CN106894639A - 一种下挂式钢结构逆向安装施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种下挂式钢结构逆向安装施工方法，包括：在施工下挂式钢结构的主体混凝土结构的过程中，预先设置下挂式钢结构的预埋结构；在施工完成的主体混凝土结构中搭设临时支撑结构，于下挂式钢结构的主钢梁的下方位置构建临时支撑面；拼装主钢梁和吊柱；将拼装完成的主钢梁和吊柱吊装至临时支撑面上，并将主钢梁的端部与预埋结构进行固定；于主钢梁和吊柱的下方由上至下逐层吊装下挂钢结构，并在每一层下挂钢结构吊装到位后，采用预埋结构对下挂钢结构的端部进行固定；完成所有层下挂钢结构的吊装和固定；拆除临时支撑结构。本发明采用BIM模拟分析、超高支撑、逆向立体交叉施工，可预分析处理问题，保障施工质量，降低成本，缩短工期。

Description

一种下挂式钢结构逆向安装施工方法

技术领域

本发明涉及钢结构建筑体系施工领域，尤其涉及一种下挂式钢结构逆向安装施工方法。

背景技术

随着国民经济的发展和建筑设计的多样化，各种大型场馆建筑中越来越多地采用空间异形钢桁架结构，平面呈弧形、梯形，跨度大，形状复杂，规格多，由支承安装于地面上发展到安装在砼楼屋面上，与其他专业交叉施工，可用于吊装的场地非常小，常规的吊装工艺无法解决这样的难题。

目前钢衍架结构建筑建设时存钢桁架在自下而上提升时困难，在场地狭小的条件下，不能直接在钢筋混凝土结构楼面上吊装作业，而且吊装过程中弧形主桁架侧向稳定性不易控制；高空拼装和焊接作业以及立体交叉作业量大，需要大量的机械台班和支撑胎架，成本高，效率低；分片桁架提升、安装时，弧形主桁架侧向稳定不易控制；多层次钢桁架吊装过程中容易变形和失稳的问题。

发明内容

针对现有钢结构钢梁施工中存在或潜在的不足之处，本发明拟解决的问题是提供一种下挂式钢结构逆向安装施工方法，其适用于跨度大、下部支撑高度高、工作面较少的多层超高钢结构施工，可避免搭设超高满堂架、降低安全管理风险、降低成本，缩短工期。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种下挂式钢结构逆向安装施工方法，其包括步骤：

在施工下挂式钢结构的主体混凝土结构的过程中，预先设置下挂式钢结构的预埋结构；

在施工完成的主体混凝土结构中搭设临时支撑结构，于下挂式钢结构的主钢梁的下方位置构建临时支撑面；

拼装主钢梁和吊柱；

将拼装完成的主钢梁和吊柱吊装至所述临时支撑面上，并将所述主钢梁的端部与所述预埋结构进行固定；

于所述主钢梁和吊柱的下方由上至下逐层吊装下挂钢结构，并在每一层所述下挂钢结构吊装到位后，采用所述预埋结构对所述下挂钢结构的端部进行固定；

完成所有层下挂钢结构的吊装和固定；以及

拆除所述临时支撑结构。

在一些实施例中，在施工下挂式钢结构的主体混凝土结构前，预先对下挂式钢结构进行BIM建模，并根据BIM建模计算预埋结构和临时支撑结构的设置位置。

在一些实施例中，所述预埋结构包括多个预埋埋件，多个所述预埋埋件对位设置于下挂式钢结构的主钢梁的端部位置和每一层下挂式钢结构的端部位置。

在一些实施例中，所述下挂式钢结构为下层空间狭小的多层钢结构，所述临时支撑结构包括下层格构柱、转换平台和上层格构柱，所述下层格构柱设于所述下挂式钢结构的下层狭小空间中且所述下层格构柱的顶部延伸出所述下层狭小空间，所述转换平台固定于所述下层格构柱的顶部，所述上层格构柱固定于所述转换平台上并支撑于所述下挂式钢结构的主钢梁和吊柱的下方。

在一些实施例中，所述下层格构柱包括第一格构柱、第二格构柱及连接于所述第一格构柱和所述第二格构柱之间的横向支撑。

在一些实施例中，所述转换平台上间隔布设有多道所述上层格构柱，多道所述上层格构柱的顶部关联形成所述临时支撑面。

在一些实施例中，所述转换平台固定于所述主体混凝土结构的楼板梁上。

在一些实施例中，在将拼装完成的主钢梁和吊柱吊装至所述临时支撑面上的步骤中，还包括：

将每根主钢梁进行分段吊装，并将相邻主钢梁间的分段位置相互错开；

将每根主钢梁的分段位置搭设于所述临时支撑面上。

本发明由于采用上述技术方案，使其取得的技术效果如下：

1、采用BIM(建筑信息模型)技术对下挂式钢结构安装进行分析和安装模拟，选择更科学、经济的技术方案，并提前发现和解决可能发生的质量、安全问题；

2、在稳定的顶部钢结构体系下，进行逆序安装，较常规的顺序安装，可规避变形产生的残余应力，保证按照精度满足舞台工艺要求；

3、舞台承重钢梁采用预埋结构进行固定，混凝土强度达到安装钢梁强度前已进行预埋结构的焊接工作，安装钢梁时可直接就位，不必进行螺栓连接及焊接作业，优化了施工工序，缩短工期；

4、采用格构柱中转体系，节约支撑材料；

5、采用格构柱作为桁架支撑体系，而非满堂支撑架，能够更加快速有效的设置和拆除支撑体系，避免搭设和拆除的人工费，同时能够缩短工期，大大降低成本，提高经济效益；

6、与传统下挂式钢结构施工相比，此工艺采用倒叙法施工，从上往下施工，吊装钢梁的同时，将吊柱预拼装成整体，一次吊装成型，形成完整的支撑体系后采用机械与人工相互辅助的方法进行安装，可实现立体交叉作业、降低工作面需求和提高工效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例中的一种下挂式钢结构逆向安装施工方法的工艺流程图。

图2为本发明的实施例中的一种下挂式钢结构逆向安装施工方法中的临时支撑结构的示意图。

图3为本发明的实施例中的一种下挂式钢结构逆向安装施工方法中的临时支撑结构的俯视图。

图4为本发明的实施例中的一种下挂式钢结构逆向安装施工方法中的临时支撑结构的缆风绳加固结构的示意图。

图5为本发明的实施例中舞台屋面的主钢梁分布示意图。

图6为本发明的实施例中舞台工艺钢结构的示意图。

图7为本发明的实施例中主舞台上部结构侧视示意图。

图8为本发明的实施例中主舞台上部结构正视示意图。

图9为本发明的实施例中主舞台工艺钢构下挂式马道的示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

本发明适用于跨度大、下部支撑高度高、工作面较少，且安装精度要求较高的多层超高下挂式钢结构施工，具有采用BIM模拟分析、超高支撑、逆向立体交叉施工的特点，可预分析处理问题，保障施工质量，降低成本，缩短工期。

本发明的实施例中主要提供了一种下挂式钢结构逆向安装施工方法，其主要包括如下施工步骤：

步骤101：在施工下挂式钢结构的主体混凝土结构的过程中，预先设置下挂式钢结构的预埋结构；

步骤102：在施工完成的主体混凝土结构中搭设临时支撑结构，于下挂式钢结构的主钢梁的下方位置构建临时支撑面；

步骤103：拼装主钢梁和吊柱；

步骤104：将拼装完成的主钢梁和吊柱吊装至临时支撑面上，并将主钢梁的端部与预埋结构进行固定；

步骤105：于主钢梁和吊柱的下方由上至下逐层吊装下挂钢结构，并在每一层下挂钢结构吊装到位后，采用预埋结构对下挂钢结构的端部进行固定；

步骤106：完成所有层下挂钢结构的吊装和固定；以及

步骤107：拆除临时支撑结构。

其中，在步骤101：在施工下挂式钢结构的主体混凝土结构之前，还包括：预先对下挂式钢结构进行BIM建模，并根据BIM建模计算预埋结构和临时支撑结构的设置位置。

其中的下挂式钢结构主要由主钢梁及通过吊柱逐层挂设在主钢梁下方的多层下挂式钢结构。主体混凝土结构中预埋的预埋结构包括多个预埋埋件，且多个预埋埋件对位设置于下挂式钢结构的主钢梁的端部位置和每一层下挂式钢结构的端部位置。临时支撑结构对位设置于待安装的主钢梁的底部位置，用于提供一临时支撑面，以供承载下部结构未施工完成的主钢梁的荷载。

在本发明的实施例中，下挂式钢结构可采用下层空间狭小的多层钢结构，此时，临时支撑结构包括下层格构柱、转换平台和上层格构柱，下层格构柱设于下挂式钢结构的下层狭小空间中且下层格构柱的顶部延伸出下层狭小空间，转换平台固定于下层格构柱的顶部，上层格构柱固定于转换平台上并支撑于下挂式钢结构的主钢梁和吊柱的下方。

进一步地，下层格构柱包括第一格构柱、第二格构柱及连接于第一格构柱和第二格构柱之间的横向支撑，且下层格构柱与主体混凝土结构的土建基础之间设置缆风绳，进行结构加强和抗倾覆。转换平台上间隔布设有多道上层格构柱，多道上层格构柱的顶部关联形成所述临时支撑面，转换平台固定于主体混凝土结构的楼板梁上。

在空间狭小的下层空间采用少量的下层格构柱进行支撑，而在空间较大的上层空间采用多数的上层格构柱进行支撑，中间采用转换平台进行转换支撑，可避免超高支撑架体系全部从基础起步，节约支撑材料，而且也克服了因下层空间狭小而无法构建上层较大空间的钢梁支撑体系的技术难题。适用于跨度大、下部支撑高度高、工作面较少，且安装精度要求较高的多层超高下挂式钢结构施工，具有使用格构柱作为支撑、带有转换支撑层、“少转多”及支撑超高的特点，可避免搭设超高满堂架、降低安全管理风险、降低成本，缩短工期。

另外，在步骤104：在将拼装完成的主钢梁和吊柱吊装至所述临时支撑面上的步骤中，还包括：

将每根主钢梁进行分段吊装，并将相邻主钢梁间的分段位置相互错开；

将每根主钢梁的分段位置搭设于临时支撑结构的临时支撑面上。

下面以大剧院室内钢结构施工为例，采用本发明的实施例中的一种下挂式钢结构逆向安装施工方法，进行大剧院室内钢结构逆向安装施工。

首先，配合图1和图2所示，该大剧院室内钢结构逆向安装施工的主要施工工艺为：结合项目结构特点，应用BIM技术进行受力分析和预拼装模拟，筛选和确定采用逆向一次吊装成型的技术方案。然以大型格构柱(下层格构柱11)为下部支撑体系，在四层搭设支撑转换层(转换平台12)，然后在转换层上使用小型格构柱(上层格构柱13)做支撑。然后在现场地面进行主钢梁10与吊柱100进行预拼装。分段进行一次成型吊装，然后以主钢梁10作为稳定支撑体系，自上向下依次逆向安装格栅、滑轮层及舞台工艺钢构、铺设马道等下挂钢结构20。

下面对上述施工工艺做进一步细化研究。

(一)施工准备

大剧院室内钢结构安装施工前，必须确保钢构件已经完成送检并合格，保证施工所需的材料、构件、机械均已进场。

(二)BIM模拟分析

方案阶段，对大剧院土建(主体混凝土结构)及室内钢结构进行BIM建模，并对格构柱的排布以及钢构的安装进行模拟和受力分析。根据分析，决定对大剧院舞台中央的室内钢构，采取逆向安装。其他部位自下向上安装。

(三)安装预埋结构

1)预埋埋件预埋应在主体混凝土浇注前完成。

2)土建钢筋网绑扎过程中，根据设计图纸要求，将预埋埋件按照图纸位置及定位尺寸埋设。

3)为防止预埋埋件在混凝土浇注过程中发生位移，对后期钢结构安装造成不利影响，埋设过程中需要对预埋埋件及模板进行固定。具体做法可采用型钢或钢筋制作固定支架，与钢筋网(最好是主钢筋)焊接。然后将埋件与固定支架焊接固定。

4)在预埋埋件(锚固件)定位之后，立即进行测量复核。在满足规范和设计允许偏差要求后，即可移交下道工序进行混凝土浇注施工。

5)预埋埋件主要分为抗剪对拉埋件、混凝土牛腿上埋件和次梁埋件。其中抗剪型大型对拉埋件具有预埋方便，浇筑外表美观，与土建钢筋施工交叉作业少，无需安装预埋钢骨即可进行对拉埋件施工的特点；优化了施工工序，减少了交叉作业时间，不影响混凝土梁或剪力墙钢筋绑扎及模板铺设，提高混凝土结构质量，缩短工期。

(四)搭设临时支撑结构

1)本工程中，大剧院分为地下两层，地上七层，为舞台屋面层钢梁需要搭设支撑高度超过50m。通过BIM分析和模拟，采取“少转多”的格构柱转换层支撑体系。先从地下二层-17.0m标高开始到四层15.5m标高，使用2根3.0m*3.0m断面规格的下层格构柱11作为竖向支撑，在两根格构柱之间搭设两道平行桁架作为横向支撑，并设置缆风绳14等其他支撑，如图2所示。

2)在4层结构15.35m标高上设置一转换平台12，在下层格构柱11上面搭设两根BOX500mm*700mm*35mm*35mm箱形梁16作为横向支撑，并在四个方向采用Φ245mm*12mm圆管柱支撑15，如图3所示。

3)在4层转换平台12之上使用1.75m*1.75m规格上层格构柱13作为竖向支撑，为舞台屋面钢梁(主钢梁)的安装创建工作平面(临时支撑面)。

4)缆风绳设置：为保证支撑在施工过程中的侧向稳定性并增加其安全性，所有格构柱支撑全部设置揽风绳14，揽风绳14一端固定在格构柱顶部上，提前在土建楼板梁柱上预埋固定埋件141，将缆风绳14另一段通过预埋的固定埋件141固定在土建结构梁柱上，如图4所示。

5)为保证结构安全，施工过程中应加大对支撑荷载及支撑水平位移的监控。每3天检查楼面支撑体系位置土建结构是否安全，楼面是否下挠过大，楼板及梁是否开裂；安装时每隔3天使用全站仪复测各个钢柱格构柱支撑的水平位移并检查滑移板的工作是否正常，并做好检查记录。

(五)舞台屋面梁(主钢梁)与吊柱预拼装

待主体结构施工完成并达到强度要求后，进行主钢梁与下挂马道吊柱的预拼装。根据设计特点，结合运输车运输能力及现场吊装工况，在钢结构深化设计阶段，将构件合理分段。然后在现场设置临时支撑胎架，在地面进行钢结构预拼装，将吊柱节点焊接在主钢梁上。

(六)舞台屋面主钢梁安装

1)大剧院屋面层主钢梁10为H 1750mm*600mm*30mm*50mm的Q345B焊接H形钢梁，从左至右共有9根，主钢梁10分布如图5所示。

2)使用临时支撑结构，利用塔吊进行吊装。每根主钢梁10需要分成两段吊装，相邻两根主钢梁10分段位置应左右错开500MM，分段位置需要搭设上层格构柱13以进行支撑，从一侧向另一侧逐段推进安装(如从左至右逐段推进安装)，如图2所示。

(七)舞台机械工艺钢结构安装

1)待屋面钢结构及格栅滑轮层钢结构安装完毕后自上而下安装舞台机械工艺钢结构。此部分钢结构采用人工加手动机械方式安装，不进行吊装能力分析，参阅图6所示，舞台机械工艺钢结构为屋面钢结构下方的下挂钢结构的一部分。

2)23M、27M标高舞台工艺钢结构在后舞台及前舞台部分有楼层结构，可以作为操作平台进行安装，侧舞台部分仅有23.55M标高位置的结构楼板，其余无楼板区域采用移动式脚手架搭设施工平台作业进行辅助安装，舞台内部结构需搭设爬梯及吊篮进行安装。主舞台上部结构侧视如图7所示，主舞台上部结构正视如图8所示。

3)次钢梁完成后，将深化完成的马道钢板17铺设完成，如图9所示。

(八)格构柱卸载及拆除

1)卸载原则：室内钢结构主梁安装是以临时支撑结构过渡完成的，其竖直方向力主要作用于临时支撑上，卸载时相邻钢梁间不会互相影响，故可以分别卸载。卸载时，需确保结构自身安全，确保支撑胎架安全；应以理论计算为依据、以变形控制为核心、以测量监测为手段、以安全平稳为目标；且应便于现场施工组织和操作。

2)结合本工程结构受力特点，室内钢结构卸载采用千斤顶法进行卸载，即在原来临时支撑位置的前后各放置一个10T～50T(根据卸载时临时支撑所承受的力)的螺旋千斤顶，在千斤顶端头的构件上焊接2块14*100*100的挡块，防止千斤顶滑脱，并释放水平位移。卸载前先将千斤顶顶住主结构，割除原临时支撑，根据卸载指示，摇动螺旋千斤顶进行卸载。

钢梁安装完成验收合格后将格构柱进行拆除，拆除时从预留洞口用塔吊将格构柱转运至外部，钢结构堆场，然后由平板车运走。

与传统技术相比，本发明的实施例中的一种下挂式钢结构逆向安装施工方法具有以下优点：

1、采用BIM(建筑信息模型)技术对钢结构安装进行分析和安装模拟，选择更科学、经济的技术方案，并提前发现和解决可能发生的质量、安全问题。

2、在稳定的顶部钢结构体系下，进行逆序安装，较常规的顺序安装，可规避变形产生的残余应力，保证按照精度满足舞台工艺要求。

3、舞台承重钢梁采用大型抗剪对拉埋件结构，混凝土强度达到安装钢梁强度前已进行牛腿支座的焊接工作，安装钢梁时可直接就位，不必进行螺栓连接及焊接作业，优化了施工工序，缩短工期。

4、采用格构柱中转体系，节约支撑材料。

5、采用格构柱作为桁架支撑体系，而非满堂支撑架，能够更加快速有效的设置和拆除支撑体系，避免搭设和拆除的人工费，同时能够缩短工期，大大降低成本，提高经济效益。

6、与传统舞台钢结构施工相比，此工艺采用倒叙法施工，从上往下施工，吊装钢梁的同时，将吊柱预拼装成整体，一次吊装成型，形成完整的支撑体系后采用机械与人工相互辅助的方法进行安装，可实现立体交叉作业、降低工作面需求和提高工效。

需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种下挂式钢结构逆向安装施工方法，其特征在于，包括步骤：

在施工下挂式钢结构的主体混凝土结构的过程中，预先设置下挂式钢结构的预埋结构；

在施工完成的主体混凝土结构中搭设临时支撑结构，于下挂式钢结构的主钢梁的下方位置构建临时支撑面；

拼装主钢梁和吊柱；

将拼装完成的主钢梁和吊柱吊装至所述临时支撑面上，并将所述主钢梁的端部与所述预埋结构进行固定；

于所述主钢梁和吊柱的下方由上至下逐层吊装下挂钢结构，并在每一层所述下挂钢结构吊装到位后，采用所述预埋结构对所述下挂钢结构的端部进行固定；

完成所有层下挂钢结构的吊装和固定；以及

拆除所述临时支撑结构。

2.如权利要求1所述的下挂式钢结构逆向安装施工方法，其特征在于：在施工下挂式钢结构的主体混凝土结构前，预先对下挂式钢结构进行BIM建模，并根据BIM建模计算预埋结构和临时支撑结构的设置位置。

3.如权利要求2所述的下挂式钢结构逆向安装施工方法，其特征在于：所述预埋结构包括多个预埋埋件，多个所述预埋埋件对位设置于下挂式钢结构的主钢梁的端部位置和每一层下挂式钢结构的端部位置。

4.如权利要求1所述的下挂式钢结构逆向安装施工方法，其特征在于：所述下挂式钢结构为下层空间狭小的多层钢结构，所述临时支撑结构包括下层格构柱、转换平台和上层格构柱，所述下层格构柱设于所述下挂式钢结构的下层狭小空间中且所述下层格构柱的顶部延伸出所述下层狭小空间，所述转换平台固定于所述下层格构柱的顶部，所述上层格构柱固定于所述转换平台上并支撑于所述下挂式钢结构的主钢梁和吊柱的下方。

5.如权利要求4所述的下挂式钢结构逆向安装施工方法，其特征在于：所述下层格构柱包括第一格构柱、第二格构柱及连接于所述第一格构柱和所述第二格构柱之间的横向支撑。

6.如权利要求4所述的下挂式钢结构逆向安装施工方法，其特征在于：所述转换平台上间隔布设有多道所述上层格构柱，多道所述上层格构柱的顶部关联形成所述临时支撑面。

7.如权利要求4所述的下挂式钢结构逆向安装施工方法，其特征在于：所述转换平台固定于所述主体混凝土结构的楼板梁上。

8.如权利要求1所述的下挂式钢结构逆向安装施工方法，其特征在于，在将拼装完成的主钢梁和吊柱吊装至所述临时支撑面上的步骤中，还包括：

将每根主钢梁进行分段吊装，并将相邻主钢梁间的分段位置相互错开；

将每根主钢梁的分段位置搭设于所述临时支撑面上。