超百米高空 大跨度钢连廊施工安装技术浅析

超百米高空 大跨度钢连廊施工安装技术浅析

李坤池

广州富利建筑安装工程有限公司 广州 510300

摘要：对于超百米高空大跨度钢结构连廊施工来讲，由于其桁架构件截面和节点尺寸较大、施工场地狭窄，以及高空操作平台安装困难等特点，导致高空作业人员存在很大的安全风险。所以，如何实现在高空中精准、稳固、安全顺利搭设钢构件，以及确保施工过程中不出现安全事故，是高空安装作业工程值得探讨的课题。在此，现本文结合实际案例，有针对性地提出在两高层建筑物间超百米高空架设钢结构连廊施工中，存在的超重构件吊装、施工条件受限、高空作业操作平台搭设等问题及安全风险，并通过系统性分析和相关受力计算，创造性地提出了以原建筑物主体结构为基础，在合适高度的楼层位置设置操作平台作为支撑基础，以最安全、最高性价比的全新施工技术，解决超百米高空悬挑钢连廊的施工难题，并为今后类似大型超百米钢结构高空施工安装作业提供宝贵经验。

关键词：超百米高空钢连廊；难点分析；策划方案；安全施工平台；受力验算；注意事项

0 引言

在两超高层建筑物间采用钢结构连廊连接共享消防安全空间和赢得时间是未来的趋势，也是超高层主流配套应用的形式之一。但对于安装工程来讲，在超百米高空中进行钢结构搭建是建筑分项工程的一大控制难点，要保证构件制作安装精准和操作平台搭设安全、稳固，必须经过多次论证和严谨策划，以制定优选的施工方案，才能够更好地采用安全、经济、高效的安装工艺完成施工，实现绿色施工目标和取得较好的经济效益和社会效益。

1 工程概况

本工程项目位于佛山市顺德区乐从镇吉祥路以东、富华路以南，总建筑面积约30.77万m²，其中地下建筑面积约6万m²。项目共计15栋（住宅和商业楼），27～40层不等，建筑高度最高达123.300m，剪力墙-框架结构，地下室设一层或二层。其中在4号楼与5号楼之间设计楼层标高为105 m的空中钢结构连廊避难走火通道，该工程属于钢结构人行天桥工程，搭设在34层避难层和35层之间；该钢连廊为高空悬挑结构，悬挑跨度为13150mm，宽度为13300mm，主要钢材采用焊接H型钢700×400×14×28，成型H型钢H400×200×8×13，材质为Q345B低合金高强钢。（如图1所示）

图1 三十四层避难层连廊结构平面图

2 施工难点分析

本工程钢连廊结构所处的位置高、跨度大，悬挑部位又多，受力复杂；同时，钢连廊主梁自重较大，吊装吨位也大，且工程外立面不平整，原建筑楼阴阳角较多，使主梁在超百米高的位置上布置和架设构件以及相关节点难度加大，对施工安全系数要求也更加，需要克服安装时的稳定性和节点受力问题，是本分项工程的控制重点。所以，在钢连廊施工开展之前，必须对细部构造处理综合考虑，并重新制定专项施工方案，以防桁架下挠，力求做到结构安全可靠，造价经济合理。以下分析悬挑钢连廊施工中的难特点：

（1）操作平台设计及施工问题。传统操作平台施工顺序是从地面开始往高空搭设到工作面的高度为止，而本工程操作平台需搭设高度为105m，且长13m、宽10m，如此长高比的操作平台对于结构本身的稳定性、强度及自重等因素都需要在设计时重点考虑。但由于设计院提供该项目的受力参数和结构基础没有考虑到需承受此操作平台的重量和受力，以及超高钢连廊施工还要在此基础自重高的操作平台上搭设，所以必须重新慎重考虑予以解决，以确保高空施工作业的安全。

（2）钢连廊主梁吊装施工问题。在钢主梁构件当中，最大重量有3.5t，如果采用汽车吊机进行超百米高度吊装是无法起吊的。这是由于吊机伸臂长度不够，现场操作空间受限，同时施工地面的架空层又无法承受超大吨位的汽车吊机自重问题。此外，若对四条主梁进行吊装，前期工作需先安装大吨位的塔吊，而塔吊租赁费用又高，现场几栋建筑物又同时开展施工，此大吨位塔吊与其他项目的塔吊必定会相互影响，显然这不是最佳最经济的施工方案。

3 施工平台搭设策划方案

针对上述钢连廊施工存在的难点，并根据项目工期、费用和安全性进行多方考虑、对比分析，经综合研究、方案论证后，最终采用贝雷架搭设及操作平台提升技术。先在4#楼与5#楼的26层楼面之间搭设贝雷架作为主要支撑体系（如图2所示），并在原结构基础上加固及预埋支撑，然后将操作平台支撑点往上逐级搭建至钢连廊施工点底部。同时，对于主梁重量超出塔吊起吊能力问题，经过对原结构和施工现场空间进行分析，并对结构受力和操作平台受力计算验证，决定将主梁分成三段在现场进行拼装焊接，然后分段吊装，以解决构件安装及操作平台搭设的关键问题。现将钢结构施工操作平台分二部进行的具体方案分析如下：

（1）贝雷架平台。跨度13m的贝雷梁选用单层双排布置，采用10m宽的321型贝雷架按3道5片双排单层贝雷片进行搭设。贝雷梁双排一组，横向间距90cm，布置三组贝雷架，每组贝雷架间距为2.85m。在贝雷架平台下铺垫16#工字钢作为支撑平台底座，工字钢底部设置三角撑加固；贝雷架上面也设置16#工字钢，工字钢间距为1m，离结构边缘间距300mm，长度为12m，采用两根6m长16#工字钢焊接搭，满铺脚手板。

（2）钢构大梁双立杆、非主梁为单立杆脚手架操作平台。脚手架操作平台从贝雷架工字钢上搭设至钢结构底以下1.2m位置，高度约20m；脚手架操作平台采用Φ48×3.5mm钢管，立杆纵横间距为1000mm，步距均为1500mm，底部200mm位置设置扫地杆。脚手架外侧四周围均设置竖向连续式剪刀撑，中部纵横向每隔5m左右设置由下至上的竖向连续剪刀撑，剪刀撑宽度为4～6m；中间部分采用三跨一道设置剪刀撑，纵向、横向相同。平台顶部满铺钢笆网做为操作平台。钢结构连廊两条主梁下方设置两排双立杆，其他位置为单立杆，满足钢构安装操作安全要求及使用条件。

图2 操作平台施工平面布置图

4 贝雷架施工受力验算

本钢结构施工中贝雷架平台是否安全可靠，必须经过严格的计算以验证恒载（结构自重）、施工活载等施工受力关键部位。

4.1 贝雷架荷载计算

（1）构件重量：φ48×3.5钢管自重=3.84kg/m；共216条20m长立杆钢管，计216×20×3.26=14083.2kg（计14.08t）；共196条11m长横杆，计196×11×3.26=7025.56kg（计7.02t）；剪刀撑重量：计8×20×10×3.26=5216kg（计5.22t）；则钢管重量为q₁=（14.08+7.02+5.22）×10=263.2kN。

（2）工字钢重量：16号工字钢自重=20.513kg/m；共12条10.4m长16号工字钢，计12×10.4×20.51=2559.65kg（计2.56t）；则工字钢重量为q₂=2.56×10=25.6kN。

（3）钢结构重量：主梁GL1自重=0.031×7850×1=253.35kg（每米343.35kg），共2条13.15m长主梁GL1，计2×13.15×253.35=6663.10kg（计6.67t），重量为q₃=6.67×10=66.7kN。

（4）施工荷载：标准值=3.0kN/㎡：平台面积为13.15×13.3=174.89㎡，重量为q_活=3×174.89=524.67kN。

（5）贝雷架自重：每榀贝雷架自重：Q_贝=0.33T/片×5片×2排×10=33kN；总共贝雷架重量33×3=99kN（质量为9.9t）。

（6）贝雷架需承载重量：Q_总=q₁+q₂+q₃=263.2+25.6+66.7=355.5kN，q_静=258.2kN÷13m=19.86kN/m。

（7）13m跨度施工活荷载（如图3所示）：q_活=3×13=39kN/m

图3 荷载示意图

则荷载设计值为：

4.2 跨度13m方向贝雷架计算

厂家提供的双排单层贝雷片技术参数如下：抗弯强度值和抗剪强度值分别为1576.4kN•m和490.5kN；截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为：500994.4cm⁴和7157.1cm³。单片贝雷片自重为0.33t。

（1）弯矩验算（如图4所示）

图4 弯矩图

则：

故抗弯满足要求！

（2）剪力验算（如图5所示）

图5 剪力图

则：

故抗剪满足要求！

（3）挠度验算

故挠度满足要求！

4.3 承载平台计算

本工程南北两边贝雷架放置于钢板承载平台之上，中间贝雷架放置于在楼面之上。中间贝雷架承受上部总荷载的1/2，南北两边贝雷架分别承受上部总荷载的1/4，即南北两边承载平台分别承受上部总荷载的1/4和一排贝雷架的荷载。本工程每个承载平台采用9个M30螺栓锚固在剪力墙之上，螺栓主要承受剪切力。

（1）贝雷架之上总重量

壁厚t=3.0mm,截面积A=424mm²,惯性矩I=107800mm⁴；截面模量W=4490mm³,回转半径i=15.9mm,每米长质量0.0326kN/m；钢材抗拉,抗压和抗弯强度设计值f=205N/mm²,弹性模量E=206000N/mm²。

上文已计得：216条20m长立杆钢管重量为14083.2kg（计14.08t）；196条11m长横杆重量为7025.56kg（计7.02t）；剪刀撑重量为5216kg（计5.22t）；钢管重量q₁为263.2kN；12条10.4m长16号工字钢重量q₂为25.6kN；施工平台重量q_活为524.67kN；2条13.15m长钢结构主梁GL1重量q₃为66.7kN。

则贝雷架需承载重量：

Q_总=q₁+q₂+q₃+q_活=263.2+25.6+66.7+524.67=880.17kN

（2）每个承载平台荷载计算（按1.5的安全系数）

每个平台Q_平=1.5×Q_总÷4/2=1.5×880.17÷4÷2=165.03kN

（3）每个M30螺栓受力

每个平台采用9个M30螺栓，每个螺栓受力F螺=110.02÷9=18.34kN，本工程采用8.8级M30高强螺栓，屈服强度为800Mpa×0.8=640Mpa，承受剪切力保证值为=0.7×640=448Mpa，M30螺栓直径为25.45mm，则M30剪切力保证值为V

₁=3.14×（25.45/2）2×448=227.78kN。

V₁=227.78＞F_螺=18.34jN满足要求。

经过各项受力计算均满足要求，所以本次重新制定的搭设操作平台方案是完全可以满足安全施工要求。

5 钢连廊施工注意事项

5.1 贝雷架施工平台搭设要点

贝雷架安装工艺流程：

施工准备→剪力墙开孔→三角支撑架安装→工字钢安装→贝雷架拼装、起吊→贝雷架的横向拉结→铺设工字钢

（1）贝雷架拼架开展前，所有作业人员必须要掌握安装作业程序、技术质量标准、安全操作规程。施工现场设置专职安全员跟班作业，对贝雷架拼装时的杆件搬运、螺栓施拧、高空拼装推作业等工序，及时提醒和纠正施工中的不安全因素，减少安全隐患，降低施工安全风险。

（2）两侧纵向贝雷架梁在地面上拼装后，用汽车吊逐跨进行吊装，安装时必须用缆风钢丝绳牵拉固定，以防倾覆。注意，在贝雷架吊装过程中，测量人员须对梁位、梁标高、螺栓扭力进行检查，及时发现和解决问题，确保工程质量和安全。

（3）贝雷架拼架完成后，须进行安全设施铺设及设明显标识牌，严禁超载，并派专人对平台架定期进行养护维修，确保施工安全。

5.2 钢主梁安全吊装关键环节

（1）钢主梁结构在加工厂按拼装顺序号运至4#楼与5#楼间的空地后，现场分三段进行拼装，等待吊装。3t重的主钢梁用位于5#楼的塔吊安排起吊，塔吊的工作半径为50m，可起吊1.66t物件，满足吊装要求。

（2）为更好地顺利准确吊装钢主梁，采用两点正吊法，选择合适的吊点进行绑扎，注意检查钢丝绳不得出现断丝或磨损度不可超过钢丝总数的2%，以及不得露出绳芯。

（3）钢主梁吊装前，必须对吊装时的吊点反力以及受力状况进行验算。还有，在主钢梁两端焊接高1m的10#槽钢，并牢固、固定好8mm钢丝绳作为施工安全生命线。

（4）钢主梁起吊垂直运输到位后，当主梁脚距地与脚螺栓约30～40cm时须扶正，使主梁脚的安装孔对准螺栓，要缓慢落钩就位；吊装就位后进行初找垂直度，垂直偏差在20mm内，然后对钢主梁轴线与土建基础轴线进行对中，调整完毕后拧紧螺栓，临时固定即可脱钩。注意主梁就位时，必须轻放防止碰坏螺栓和改变预抄标高。

（5）对吊装人员务必进行安全教育和关键部位的安全技术交底工作，且吊装现场指挥必须确保吊装的次序性，以确保吊装安全。

（6）吊装作业时，必须划分好危险区域，并挂设安全标记，加强安全警戒。此外，须密切注意台风雷雨天气，如果遇到风速达15m／S时（6级以上），吊装作业必须停止，并做好防范措施。

6 结束语

在本次高空超百米大跨度钢连廊工程项目中应用的贝雷架体系及高空操作平台提升施工技术，解决了建筑安装领域的一大施工难题，同时也受到各方的一致好评。可以说，该钢结构安装施工技术能够在施工安全可控的前提下，选用最低的工程成本保质保量顺利完成施工任务，并为后期类似工程积累了宝贵经验，具有一定的推广价值和应用前景。

参考文献

［1］GB 50009-2012.建筑结构荷载规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2012.

［2］GB50755-2012.钢结构工程施工规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

［3］JGJ80-2016.建筑施工高处作业安全技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.