大跨度悬挑混凝土桁架施工工法

中国建筑第八工程局有限公司中南公司

陈正洪赵亚军苗良田魏爱生陈俊杰

1.前言

随着建筑行业的发展，特殊结构和复杂建筑造型在大型公共建筑中的应用越来越普遍；较多的屋架、空中楼阁、塔架和栈桥等特殊构件为满足建筑设计造型需要采用悬挑桁架结构。桁架结构在设计和使用过程中有充分利用有效空间、节约建筑面积、满足设计需要造型等优点。桁架结构作为一种提高结构整体性、降低结构自重、保证结构抗震性的结构体系，是建设部科技成果推广项目之一，是现代都市生活的结构新工艺。

2.工法特点

悬挑混凝土桁架结构是一种杆件复合承重的结构体系，该结构体系由上下弦杆、腹杆、竖杆等构件组成。该体系具有抗震性能好、施工经济合理、技术先进等优点。

2.1 受力合理，充分发挥材料作用，用料省

桁架的主要承重结构是桁架体系。它是由拉杆和压杆体系共同组合受力，每一受力杆件都是复合受力。在整个受力体系中，斜腹杆受有推力和拉力作用，水平杆的跨间弯矩得以大大减少；竖杆在整个体系中主要承受轴向力，能够充分利用全截面材料的作用。

2.2 整体性强，抗震性很好

桁架结构体系作为主要承重结构的杆件都采用的钢筋混凝土骨架，杆件间连接可靠，混凝土龄期差别小，这样就不会由于结合强度不足而导致开裂，也不会因不同材料间收缩、徐变产生的内力重分布而引起结构开裂。

2.3 竖向刚度大，保证结构质量

钢筋混凝土桁架结构整体竖向刚度大，梁板施工按照普通钢筋混凝土浇筑，并不要求严格的顺序，浇筑桁架梁板混凝土同普通混凝土一样方便，对混凝土施工质量容易控制，能有效保证混凝土施工质量。

2.4 桁架节点操作复杂、质量要求高。

桁架在悬挑部位的节点一般由4个及以上杆件构成，且钢筋在节点部位设计均为搭接，节点部位钢筋通常很密集。桁架结构为减少自重桁架杆件比普通混凝土柱子要小，这样便增大了节点部位的配筋率，节点处于超筋。在施工过程中采用建设部的四新技术改变钢筋的连接方式，在保证结构质量安全的前提下将同一断面钢筋的有效根数减少，这样便于保证混凝土施工质量，从而保证整个体系的结构安全。

普通混凝土桁架节点施工工序多、施工工期长、工人操作难度大，经过对建设部四新技术的合理应用，对混凝土桁架节点采用直螺纹连接大大降低了工人的操作难度，减少施工工序，缩短施工周期，同时还减少钢筋用量，降低了施工成本。

3.适用范围

悬挑混凝土桁架适用在下部建筑面积受限，而上部结构需要大空间的结构体系中，这样能节约下部建筑面积，同时能保证上部结构设计要求，保证工程的使用功能需要。

悬挑混凝土桁架结构属于悬臂构件，适合于抗震等级较高的结构空间，当抗震等级在7度及7度以上设防区域时，能保证结构的整体性和有效抗震能力，保证结构的受力安全。

4.工艺原理

按照图纸要求，在桁架结构的每个节点处有4个构件相交，设计水平方向内

的梁钢筋配筋为2125，腹杆和竖杆为2425，节点处截面形状为600mm×600mm×800mm，节点处钢筋总数为24+24+13+13=74（根），钢筋锚固长度为40d，钢筋总体积为0.145m3，占节点总体积的50%，钢筋在该部位属于严重超筋，对施工操作带来非常不便。

为了加快施工速度，同时保证施工质量，经与设计沟通，现场进行优化处理，将四个构件的钢筋采用机械连接，节点避开受拉力的腹杆和竖杆，将节点设置在上下弦杆离节点1/3跨范围内，这样将原来的节点范围内的74根钢筋缩减到40根，大大降低了施工操作难度，同时也减少钢筋用量，降低了施工成本。

图4.1 节点优化图

5.施工工艺流程及操作要点

5.1 工艺流程

桁架施工准备→节点钢筋优化设计→节点模板优化设计→节点模型钢筋操作→现场模板工程施工→现场钢筋制作安装→桁架节点精细处理→隐蔽验收→边模板标高测量（初值）→混凝土浇筑→边模板标高测量（中值）→模板拆除→桁架边标高测量（终值：挠度控制测量）→成品保护。

5.2 操作要点

5.2.1 悬挑桁架模板施工技术

网球中心工程悬挑桁架为平行桁架，桁架模板支撑复杂，桁架四周与结构不连接，除了支模架在桁架底部可与建筑物连接，侧向无拉接处，要保证桁架结构的截面和垂直度非常关键。

施工过程中支模架所受外荷载，经受二个阶段，第一阶段在混凝土浇筑过程中，桁架混凝土及其模板重量原则上按照线荷载形式均匀向下传递，此阶段应保证桁架在混凝土浇筑过程中不变形。第二阶段是在混凝土凝固后大部分模板拆除，特别是底部悬挑部分梁板模板拆除前，桁架的上弦与腹杆重量将按桁架受力体系特点，直接传到节点上，增大了节点下部桁架节点的荷载，在施工过程中应严格控制拆模时间，是确保桁架施工质量的关键。

施工过程中为了保证桁架的变形在规定误差范围内，现场对模板体系施工进行优化，采取将桁架模板体系与竖向模板支撑体系的满堂脚手架进行连接，形成桁架支撑与满堂脚手架的整体受力，从而保证了桁架模板及其支撑的施工质量。

5.2.2 悬挑桁架钢筋施工技术

1、节点配筋，桁架杆件的截面采用矩形形式，上弦杆高度为800mm，下弦杆梁高800，腹杆为600mm宽正方形剪刀形腹杆，竖杆为600mm正方形拉杆。在设计图纸中标明，上下弦杆配置2125，腹杆和竖杆为2425，钢筋在节点部位采用锚固连接，钢筋总根数达74根，钢筋布置非常密集，形成超筋，且给施工操作带来非常不便，为了防止杆件交会处因超筋容易引起混凝土开裂，加强腹杆钢筋的锚固，经与设计协商，在节点部位采用直螺纹机械连接，在保证质量的情况下减少了钢筋的锚固，使钢筋施工和混凝土施工都得到有效保证。

2、桁架节点施工是整个桁架的关键工序，该处承受桁架支座的垂直和水平压力、上下弦杆之间的水平剪力和水平拉力，因而端节点区域受力比较复杂，混凝土较易出现裂缝。为了保证桁架节点受力，经设计认可，在所有节点部位将箍筋加密，保证了桁架节点不至于开裂。

5.2.3 混凝土施工技术

桁架的支撑系统对于保证桁架的横向整体稳定、上下弦杆的横向稳定和建筑物屋盖刚度有十分重要的作用，是保证桁架工作的重要构件。本工程为十字交叉斜腹杆，利用相邻的两榀桁架的杆件构成平面桁架，布置在屋架的上弦或下弦平面，及垂直于桁架平面的两端或中部。

在混凝土施工过程中，节点部位钢筋密集，为了保证混凝土施工质量，施工过程采用坍落度相对较大、流动性能好、骨料粒径小的细石混凝土，浇筑过程中除进行内部振捣外还应进行外部辅助振捣，以保证钢筋保护层，从而保证整体混凝土质量。

5.2.4 桁架挠度控制

悬挑混凝土桁架结构施工过程中应对模板变形混凝土变形进行观测，以确定桁架结构整体挠度得到有效控制。具体控制措施为：

1、桁架梁板模板支设完成在进行隐蔽验收前，每榀桁架在悬挑端部模板外边选定不少于3个点观测点对模板标高进行观测，并做好标记，将该数据作为桁架挠度变形的初始值。

2、在梁板底模拆除前在相同位置用水准仪对同一测点进行标高测定，并做好记录作为观测的中值。

3、梁板模板拆除后还应在同一位置对同一点进行观测，并做好相应记录作为观测的终值。

4、中值和初值的差值应作为混凝土的施工变形值，终值与中值的差值应作为桁架结构的挠度变形值，将两种数据均与设计规定数值进行对比，使挠度变形值均控制在设计允许范围内。

同时在模板拆除过程中对弦杆、腹杆及竖杆进行观察，保证结构在模板拆除过程中控制混凝土结构不开裂，从而保证混凝土和桁架结构的整体质量。

6.材料与设备

表6.1 主要材料用表

序号 名称 规格 单位 数量 备注

1 钢筋 φ25 t 33

2 直螺纹套筒 φ25 个 9200

3 模板 m22000

表6.2 主要设备用表

序号 名称 规格 单位 数量 备注

1 塔吊 QTZ5013 台 3

2 直螺纹套丝机 GX-40 台 4

3 钢筋弯曲机 GW40 台 2

4 钢筋调直机 GT6-12 台 2

5 砂轮切割机 400型 台 4

单面压刨机 MB105A 台 2

圆盘锯 MJ-104 台 2

插入式振动泵 HZ—50 台 8

全站仪 徕卡TC2003台 1

精密水准仪 徕卡NA2 台 2

经纬仪 J2 台 2

7.质量控制

7.1 质量管理措施

1、建立以项目总工→项目技术部经理→项目工程部→专业质检员→作业班组为主线的质量管理体系。

2、严格执行“三检”制度，即实行班组内自检、班组间互检、项目部验收检查的检查验收制度。

7.2 钢筋质量控制要求

7.2.1 钢筋原材料质量要求

1、工程所用的钢筋必须符合现行国家规范，规程的规定。没有轧制毛病且符合设计的直径，表面干净且无松散铁锈、锈皮、油及润滑脂。

2、钢筋的检查项目取样数量、取样方法和试验方法符合现行《混凝土及预制混凝土构件质量控制规程》的有关条款。

3、现场操作区域不作为存放钢筋区域。钢筋在运输和储存时按品牌、牌号、规格及试验编号等挂牌码放。钢筋分规格堆码在距地面200mm以上型钢架上。贮放钢筋时防止雨淋、受潮、锈蚀和污染。

7.2.2 钢筋直螺纹连接

1、用于桁架结构直螺纹的钢筋端部均应用砂轮切割机切平整。

2、连接套筒。本工程桁架节点钢筋采用连接套筒连接，钢筋滚轧直螺纹连接套筒尺寸及钢筋螺纹长度（mm）。

钢筋直径 套筒长度 套筒外径 螺纹长度 Φ22 60 32 28

Φ25 65 38 31

3、钢筋加工的允许偏差：

项 目 允 许 偏 差（mm） 采用钢筋顺长度方向全长的净尺寸 ±10

弯起钢筋的弯折位置 ±20

箍筋内净尺寸 ±5

4、加工好的螺纹钢筋与套筒通过拧紧螺纹连接在一起。连接连接应符合《钢筋机械连接通用技术规程》（JGJ107-2003）中规定，钢筋接头百分率不宜超过50%。

7.2.3 钢筋绑扎筋要求

桁架结构钢筋绑扎和普通钢筋绑扎相同，应满足图纸设计要求和03G101-1规范要求。

7.3 模板质量控制要求

1、桁架结构在模板施工过程中和普通模板安装相同，应满足50204-2002规范要求。

2、考虑混凝土施工变形影响，模板施工时应对悬挑部位按1%坡度上翘，保证混凝土浇筑完成后消除桁架的施工变形。

8.安全措施

1、高空作业时，各种配件应放在工具箱或工具袋中，严禁放在模板或脚手架上；各种工具应系挂在操作人员身上或放在工具袋内，不得掉落。

2、装拆模板时，上下应有人接应，随拆随运转，并应把活动部件固定牢靠，严禁堆放在脚手板上和抛掷，除操作人员外，施工作业面下不得站人。

3、使用震动棒应穿胶鞋，湿手不得接触开关，电源线不得破皮漏电。

9.环境措施

1、临时设施应充分利用旧料和能重复利用的材料，使用装配方便、可循环利用材料。

2、尽量采用工业化的半成品、成品，减少现场作业与废料。

3、按照国家、行业或地方部门要求，选择经国家认可的，有绿色环保标志的建材。

4、所有施工用辅助材料均采用对人体无害的绿色材料，要符合《民用建筑室内环境污染控制规范》、《室内建筑装饰装修材料有害物质限量》，混凝土外加剂要符合《混凝土外加剂应用规程》（DBJ01-61-2002）、《混凝土外加剂中释放氨的限量》（GB18588-2001），不符合规定的材料不允许进场。

10.效益分析

10.1 经济效益

经过项目部对建设部四新技术的合理应用，将混凝土桁架节点采用直螺纹连接，大大降低了工人的操作难度，减少施工工序，缩短施工周期，同时还减少钢筋用量，降低了施工成本。现场桁架节点优化共节约钢筋成本42万元。每榀桁架施工工期比计划提前2天完成，达到了创新的效果。

10.2 社会效益

四川国际网球中心大跨度悬挑混凝土桁架的施工，有效的保证工程施工进度和施工质量，同时节约了工程造价，缩短了施工工期，主体结构施工完成后同时获得成都市和四川省结构优质工程，展示中建八局的铁军风范，达到了把四川国际网球中心项目作为局发展西南地区的门户，为我局在西南地区的发展奠定了坚实的基础。

11.工程实例

四川国际网球中心会议中心工程为满足设计造型需要大量采用悬挑混凝土桁架体系结构，该结构体系经过2008年5.12特大地震的检验，结构没有发生任何不安全因素。工程经过两年来的使用，已经得到了各方的共同认可，该工程质量可靠，效果良好。