑安装时码板受力造成的2mm挠度，如图5所示。

图5 X 梁挠度验算图

综合自重，上部荷载，安装过程码板临时连接时在焊接过程中的下挠，最终确定了5 层X 节点每一根悬挑梁的预起拱值，即每个X 节点悬挑梁在原下挠值基础上加上2mm 为最终预起拱值。

3.结论

通过分析主体钢结构安装及施工过程中的特点与难点，使4 层重型悬挑钢结构在无支撑条件下，充分利用5 层永久结构的受力特点，采用预先计算预起拱值、安装临时连接拉杆及永久连接杆的施工方案，实现了重型无支撑安装。

此方案的实施不仅可以满足多专业的共同施工，也减少了下部支撑架的制作、安装，节约了工期及成本，可为类似工程提供借鉴。