84吨大悬挑桁架分段吊装支撑新技术

84吨大悬挑桁架分段吊装支撑新技术 中天建设集团浙江钢构有限公司 中天钢构“包商”QC小组 一、工程概况 包商银行商务大厦为城市综合体项目，属包头市城市新区重点开发建设项目之一。项目总建筑面积约26.89万平方米，集银行总部办公、产业链办公、金融交易、大学生创业基地、星级酒店、大型商业为 一体。 包商银行商务大厦A座位于内蒙古包头市新都市区。主体结构地下4层，地上27层，建筑高度131.35m 。 屋顶大悬挑结构立面标高为108.24m- 131.115m。主要包括伸臂桁架、环向桁架、采光顶边梁、屋面钢梁等。其中单榀桁架最大悬挑约17m，最 重约84吨。伸臂桁架下弦至23层楼面净空高度约17m，桁架杆件截面形式为箱型，上弦、下弦最大截面尺 寸为B1200×600×60×60、腹杆最大截面尺寸为B600×400×40×40，桁架间设有环向空间单片桁架，钢 桁架采用空中散拼的方式完成。 图1 屋顶钢结构位置示意图 0 图2 屋顶悬挑钢桁模型图 10 二、小组概况 图3 84吨大悬挑桁架立面示意图 本工程争创“中国建筑钢结构金奖”，项目部将创优目标列入施工质量管理目标，精心组织、科学管理，我公司选择优秀的技术骨干和现场经验丰富的施工管理人员组建QC活动小组，具体情况如下： 1.小组概况 小组概况表 表1 小组名称 中天钢构“包商”QC小组 小组成员 10人 小组注册号 中天钢构ZTQC-2016-6 成立时间 2016年6月26日 课题注册号 中天钢构ZTQC-2016-7 注册时间 2016年7月2日 课题名称 84吨大悬挑桁架分段吊装支撑新技术 活动时间 2016.7～2016.12 课题类型 创新型 活动次数 24 TQC教育时间 人均35小时 出勤率 95% 2.小组成员 小组成员表 表2 序号 性别 年龄 职称 行政职务 组内职务 承担工作 1 男 35 高级工程师 总工程师 组 长 策划、实施 2 男 54 教高 董事长兼总经理 技术顾问 技术指导 3 女 56 高级工程师 总工顾问 技术顾问 技术指导 4 男 44 高级工程师 副总工程师 副组长 质量控制 5 男 37 工程师 项目经理 组员 组织协调 6 男 30 工程师 分公司经理 组员 技术负责 7 男 29 工程师 技术员 组员 现场实施 8 男 27 助理工程师 施工员 组员 资料收集整理 9 男 28 助理工程师 施工员 组员 现场实施 10 男 31 工程师 技术员 组员 施工验算 制表时间： 2016年7月5日 三、选题理由 1、现场施工条件受限 现场作业面位于标高130米左右，属于超高空作业，危险性高，并且进入十月份后，包头当地昼夜温 差大，对现场焊接作业影响大。 2、现场吊装分段多 最重桁架为桁架3重约84吨，离1#塔吊31m,采用高空散装的方式。桁架3下弦杆重36吨，上弦杆重40. 65吨，现场1#塔最大起重量仅为9.5吨，完全不能满足整根吊装的要求，需要搭设满堂脚手架进行散拼， 散拼时上下弦杆及腹杆均需分段吊装。桁架3分段示意图如下。 图4 84吨大悬挑桁架分段示意图 3、安装难度大 单榀桁架最重约84吨，最大悬挑长度17米左右，伸臂桁架下弦至23层楼面净空高度约17米，桁架间 设有环向空间单片桁架，结构复杂。 现场散拼时需搭设满堂脚手架，脚手架按部位不同分为承重架和操作架，搭设高度约18m，需编制专 项施工方案并进行专家论证。且由于架体高度大、架体自重和散拼时构件自重均超重，架体搭设完成后 ，桁架部位需向下搭设卸载支撑架三层。对施工组织及吊装工艺提出很高的要求。 4、工程量大 屋顶钢桁架结构主要包括伸臂桁架、环向桁架、采光顶边梁、屋面钢梁等，总吨位约830吨。 5、公司要求 工程为我公司创优项目，质量要求高；该类大吨位大悬挑吊装工程在我公司尚无施工案例，技术积累及经验不足，希望通过本工程的技术创新解决实际问题，并为加强公司技术储备和强化技术人员的培养创造条件。 通过以上分析本工程的特点及难点，小组成员发现对于这种大悬挑、大吨位的钢桁架在施工中采用何种支撑技术支持本工程施工是当前亟待解决的问题，而目前并没有最好的解决方法，因而针对这个问题小组选择的课题方向是：84吨大悬挑桁架分段吊装支撑新技术。综上所述，我们QC小组将“84吨大悬挑桁 架分段吊装支撑新技术”作为小组的研究课题。 四、设定目标 1、设定目标 我们需要研发设计一种新型施工工艺，不仅需要保证桁架工程本体施工的安全，更须妥善地解决下部支撑以及支撑体系下部着地点对既有建筑物的影响问题。在确保施工方便、保证安全的前提下，做到方案经济的理念，解决常规支撑方案对施工主体工程造成影响的弊端。 2. 目标达成的可行性分析 2.1 、我公司是中天集团全资专业钢构子公司，中天集团拥有施工总承包、装修等专业子、分公司， 具备解决各种实际施工问题的技术创新团队，有能力带领团队突破课题。 2.2 、作为钢构专业公司，我司拥有优秀的钢结构专业技术人员，能为解决本项目施工难题出谋划策 。 2.3 、本QC小组成员素质较高，有丰富的工程施工、机械使用经验，且有QC活动经验，具有较强的技 术创新能力，小组团体协作能力强。 五、提出各种方案,并确定最佳方案 1. 提出方案： 2016年7月20日在公司总部11楼会议室召开了包商银行大悬挑桁架支撑方案讨论专题会，QC小组成员 利用“头脑风暴法”，集思广益，提出各种方案。 方案一：点式支撑 点式支撑方案为总承包投标时暂定的施工方案，我们针对项目特点、环境条件等因素，进行了点式支撑试布署如下图所示： 图5 点式支撑立面示意图 （1） 点式支撑在一般工程当中应用广泛、技术成熟。 （2） 支撑材料设备等比较常见易租赁。 （3） 点式支撑的的平面尺寸为1.8m×1.8m，搭设高度约17m，高宽比为9.44，施工过程中的水平荷载，对整个支撑架的稳定性影响较大。 （4） 点式支撑布置时，支撑受力面相对较小，所以在有限的区域内需租赁高强度支撑； （5） 由于支撑受力面相对较小，对下部既有结构会产生荷载集中效应，所以对既有结构需做大量的加固工作； （6） 支撑架间的净距离最大仅为1.8m。 方案二：普通满堂脚手架支撑 现场是在130米左右的高空作业，采用普通满堂脚手架支撑，技术成熟、安全性高并且设备易租赁。 但工作量较大，模板支架搭设立杆的纵向间距和横向间距为0.7m，立杆步距为1.5m；脚手架搭设立杆的 纵向间距和横向间距为0.4m，总的脚手架搭设量达1.3万方左右。并且对既有下部结构的卸载需要向下反 顶4层，所以对原有结构需要做大量的卸载工作。 方案三：桁架转换受力的满堂支撑 此方案类似方案二，但由于已安装的钢桁架构件参与受力和变形。安装工艺主要采用临时支撑体系和空中散装相结合的方式，将一区段内的桁架按有限元计算分析的数据进行一定顺序的吊装，已安装的部分桁架构件要尽快形成几何不变体系，然后按分析模拟的结论拆除其下部的临时支撑，使其与下一区 段的支撑体系共同承受桁架自重和施工荷载。使得桁架下部支撑的受力大幅减小，这样对承受支撑体系的原有建筑物的加固措施费也大大缩减。 2. 选定方案： QC小组成员从多角度、多方位考虑，对以上三种方案进行对比分析，具体见表3。 最佳方案对比分析评价表 表3 序号 方案 优缺点 经济性分析 措施费用 工期 分析结论 1）设备易租赁 费用应包含考虑： 2）技术成熟 1、高强度支撑的租赁费 1 点式支撑 3） 安全性高 4） 需租赁高强度 支撑 2、支撑的设计、安装和拆除费 3、其他设备租赁费 80 万元 170天 不适宜不选用 5）原有建筑需做 4、对受集中荷载作用的原有 大量加固 建筑物的卸载措施费 费用应包含考虑： 2 普 通 满 堂 脚手架支撑 1） 技术成熟； 2） 安全性高； 3） 设备易租赁。 4） 原有建筑需做 大量加固 1、支撑租赁费 2、支撑的设计、安装和拆除费 3、其他设备租赁费 4.对受均布荷载作用的原有建 70 万元 160天 不适宜不选用 筑物的卸载措施费 1）不需要高强度 费用应包含考虑： 1、支撑租赁费 2、支撑的设计、安装和拆除费 3、其他设备租赁费 4、新工艺工人培训上岗费 5、创新施工工艺研发费用 6、原有建筑物的卸载措施费 桁架 的支撑； 3 转换受力的 满堂支 2） 不需要对原有建筑物过多加固； 3） 施工工艺相对 55 万元 142天 合理选用 撑 较繁琐 结论 拟采用桁架转换受力的满堂支撑方案 制表人：张帅彬 制表时间：2016年7月20日 经过以上方案对比分析，我们认为方案三在技术可行性、安全可靠性、经济性上等方面具有优势， 因此我们把方案三作为最佳方案。 3. 方案实施中必须研究解决的问题 通过QC小组成员讨论，将桁架转换受力的满堂支撑实施过程中可能出现的问题归纳如下： 1） 吊装流程：吊装施工新技术工艺的流程分析及编制； 2） 杆件分段：现场塔吊完全不能满足桁架整榀吊装的要求，需要进行散拼，散拼时上下弦杆及腹杆均需分段吊装。 3） 支撑设计：支撑体系杆件的强度、整体稳定性及对下部结构的加固范围等要求； 4） 施工分析：拆除下部支撑使已安装的桁架参与受力，需要对桁架和下部支撑在各种施工工况下进行计算分析，依次判断支撑和桁架结构的强度、变形、稳定性是否满足设计要求； 5）监控：在桁架整个吊装过程中需要对桁架的卸载及支撑体系给予全程监控其变形。 六、制定对策 最佳方案确定后，QC小组制订了相应对策如下： 对策表 表4 序号 项目 对策 （What） 目标 （Why） 措施 （How） 地点 （Where ） 完成时间 （When） 负责人 （Who ） 1 吊装 流程 明确吊装施工工 艺流程 确保施工工艺经济、 方便、高效 编制施工工艺流程 技术 中心 2016年7 月23日 徐 晗 徐闽涛 2 杆件分段设计 统计杆件重量； 依据塔吊参数， 进行构件分段 限重在塔吊作业范围内；分段位置便于施工焊接。 会议研讨分段方案， 统计分段重量及半径 ； 验算主体结构承载力 。 技术中心 2016年7 月25日 程志强金建勇 3 支撑设计 依据现有荷载计算支撑的承载力 满足桁架安装要求， 不损坏既有结构 开会研究讨论选择适于本项目的支撑及对 既有结构的加固范围 会议室 2016年7 月30日 朱艳华张帅彬 4 施工分析 施工工况分析 保证支撑和主体结构承载力满足要求。 通过建立计算模型， 对施工过程中安装、卸载工况进行模拟验 算