超长异形悬挑金属屋面挑檐提升方案

丁晓星 王滕珏 管仁仁

（1.南通市中央创新区科创产业发展有限公司，江苏 南通 226000；2.中国建筑第八工程局有限公司，上海 200112）

1 工程概况

南通大剧院项目由法国建筑大师保罗·安德鲁领衔设计，项目包括新建剧院、音乐厅、戏剧场、创意中心及儿童活动中心等。本工程屋面系统为分离式复合屋面系统，沿湖面金属屋面外挑10m 作为雨棚，雨棚展开投影长度300m，南通大剧院效果图见图1。

图1 南通大剧院效果图

2 施工难点

2.1 超高

吊装高度最高达22m，超高吊装高度使稳定性无法得到有效保证，且现行规范没有对吊装过程提出更高的技术要求。

2.2 大跨度

金属屋面檐口施工区域平面跨度长约300m，超大跨度需选择合适的施工方案。

2.3 工程体量大

如采用传统满堂支撑架后高空拼接，架体需求量118800m3，需要调动大量的材料及劳动力资源，且有一定安全隐患，后续模板拆除工程量巨大。

3 金属屋面挑檐安装方案选择

方案1：满堂架+高空拼装体系

搭设满堂架作为操作平台后，在高空完成屋面檐口体系安装。

方案2：地面拼装+分段吊装体系

在地面完成胎架搭设、骨架拼装、檐口铝板安装后，使用扒杆+电动葫芦吊装系统，分段将屋面檐口吊装完成。骨架总长约300m 分为6 段、平均长度约30～70m，经过计算，檐口铝板含骨架及背衬板，在300m 沿长方向每米重量约400kg，按最大分段长度70m 计算，最大起吊总重约28t。

方案3：整体提升体系

以大坡面为拼装场地，使用大量的临时支撑胎架作为桁架安装平台，拼装完成后使用液压提升器进行桁架整体提升。

综合考虑施工技术的可实施性、安全、进度以及经济性等方面因素，对比上述施工方案，最终选择了最优方案2 进行现场施工。

3.1 满堂架+高空拼装体系的优点

（1）传统施工工艺，体系成熟、工人易于接受。（2）在地面进行骨架拼装，便捷质量检查、减少高空作业带来的安全隐患；结合现场实际结构情况使用扒杆+电动葫芦吊装体系，使用最低成本可靠完成吊装作业；骨架加工操作简单，吊装速度较快，节省工期。（3）有利于现场文明施工管控，完成度高。

3.2 满堂架+高空拼装体系的缺点

（1）稳定性构造，施工繁琐；架体搭设体量巨大，对材料、人工耗用量较大；搭设和拆卸周期长，影响工期；高空作业时间长，安全隐患大。（2）房屋建筑工程扒杆+电动葫芦应用案例较少，经验不足，操作不熟练。（3）整体提升施工技术含量高、施工难度较大；受下部混凝土施工周期制约较大，不易于保障整体工期；为了减小吊机选型，需采取平面小单元楼面拼装，楼面拼装工作量大。吊机选型大，两侧需满足重型吊车通道行走要求；吊机数量最多，成本最高。

采用价值工程理论进行方案选择，最终选择方案2，利用舞台幕布牛腿支撑高空贝雷架钢平台+盘扣支撑体系。

4 施工顺序及实施要点

4.1 施工工序

建模下料→测量放线→胎架搭设→分段拼装雨棚→试吊→正式吊装。

建模下料、测量放线：测量搭设胎架的同时下料加工，工厂里按照节点图及BIM 模型中大小片钢架的具体尺寸，编号按顺序加工钢架以及饰面铝板，运至工地备用。

胎架搭设完毕后，在胎架上进行龙骨的拼装、焊接。焊接完毕，施工人员必须敲除焊渣，自检焊缝，并经质检人员复查合格签字后，再由专检人员填报中间验收单，经质检部门复查后方可进行下道工序施工，在地面焊接与空中焊接相比，其焊接质量和焊接精度有大幅度提高，同时由于大量减少了空中焊接的工作量，也大大提高了施工的安全性。分段整体在胎架拼装完成并经验收合格后，由专人进行群吊吊具的安装和调试，控制箱置于屋面B 轴处，空车调试完成后，进行钢骨架的试吊，利用建立起来的三维实体模型精确地找出复杂吊装单元体的重心点和重心轴线，为吊装方案的确定提供可靠的数据支持，从而确定出吊装需要的吊点、起重索具、作业半径等重要指导数据，焊接吊耳及索具安装。具体吊点选择位置及吊装分段图见图2[2]。

图2 吊装段划分以及吊点布置图

试吊的方法是将钢骨架整体提升300～500mm 后停止。观察是否安全可靠，试吊是全面落实和检验整个吊装方案完善性的重要保证。

先把少儿厅第一段钢骨架提升至安装位置，到指定位置时用手动葫芦进行微调，调至之前用全站仪所标出的定位控制点，利用全站仪进行多点复核，严格保证安装的精度，画出钢骨架与主钢结构连接需修除的部分，因为主骨架与模型有不可避免的施工误差，按模型进行标准片加工时，对安装接口进行了适当的加长。第一次试吊完成后重新把钢骨架放回地面适当高度，进行接口修整。背衬板安装、铝板及装饰线安装和打胶工作、装饰面完成后，报经监理验收合格后进行正式吊装[3]。

正式吊装阶段，当分段整体由环链电动葫芦群吊机组吊至理论标高，并由手动葫芦调整好水平距离后用全站仪对实体表面天沟边线进行复核，如有微小偏差可对单个环链电动葫芦进行微调，使装饰面满足设计要求，表面平滑美观。

调整完毕后，由专业焊工用挂蓝对每个连接点进行焊接加固，所有焊接工作完成后，清理焊渣，拆除吊具，最后去除吊耳对焊接节点进行防腐处理。

4.2 实施要点

4.2.1 吊具的安装方式

由设计院进行扒杆系统承载力验算、出具工程技术核定单，确保扒杆系统承载力满足要求。

4.2.2 每一分段雨棚体系在安装后产生内力及挠度形变

通过有限元计算软件进行挠度及内力验算，充分考虑起吊过程的单元体内力稳定安全以及变形控制。雨棚挠度变形内力分析见图3。

图3 雨棚挠度变形内力分析

4.2.3 吊装施工段划分

为实现流水施工及吊装过程的安全，按五个功能厅和入口大厅将总长约300m 屋面檐口分为6 段吊装。

4.2.4 起吊点位置的确定

利用geomagic 建模进行吊装单元体重心分析，为吊装方案实施过程的安全和稳定提供数据支持，从而确定出吊装需要的吊点、起重索具、作业半径等重要指导数据，再进行焊接吊耳及索具安装。

4.2.5 施工安全

施工过程中在下方进行警示牌隔离，并专人监管；高空作业工人设置安全绳；配备工人安全绳悬挂装置[4]。

4.2.6 接缝预留

对施工班组进行技术安全交底，在各个厅之间预留檐口接缝，吊装过程技术人员全程旁站。

5 实施成效

本项目较满堂架节约造价约350%～400%。盘扣架每吨每月租赁材料费用200 元，每吨盘扣架杆件可搭设80m3空间；搭设范围平面长度300m、宽度18m、高度22m（高度计算值为地面至檐口吊装最高点），盘扣脚手架搭拆人工费用为28 元/m3，按2 个月使用周期计算工程费用：（18×300×22/80）×200×2+18×22×300×28=392.04 万元。屋面檐口铝板吊装包干费用80 万元，因此产生直接经济效益达312.04 万元。

吊点位置确认、扒杆+电动葫芦吊装体系安装、试吊仅耗了30d工期，每天20 人，根据现场屋面檐口尺寸18×300×22=118800m3，若采用落地满堂脚手架搭设，投入同样的劳动力（每天20 人），每人每天搭设80m3，共需耗时18×300×22/（80×20）=75d，节省工期75-30=45d，工期效益明显。

由于整体提升方案的构件均在工厂加工不需要现场加工，现场仅需进行简单的焊接安装即可，提高了材料的使用率，同时不需搭设大量的脚手架，施工现场整洁，对推动现场文明施工起到积极作用。与其他吊装体系相比，在同等荷载情况下，施工设备为手拉葫芦+扒杆，大幅节省施工设备，节省相应的运输费、搭拆人工费、管理费、材料损耗等费用，符合绿色施工的行业环境[5]。

6 结束语

该施工方案充分利用了钢结构屋架体系作为起吊点的固定支座端，依托于结构屋架体系自支撑体系的整体吊装方法，可以广泛推广应用于类似悬挑结构的安装施工，能够获得安全文明、绿色施工、工期及成本节约的综合成效。