凃家豪 纪晓龙 王 路 李 敏 陈国秀

中建四局深圳总承包公司 广东 深圳 518048

1 研究现状和背景

在一般的钢结构安装工程施工过程中，大部分采用单榀胎架进行临时支撑。对于大体量、大质量的钢结构安装工程，由于单榀胎架难以承受过大的荷载，故可采取组合式胎架作为支撑体系，以分散集中荷载的作用，达到受力均匀的效果，保证施工安全及对既有结构的保护[1-2]。

2 工程概况

大疆天空之城大厦、大疆天空之城大厦二期项目是享誉国际的大疆无人机，深圳市大疆创新科技有限公司的总部基地。工程位于深圳市南山区西丽街道留仙洞总部基地2街坊08#地块、10#地块。项目由2栋塔楼、1层裙房和1个钢羽桥组成，集研发办公楼、写字楼和地下车库于一体，建设用地面积为19 403.6 m2，总建筑面积为240 701.07 m2。

项目地上结构形式为带悬挂层框架-支撑结构，地下为框架-剪力墙结构。地下为4层地下室，功能为地下车库及设备用房，设有人防防护单位，东塔及西塔建筑造型相似，但高度不一，其中东塔有48层，建筑高度211.6 m；西塔有44层，建筑高度193.1 m（图1）。

图1 大疆天空之城大厦效果图

每栋塔楼分别设有上、下两组由圆管吊柱、钢梁及桁架层组成的悬挂框体，每组框体含有东、西、南侧3个悬挂框体（图2），每个框体的高度、大小及层数均不相同，框体最大悬挑长度为21.25 m。构造所用的最厚钢板达到90 mm，最重构件达50 t。

3 临时支撑胎架的施工流程

由于悬挂框体施工需要，根据结构受力计算，在施工塔楼下部悬挑框体时，需在悬挑框体下部设置底部支撑措施（分配桁架＋格构式支撑胎架），悬挑框体吊柱与支撑胎架相连，同时支撑胎架坐落于底部分配桁架上，底部分配桁架通过埋件与地下室顶板混凝土柱相连接（图3）。在施工过程中，底部悬挑框体的钢结构构件施工荷载通过支撑胎架传递至底部分配桁架，再由胎架底部分配桁架传递至地下室混凝土柱，最终传递至底板及基础。

图2 塔楼标准层平面示意

图3 底部支撑措施示意（分配桁架＋格构式支撑胎架）

临时支撑胎架的总体施工流程如下：安装核心筒1～8层钢结构→核心筒安装至12层，安装底部支撑→安装下部3个悬挑框体→安装中部支撑柱及上部框体临时桁架层→安装完成上部框体临时桁架层后，先拆除中部支撑，再拆除下部支撑。

4 底部支撑措施平面布置

本工程2栋塔楼各采用10组临时支撑胎架，设置于悬挑框体吊柱下方，在上部桁架层完成前提供临时支撑，如图4所示。

图4 底部支撑措施立面示意

5 分配桁架的安装

5.1 分配桁架的设计

在设置分配桁架前，需将连接埋件预埋在地下室顶板混凝土柱上。为提高底部支撑措施稳定性，需在地下室顶板柱头设置柱底埋件，便于底部分配桁架与混凝土柱头连接，保证两柱中心线重合，防止对已完成的混凝土结构产生破坏。在埋件固定完成后，采用高强灌浆料浇筑，使埋件与柱顶混凝土形成一个整体。分配桁架由Q345B的热轧型钢、焊接箱形方管、圆管等组成。杆件部位由上、下弦杆，腹杆和小立柱组成。构件主要截面如表1所示。

表1 构件主要截面尺寸类型

分配桁架主要为箱形小立柱＋箱形弦杆＋H形或箱形腹杆。采用现场原位拼装的方式进行安装。底部分配桁架的主要作用是将支撑胎架所受的荷载分散传递至地下室各个柱头。

分配桁架同钢结构构件，为工厂制作完成后运输到现场进行拼装，现场拼装方式为焊接，严格按照钢结构相关规范施工。在分配桁架拼装完成后，分配桁架立柱还需浇筑混凝土以提高抗压能力。

5.2 施工流程

第1步：分配桁架埋件安装。

第2步：底部分配桁架的拼装及安装。

完成上述以上2个步骤后，方可进行临时支撑胎架的架设，分配桁架成形效果如图5所示。

图5 分配桁架成形效果

6 临时支撑胎架的安装

6.1 临时支撑胎架的设计

6.1.1 临时支撑胎架设计高度

格构式胎架顶部支撑点布置于悬挑结构吊柱底部，其中西塔支撑胎架布置于相对±0 m以上高度分别为：23.696、32.796、36.796 m；东塔支撑胎架布置于相对±0 m以上高度分别为：27.696、36.795、41.295 m。

6.1.2 临时支撑胎架优点

临时支撑胎架安全可靠，且有利于本工程的悬挂框体安装，实现超长悬挑构件施工；支撑胎架现场安装速度快，满足抢工期要求；可重复利用，节省材料；便于操作人员进行高空作业。

6.1.3 设计构造

支撑胎架由顶梁、1.0调整节、2.1调整节、底层节、底座调整节、底座等组成（图6）。

图6 装配格构式钢管施工临时支撑胎架整体示意

顶梁及底座梁为HM488 mm×300 mm×11 mm×18 mm，4 m标准节包括交叉支撑、横缀杆、斜缀杆、横隔钢管，交叉支撑为∠75 mm×7 mm，横缀杆为φ76 mm×5 mm，斜缀杆为φ89 mm×5 mm，横隔管为φ76 mm×5 mm，转换梁为□1 000 mm×400 mm×20 mm×20 mm矩形钢梁。以上材料均为Q345B钢材制作而成。

每组“4榀胎架”顶部均设置1道转换钢梁，主要采用□1 000 mm×400 mm×20 mm×20 mm矩形钢梁组成。在转换钢梁平面中心点（圆管吊柱中心点）及悬挑框体最下部结构钢梁投影点设置高度为0.5～1.5 m高度不等的小立柱。小立柱顶面与底部支撑转换梁、上部圆管吊柱均采用全熔透焊接，如图7所示。

6.2 施工流程

第1步：安装格构式支撑胎架的底座。

第2步：采用单节吊装胎架底层节，并于底层上部设置钢管脚手架搭设操作平台。

第3步：采用整体吊装的方式安装标准节。即先将4个标准节通过φ299 mm×8 mm的圆管相互连接固定成一个大的组合胎架标准节后再开始安装。

第4步：依次向上进行安装，最后安装顶部的转换梁以及小立柱，完成底部支撑措施安装；其中左侧小立柱用于支撑悬挑框体底层框架的施工，待形成稳定框体后，即可拆除。

每个悬挑框体的圆管吊柱下均布置一组胎架，一组中共有4榀胎架。每组胎架中，胎架与胎架之间采用与工字钢焊接的方式进行连接并形成一个整体（图8）。

图7 胎架与圆吊柱连接成形

图8 4榀胎架组合平面示意

对于大体量的钢结构工程，应用临时支撑胎架可有效地把过大的集中荷载分散成均布荷载，再传递到基础上，保证了施工的安全性和结构的稳定性。

7 临时支撑胎架的拆除

在完成悬挑框体钢结构施工后，方可进行支撑胎架及分配桁架拆除。如此大质量的钢结构悬挑构件，并且悬挑端最大悬挑长度达到21.25 m。因此，支撑胎架的拆除工艺对工程有着至关重要的意义。

支撑胎架的拆除流程如下：钢结构施工完成→拆除中部圆管支撑柱→支撑胎架顶部小立柱的分级卸载和拆除→拆除支撑胎架→拆除分配桁架。

底部支撑措施由分配桁架和支撑胎架组成，待中部圆管支撑柱拆除后，即可开始底部支撑措施拆除。底部支撑胎架顶部小立柱的分级卸载及拆除，采用火焰分级切割卸载，然后再依次对胎架和底部分配桁架进行拆除。每个悬挂方体底部支撑的拆除顺序为先拆除中间支撑，再拆除角部支撑，钢梁跨度越大越后拆除。

分级卸载即采用火焰切割分步骤逐级进行卸载。在支撑胎架工装顶部从顶端向下每10 mm画1道切割线，直至画到预定的下挠值，确保在切割过程中按相等尺寸向下切割，以便于位移监测及对监测数据及时进行分析。

以每10 mm为一级，每级分2道切割，每道切割缝宽度为5 mm，使钢梁及钢柱缓慢自由下降，下降10 mm位置后，观测位移值并分析。在可行条件时，再进行第二级水平切割及下降，直至理论下挠位置（当前步骤竖向位移）以内并出现脱离方算卸载完成，脱离的空隙保持20 mm，空隙不宜过大，以防止其他步骤再次出现下降。

最终使外框悬挑吊柱完成脱离底部支撑，转换为由上部的悬挂桁架层受力。

需注意的是，火焰切割时为保证母材不受损伤，采用石棉网将结构柱及梁进行覆盖。

为确保底部支撑胎架均衡卸载，每一个悬挑框体底部支撑胎架小立柱分级卸载时，采用分步骤分级卸载。以现场施工为例，具体流程如下：

第1步：使用火焰切割底部支撑小立柱，确保切割卸载高度为10 mm左右，切割顺序尽量同步，确保2个小立柱在同一时间段进行第1步卸载即可。火焰切割时用石棉网将切割缝附近钢梁及圆吊柱进行包裹。

第2步：第1步卸载完成后静置数小时，待结构一次受力转换完成后，再进行第2步卸载。使用火焰切割底部支撑小立柱，确保切割卸载高度为10 mm左右，切割顺序尽量同步，确保2个小立柱在同一时间段进行一级卸载。钢梁及圆吊柱保护措施保持原样，如有破损，应及时进行修补。

第3步：按第1步及第2步方法持续进行卸载，每步火焰切割底部支撑小立柱卸载高度为10 mm左右。同一根钢梁两端卸载时间尽量同步，即保持在同一时间段进行切割（时差不超过1 h），最后卸载总高度需大于吊柱位移计算理论值，直至支撑措施小立柱顶端切割卸载完成后，与圆吊柱底端存在脱离间隙为准，脱离间隙控制在20 mm左右，至此完成整个胎架支撑的卸载。

分级卸载完成后，方可进行胎架拆除，底部胎架拆除步骤：过火焰切割胎架顶部临时支撑柱→倒链配合塔吊拆除顶部分配梁→塔吊配合进行胎架单元体（2层1节）卸载。

8 结语

传统的胎架支撑体系大多只采用纯胎架进行支撑，由于胎架支撑单点受力较大，可能会对结构或基础产生破坏。采用分配桁架和胎架的组合可实现分散力的作用，将原本的单点受力变成了多点受力，从而可以保护结构及施工的安全。分配桁架与临时支撑胎架组合支撑体系在大疆天空之城大厦项目施工中得以成功应用，取得了良好效果，为其他大型钢结构项目提供了参考。