连载丨超高层建筑顶部临边与悬挑钢桁架装饰柱吊装施工（1）

1 工程概况

北京市某超高层办公楼项目位于亦庄商务核心区荣华路，是一个以写字楼为核心、商业为配套的5A级国际化商务综合体，项目用地面积3.37万m²，总建筑面积15.74万m²（地下建筑面积约3.94万m²，地上建筑面积约11.80万m²）；其总体设计布局为两栋高层办公塔楼A、B座，其结构形式为钢筋混凝土框架–核心筒体系，周边为2~3层商业裙房环绕，中部为平面三角形的共享大厅。A座32层，屋面顶板（结构）标高130.500 m，女儿墙高度140 m，为超高层建筑；B座24层，屋面顶板（结构）标高98.500 m，女儿墙高度110 m，为一类高层建筑；抗震设防烈度为8度，防火等级为一级，耐火等级为高层一类一级，工程设计使用寿命50年。项目立面如图1、图2所示。

2 顶部钢桁架装饰柱概况

以A座塔楼为例，其顶部临边与悬挑环绕钢桁架装饰柱主要分为屋面临边钢桁架柱和塔楼主体结构顶部周围钢桁架柱2部分。

2.1 屋面钢桁架柱概况

屋面钢柱为变截面双管桁架柱，各变截面桁架柱完全相同，共计44榀，标高从131.000 m到139.700 m，标高在131.000 m处最宽2.13 m，最高点139.7 m处宽度变为1.03 m；柱子内侧弦杆为直立，外侧弦杆为下端直立，2.3 m以上向内测倾斜，直至139.500 m标高；主弦杆采用矩形管300 mm×250 mm×14 mm，腹杆采用方管100 mm×100 mm×5 mm，材质为Q345B，表面均喷涂氟碳；柱脚标高131.000 m，柱脚节点为预埋钢板，矩形管焊接在预埋板上，四周加加劲肋；各榀桁架间用矩形管300 mm×250 mm×14 mm焊接，形成围护结构。

2.2 塔楼四周钢结构柱概况

A座塔楼四周造型钢结构柱分布在楼四周，每侧11榀桁架，其中中间的9榀在29层（114.5 m）起步，而在每一侧的最外边两榀钢桁架柱从27层（106.5 m）起步。所有的钢桁架在29层以上部分都是一样的造型、尺寸，直至顶面139.700 m标高，桁架根部最宽1.510 m，在标高139.700 m的端部处宽度为0.75 m。钢桁架柱从114.5 m（局部在106.5 m）标高主体结构混凝土梁处做埋件焊接挑梁，挑梁上安装双管桁架，桁架在130.4 m处通过另一根钢梁和主体混凝土结构形成刚性拉结。弦杆选用热镀锌矩形管300 mm×250 mm×12 mm，腹杆均采用热镀锌方管100 mm×100 mm×5 mm，横向悬挑梁采用热镀锌矩形管300 mm×250 mm×20 mm，系杆和支撑采用圆管95 mm×8 mm，材质均为Q235B。屋面钢桁架和塔楼周围造型桁架柱在标高136.400 m处通过不锈钢刚性系杆及水平支撑交叉拉结，从而使屋面钢结构和塔楼周围造型钢结构形成水平支撑，保证四周造型钢结构的平面外稳定性。钢桁架装饰柱效果如图3所示。

3 施工难点和重点

（1）本工程施工场地狭窄、现场堆料和制作空间有限，施工作业面超高，受大风等自然天气影响较大，吊装过程和施焊作业安全防护是本工程的重点。

（2）A座塔楼屋顶钢桁架柱整体高8.7 m，宽2.13 m，重约2.2 t，由工厂焊接成型，其在运输过程的防变形及进场后的吊装是本工程的重点。

（3）A座塔楼四周造型钢柱整体最大高度约33.2 m，宽约1.51 m，重约4.5 t，必须分段制作、运输与吊装，分段的大小、长度对运输和吊装的影响及分段吊装的措施和拼接过程是本工程的难点。

4 施工部署

4.1 钢桁架柱深化设计思路及流程

（1）深化设计过程应包含钢结构制作工艺流程、节段划分方案、制作精度控制方案、质量检测方案等，设计内容包括施工详图说明、构件平立面布置图、构（组）件施工详图、节点施工详图、施工安装图和预拼装图等。

（2）根据施工图纸建立钢结构三维模型并进行强度校核、应力分析，计算出杆件内力和变形量，准确计算并标出各杆件与连接杆件的锐角和中心线交点的距离，各构件下料图预留焊缝收缩余量等；深化图经设计单位确认后方可下料制作、吊装施工及验收。

4.2 施工流水段划分

流水区作业顺序遵循由远及近、先屋面后四周的原则，在屋面对应分区由中间向两端进行吊装，四周造型对应分区由每个分区的端部开始逐榀、逐段吊装。

本钢结构吊装施工按照4个流水段进行，第一流水段为塔楼屋面临边钢桁架柱，柱底标高为131.000 m，长度8.5 m；第二段为塔楼四周造型钢桁架柱，从106.500 m标高（27层）开始至114.500 m造型顶，长度8 m；第三段从114.500 m标高（29层）开始直124.0 m造型顶，长度9.5 m；第四段从124.000 m标高（31层）开始至139.7 m造型顶，长度15.7 m。

4.3 主要施工机械选用

4.3.1 塔式起重机的选用

（1）本工程现场安装的2台塔式起重机型号为TC70/30，根据TC70/30塔式起重机的起重性能、施工平面布置和深化设计后的钢构件可知，塔式起重机距离吊装构件最远端距离约67 m，此时塔式起重机可承受最大吊重按照等差法计算为3.4 t。

（2）屋面钢桁架柱单榀高度约8.5 m，宽度约2.3 m，重量约2.2 t；塔楼四周造型钢桁架柱分段后桁架最宽的根部1.510 m，最窄顶部宽度为0.75 m，单段重量不超过1.8 t。钢结构安装最高高度位于139.7 m，属于超高层作业；另外现场塔式起重机布置可以兼顾塔楼四周任何一个吊点，且以上钢构件安装选用TC70/30塔式起重机均能满足吊重要求，综合比较后采用塔式起重机吊装是唯一可行方案。

4.3.2 吊装钢丝绳选择

屋面桁架柱最大重量为2.2 t，以单机单点起吊单根钢丝受力按2.2 t计算，N=22 kN，直径为24 mm，钢丝绳由破断拉力查表得P=29 350 kg，取安全系数K=8，则[P]=3 694 kg＞2 200 kg，满足吊装要求。

4.3.3 吊装卡环选用

本工程选用D形卡环。现场吊装卡环吊重型号6.0，吊环允许使用负荷6 000 kg，实际最大负荷2.2 t，安全余度为2.5倍。

4.4 施工平台搭设

4.4.1 屋面钢结构施工平台

屋面桁架因为本身不高，最高处距离屋面高度9 m，施工作业处标高分别为132.150 m，135.750 m，139.700 m，屋面钢结构焊接施工采用活动式脚手架，搭拆、移动方便。

4.4.2 塔楼四周钢结构操作平台

塔楼四周造型钢桁架柱部分的施工搭设悬挑式操作平台，由于四周造型部分线条长度不一，并且在每个作业点的平台形式不尽相同，综合作业平台位置的形式主要分三类，不同形式操作平台如图4~图6所示。

图4 悬挑1.7 m操作平台

图5 悬挑3.7 m操作平台示意

图6 屋面操作平台

（1）27~30层平台形式一样，从支撑梁梁中计算实际悬挑长度1.70 m，楼内部分长度为6.0 m，外侧栏杆高度1.5 m。

（2）31~32层平台形式一样，从支撑梁梁中计算实际悬挑长3.70 m，楼内部分长3.9 m，栏杆高1.5 m。

（3）屋顶层的平台放置于屋面，和屋面钢结构连接形成悬挑平台，从支撑梁梁中计算实际悬挑长度3.70 m，屋面部分长度为2.5 m，外侧栏杆高度1.5 m，此平台栏杆为插接形式。

当平台需要移动到上一个施工层时，直接拆除成单个杆件采用塔式起重机运输；层间水平移动时，则在人员施工完毕后，卸掉后柱的顶丝和柱脚的膨胀螺栓，在柱底板上安装万向轮水平推移即可。