垂直工厂大悬挑钢结构施工技术工程实践

垂直工厂大悬挑钢结构施工技术工程实践

马威

上海建工七建集团有限公司  上海  200050

摘要：大悬挑钢结构因造型独特美观且能满足更多建筑功能要求，在当代建筑工程中得到了广泛的应用。文章以数字江海一期01B-05地块新建厂房项目为例，对大悬挑钢结构施工技术在工程建设中的具体应用进行了重点阐述，总结了大悬挑钢结构施工技术的价值性，也为同类工程建设施工技术的应用提供参考。

关键词：大悬挑钢结构；施工技术；建筑工程

随着建筑结构技术的不断发展，大悬挑钢结构因其独特的设计魅力，且能提供更多空间功能的选择性，在当代建筑设计中日益受到重视。然而，大悬挑钢结构的受力与传统建筑存在较大差异，施工过程涉及到诸多复杂的技术问题，如施工安全、安装顺序、工艺控制等，需要综合考虑各种因素以确保施工质量和安全。本文将通过对大悬挑钢结构施工技术的研究，探讨其在建筑工程中的应用现状，并分析其中存在的挑战与解决方法，以期为相关领域的研究提供一定的参考[1-3]。

一、工程概况

数字江海是由奉贤区政府和临港集团联手打造的智慧数字产业社区，在“区区合作、品牌联动”的模式驱动下，数字江海已经成为上海市“五个新城”的转型示范引领项目、奉贤区“1号工程”。其中数字江海一期01B-05地块新建厂房项目用地面积为23570.1㎡，总建筑面积89639.05㎡，其中地上71834.11㎡，地下17804.94㎡，由4栋4层PC框架结构厂房和1栋13层钢结构厂房组成，工程总造价4.99亿元。项目创优目标：上海市文明示范工地，1、4#楼上海市优质结构，T1楼上海市金钢奖。

二、大悬挑钢结构概况

T1楼作为整个数字江海项目的地标，建筑面积为40392.55m2，其中地下建筑面积2860.52m2，地上建筑面积为37532.03m2，主体为钢框架——中心支撑结构。地下部分1层，主立柱为型钢混凝土结构，层底标高为-5.7米；地上部分13层，主立柱为箱型钢柱内浇筑混凝土，建筑高度为79.65 m，1~7层层高6.5米，8～13层层高5.5米。其中在南北立面多层存在悬挑结构，最大悬挑长度达9米。本工程钢结构劲性柱、梁选用Q355B级钢。手工焊焊接时Q355B钢的焊接采用E50XX型焊条，埋弧焊焊接时Q355B钢焊接采用H10Mn2焊丝配合高锰型焊剂，CO2气体保护焊焊接时Q235钢焊接采用ER49-1焊丝，Q355B钢焊接采用ER50-3焊丝，钢结构高强度螺栓采用扭剪型高强度螺栓，高强度螺栓连接摩擦面经喷砂或抛丸处理。

图1 项目效果图

三、临时支撑系统设计

T1楼南立面A轴线在1层的2、6轴线无柱，A轴线在4到8层无柱，形成三处悬挑结构。主体结构最大悬挑9米，安装时需要在抽柱处设置临时胎架支撑，以便悬挑结构就位和提供临时支座。1层胎架高6.5米，共两处；4到8层胎架高6.5*4=26米，共五处。由于钢结构施工过程中支撑胎架与主体结构是作为一个临时整体共同作用的，因此胎架需要有较高的刚度、承载力和稳定性，故而胎架结构形式均采用钢结构格构柱。

由于4层楼面A轴柱顶承受较大的施工荷载，柱顶承担26米高胎架的荷载=上部荷载1980KN+胎架自重41KN，因此需对4层以下A轴线3~5轴的柱子进行受力计算复核，以确保结构安全。

4层以下2轴和6轴（A~B跨）在形成桁架前由临时支撑承担全部荷载。钢结构焊接完成形成整体桁架（2~4层/A~D跨）后，由于桁架的刚度远远大于临时支撑的刚度，混凝土楼板和上部胎架临时支撑荷载全部由桁架承担，因此也需对主体结构进行计算复核，以确保结构安全。

图2 临时支撑体系实景照片

四、施工工艺流程和要点

（一）安装顺序

首层框架柱及临时支撑柱安装→2至4层框架柱梁楼层板安装、混凝土浇筑→桁架形成→5至7层框架柱梁楼层板安装、混凝土浇筑→8至13层B轴至G轴框架柱梁楼层板安装、混凝土浇筑→4层至8层A轴临时支撑柱及拉墙杆构件安装→8至13层A轴至B轴框架柱梁楼层板安装→所有节点焊接完成→支撑卸载及复核下扰值情况→拆除4至8层临时支撑→8至13层A轴至B轴混凝土浇筑→拆除首层临时支撑。

（二）垂直度的测控

钢柱就位后马上进行单根钢柱的垂直度校正，倾斜控制在1/1000内，便于钢梁的连接。待主梁全部安装完毕，作整体的垂直度测量，将测量结果加下节钢柱的轴线偏差，换算出校正后的柱顶轴线偏差。其中要考虑焊接收缩，局部向外侧倾斜预翻变形。在钢柱的两个不同方向上架设经纬仪，将钢柱顶作为一个平面层做一次整体的轴线测量，得到每根钢柱的焊前偏差报告，根据偏差决定焊接顺序，焊完后再作一次整体测量，得出焊后偏差结果。依此作为一个循环程序，焊后偏差数据又作为上一节钢柱吊装校正纠正偏差方向的依据。由于本工程对测量要求较高，因此，采取每层每根钢梁均测定标高偏差，提交报告，对误差较大者还要加以修正，并提交修正后的报告。

（三）支撑胎架卸载方案及验证措施

每根支撑柱顶部设置一个卸载机构，该机构由包含4个M48的螺栓配套组件构成。将胎架位置按反力大小排序，最大反力处胎架为最优卸载路径。按照此路径5个支撑处的卸载机构依次卸载5mm（4个M48螺栓同时卸载），卸载装置脱开后测量该部位的下扰值，与计算值进行对比，实际值都小于理论计算值，说明在整个卸载过程构件是安全的。以上述步骤循环4~5次，即可卸载完成。

（四）悬挑结构起拱设置及下扰值情况

根据设计提供的数据，仅在恒载作用下，A轴大桁架跨中下扰值45mm，两端下扰值25mm；在恒载+0.5倍活载作用下，A轴大桁架跨中下扰值55mm，两端下扰值30mm。因此为方便施工，拟定安装时，全部预先起拱30mm。根据观测，支撑胎架卸载后最大下扰值为13mm；混凝土浇筑完成后，最大下扰值为25mm，满足设计要求。

五、施工技术与挑战

（一）悬挑结构施工挑战

大悬挑钢结构的施工涉及到悬挑部分的支撑和固定，尤其是对于悬挑长度较长的部分，需要采取有效的支撑措施以确保施工安全和结构稳定。在本项目中，最大悬挑长度达9米，施工过程中需要克服悬挑结构容易发生的变形和振动问题，确保其在施工过程中保持水平度和垂直度。

（二）安全管理与质量保障

由于项目施工过程中面临着诸多安全风险和施工环境限制，因此施工团队加强安全管理，制定了详细的安全操作规程，确保施工人员的安全。同时，对工艺流程和质量控制进行严格管理，采用先进的检测设备和技术手段，保证施工质量达到设计要求。

（三）技术创新与应用

为了解决悬挑结构施工过程中的技术难题，施工团队借鉴先进的施工技术和经验，采用预制构件和现场拼装的方式，提高施工效率和质量。同时，利用BIM技术进行施工过程的模拟和优化，提前发现和解决施工中的问题，降低施工风险。

图3 钢结构BIM模型

六、实践应用与经验总结

在数字江海一期01B-05地块新建厂房项目中，大悬挑钢结构施工技术得到了充分的应用和实践。本项目首先将非悬挑部位的钢框架安装完成，再进行8至13层大悬挑部位的施工，优点在于先形成了一个稳定的钢框架单元，使得在进行悬挑部位施工时抗倾覆力有效增加。通过对悬挑结构的精密计算和设计，采用合理的支撑和固定方案，成功克服了悬挑结构施工中的挑战，确保了施工安全和结构稳定。并且施工团队加强了安全管理和质量控制，采用了一系列先进的施工技术和管理手段，保证了施工质量和进度。在实践应用中，施工团队还积累了丰富的经验和教训，同时注重技术创新和团队培训，不断提升施工团队的专业水平和技术能力，为今后类似项目的施工提供了宝贵的经验和借鉴。

七、结语

大悬挑钢结构作为一种新型的建筑结构形式，在当代建筑工程中具有重要的应用价值。本文通过对大悬挑钢结构施工技术的研究，探讨了其在建筑工程中的应用现状和关键问题，并以实际工程案例为依据进行了详细分析，介绍了一种利用塔吊标准节临时支撑体系进行钢结构临时支撑的施工技术，为同类工程施工积累了实践经验。

参考文献

[1]马建锋,宋九祥,胡修秀.某酒店大悬挑结构设计与分析[J].江苏建筑,2023(05):41-44.

[2]刘扬喜.大悬挑钢结构安装技术案例研究[J].江西建材,2023(04):202-204+211.

[3]倪新星,马伟.超大跨度悬挑钢桁架高空安装技术研究[J].福建建筑,2021(09):19-23.