高空钢结构穹顶格构支撑平台辅助安装技术应用

增刊施工技术

CONSTＲUCTIONTECHNOLOGY

1281

高空钢结构穹顶格构支撑平台辅助安装技术应用丁海峰（通州建总集团有限公司，江苏

南通

226300）

［摘要］针对工程中遇到的高大中空钢结构穹顶安装施工的难点，提出通过设立钢结构格构支撑平台，结合结构圈周环形悬挑支撑平台，并在支撑平台上搭设落地钢管脚手架体，辅助钢结构穹顶进行安装施工，有效解决高空为类似工程的施工提供了思路参考。钢结构格构平台支撑体系采用作业平台搭设和后期拆除难度大的问题，

确保了支撑系统的结构安全。大型有限元结构分析软件计算分析，

［关键词］高空；钢穹顶；支撑；施工平台；辅助安装［TU55.2中图分类号］

［文献标识码］A

［8498（2019）S1-1281-05文章编号］1002-

ApplicationofAidedInstallationTechnologyforIndependent

BlockSupportPlatformofHighAirSteelDome

DINGHaifeng

（TongzhouConstructionGeneralContractingGroupCo.，Ltd.，Nantong，Jiangsu

226300，China）

Abstract：Aimingatthedifficultyofinstallationandconstructionofthetallhollowsteeldomeencounteredintheproject，

thispaperproposestheestablishmentofasteelstructureindependentlatticesupportplatform，combinedwithacircularsus-pensionsupportplatformaroundthestructure，andtheerectionofafloorsteelpipescaffoldingonthesupportplatform.As-sistedthesteelstructuredomeinstallationandconstruction，effectivelysolvedtheproblemofhighaltitudeplatformerectionandlatedemolitiondifficulty，andprovidedareferenceforsimilarengineeringconstruction.Largefiniteelementanalysissoftwareisusedtoensurethesafetyofthesupportsystem.

Keywords：highaltitude；steeldome；independentsupport；constructionplatform；auxiliaryinstallation

0

引言

钢结构穹顶由于可以获得大跨尺度的空间、优越的采光以及恢弘的建筑效果，得到了设计师的青睐。近年来随着建筑规模的日趋增大，在一些大型商业中心等建筑中，跨度和高度达到数十米的大空间钢结构穹顶应用甚为广泛。这类钢结构穹顶的常规施工方法是搭设满堂落地脚手架辅助安装；也有采用临时钢梁（钢桁架）架空形成高空临时支撑平台，然后在支撑平台上搭设满堂脚手架支撑辅助安装。对于前者，由于穹顶安装高度高，脚手架用量庞大，脚手架搭拆周期长，且脚手架下部结构有时需要大面积加固。对于后者，虽然可以有效减少脚手架的用量，但由于跨度大，高空临时支撑平台的自重很重（即便采用桁架结构，自重也不轻），支撑钢平台的搭设和拆除也是一件不亚于穹顶安装难度的工作。因此，选择安全可靠、经济适用的支撑方案是此类工程施工的重点和难点。1

工程概况

2

某大型商业综合体工程总建筑面积约22万m，

钢筋混凝土框架结构，其中商场部分地上五层地下一层，商场内部高大中空中庭采用大空间钢结构穹顶采光屋面，屋面钢结构穹顶为圆柱体毂节点单层网壳穹顶结构，网壳矢高17.3m，跨度45m，网壳顶部标高43.650m，底部标高26.350m，穹顶壳体边缘采用锚杆与五层顶部的混凝土柱顶连接，壳体下部至地下1层为悬空部分，穹顶下部无任何结构支撑，为建筑内部提供了开阔的视觉空间和采光效果（见图1）。

图1

［作者简介］丁海峰，E-mail：13857456@qq.com高级工程师，

［收稿日期］2018-12-22

钢结构穹顶立面

针对该工程内部中庭高大跨中空穹顶钢结构安装

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存在的技术难度，通过多种安装方案的比选论证，最终确定采用格构支撑平台辅助高空钢结构穹顶安装施工的方案，通过设立格构柱提升一个高空作业平台，结合结构圈周环形悬挑支撑平台，为钢结构穹顶的安装提供有效的作业面支撑，同时也解决了高空临时支撑平台的安装与拆除难题（见图2）。

图2钢结构穹顶现场施工

2工艺原理

高空钢结构穹顶格构支撑平台辅助安装施工

技术是通过中心格构柱及悬挑于格构立柱上的钢平台形成高空临时钢平台支撑系统，在高空钢平台上在利用脚手架搭建符合穹顶外形的临时支撑，用以辅助穹顶钢结构及穹顶幕墙（屋面）的安装。当穹顶跨度较大，中心支撑平台悬挑跨度过大时，可以结合采用悬挂于穹顶下部环形主体结构上的周圈环形悬挑支撑平台。

支撑系统设计采用SAP2000大型有限元结构分析软件计算分析，

确保了支撑系统的结构安全。钢结构穹顶重量、临时支撑自重以及施工荷载通过中心立柱传递到底部楼层结构的柱网上，必要时可进行底部结构的临时加固。

中心临时支撑悬挑钢平台的安装及拆除采用整体提升及整体下降的方法进行，即首先采用现场塔式起重机（或者小型悬浮起重拔杆）安装格构式中心立柱，然后在地面（或下部楼板上）进行中心悬挑钢平台的组装，利用卷扬机提升系统将组装成整体的钢平台沿中心立柱向上提升安装到位，并进行节点锁定，使钢平台与中心立柱形成受力整体；中心格构支撑的拆除是安装的逆过程，

即同样利用卷扬机系统将其整体下放到地面（或楼面）再解体。中心立柱的拆除同样可采用土建塔式起重机（或小型悬浮起重拔杆）辅助拆除。3工艺流程及操作要点3.1

工艺流程

支撑系统设计计算→支撑系统制作加工→中心立柱安装（塔式起重机或悬浮拔杆辅助）→悬挑钢平台地面组装→悬挑钢平台整体提升→悬挑钢平台与中心立柱固定→钢平台上方钢管支撑架搭设（圈周悬挑钢平台安装）→钢结构穹顶安装→钢结构穹顶下方临时支撑卸载→穹顶幕墙（屋面）安装→钢平台上方钢管脚手架拆除（圈周悬挑钢平台拆除）→悬挑钢平台整体下降拆除→中心立柱拆除（悬浮拔杆辅助）→钢结构穹顶安装完毕。

3.2操作要点3.2.1

支撑系统设计1）支撑系统设计

钢结构格构支撑系统由中心格构立柱和悬挑

钢平台组成（见图3）。

图3

悬挑支撑组成

中心立柱为格构式塔架，坐落于地面或下部混凝土结构平台之上。所有的荷载通过悬挑钢平台转换至中心立柱上，再通过中心立柱传递至地面或者下部结构。为确保下部结构受力安全，中心立柱应沿下部混凝土结构柱及主梁位置布置，当无法落于主梁之上时，可采用钢梁转换（见图4）。为确保混凝土结构的受力安全，应进行承载力及变形复核。

图4

转换钢梁设置悬挑钢平台悬挂于中心立柱上，钢平台采用型钢搭建。由于穹顶结构多为圆形或椭圆形，因此，钢平台可由放射状布置的主梁和环形布置次梁组成（见图5）。

为解决悬挑结构的受力及变形问题，设置数道斜拉杆，将悬挑钢平台拉设于中心立柱上（见图6）。为确保整个中心悬挑支撑系统的稳定，可在格构柱上部和中部各设置1道缆风绳。

当穹顶跨度较大时，中心悬挑钢平台支撑悬挑尺度过大，将导致中心悬挑支撑用钢量大幅增加，此时为降低结构风险和支撑成本，

可采用中心悬挑支撑和圈周悬挑支撑的组合形式。圈周悬挑支撑借助穹顶下部

2019增刊丁海峰：高空钢结构穹顶格构支撑平台辅助安装技术应用1283

图5

悬挑钢平台主次梁结构布置

图6斜拉杆

圈周方向的环形布置混凝土构件，放射状设置三角斜撑形式支架，并在三角支架上铺设钢梁形成悬挑钢平台（见图7）。

图7圈周悬挑支撑平面布置

当采用圈周和中心组合悬挑支撑形式时，由于两

部分支撑结构上相互，可先行施工圈周支撑，尽快提供网壳安装的作业面。在圈周底部网壳安装的同时，安装中心格构柱及悬挑支撑。这样可以实现临时支撑和永久结构安装的合理搭接，缩短临时支撑安装占用的必要工期。

悬挑支撑构件宜采用模数化设计理念，尽量采用标准单元，便于支撑的运输、安装和周转使用。临时支

撑杆件之间尽量采用螺栓连接方式，

便于现场装拆。2）支撑系统计算为确保临时支撑的安全，应依据现行国家

《钢结构设计规范》、《混凝土结构设计规范》，结合SAP2000大

型有限元结构计算分析软件，

对上部格构柱悬挑支撑以及格构支撑下部结构进行计算分析。3.2.2支撑体系安装3.2.2.1

中心悬挑支撑安装

中心悬挑支撑的安装顺序为：中心立柱底部处理

→中心格构立柱安装→悬挑钢平台地面组装→提升系统安装调试→悬挑钢平台整体提升安装到位→悬挑钢平台与中心立柱可靠连接固定→悬挑钢平台上部脚手架支撑搭设。

1）中心立柱底部处理

当中心立柱底部支承点恰为钢筋混凝土大梁结构时，则在混凝土结构施工时预先埋设中心立柱连接埋件，便于中心立柱的固定。

当无法实施预埋时，后期可采用化学锚栓固定，锚栓规格及数量应根据计算确定。

当中心立柱底部不在大梁位置，为确保混凝土楼板结构的安全，不可直接将立柱支承在楼板上，而应采用钢梁进行转换，将中心悬挑支撑的荷载通过转换钢梁传递到临近的混凝土大梁或者混凝土柱上。转换钢梁的结构形式应根据主体结构形式进行调整。

2）中心立柱安装

通常穹顶安装阶段土建塔式起重机尚未拆除，此时可借助土建塔式起重机进行中心立柱的安装。否则可采用汽车式起重机或者悬浮拔杆土法安装（类似输电塔安装）。

为确保中心悬挑支撑的稳定，必要时应设置缆风绳，缆风绳数量及规格应根据计算结果确定。

3）悬挑钢平台地面组装

中心立柱安装到顶后进行悬挑钢平台的地面整体组装，采用现场塔式起重机或者汽车式起重机辅助安装。考虑到现场安全问题，悬挑钢平台的组装与中心立柱的安装不应同时进行。

4）提升系统安装调试

提升系统用于悬挑钢平台的整体提升和下降作业。由于悬挑钢平台重量较轻，采用卷扬机进行整体提升即可。

提升系统安装完后需进行调试，并进行试提升和下降。当试提升和下降试验通过后方可进行正式提升。

为确保提升过程的稳定，在提升过程中设置提升导轮，导轮固定在悬挑钢平台上，沿中心立柱立杆滚动。

5）悬挑钢平台整体提升安装到位

利用卷扬机提升系统将悬挑钢平台整体提升至设计位置。

由于中心立柱缆风绳的设置，提升过程中需要对缆风绳进行置换，以便于悬挑钢平台通过。

6）悬挑钢平台与中心立柱可靠连接固定

当悬挑钢平台提升就位后，进行悬挑钢平台支承转换，使钢平台由卷扬机钢丝绳吊挂状态转换至中心立柱吊挂。该转换需对两个部位进行连接固定：钢平台梁处与中心立柱的固定及斜拉杆处与中心立柱的固

1284施工技术2019增刊

定。连接固定采用销轴，便于施工。

中心悬挑支撑安装如图8所示。图8中心悬挑支撑安装示意图

7）悬挑钢平台上部脚手架支撑搭设

当悬挑钢平台完成与中心立柱的可靠固定后，即形成稳定的中心悬挑支撑。此时在钢平台上搭设钢管脚手架支撑，便于穹顶钢构件的支承，同时可提供作为施工人员的操作平台（见图9）。

图9悬挑钢平台上部脚手架支撑搭设

3.2.2.2圈周环形悬挑支撑安装

圈周环形悬挑支撑的安装顺序为：支撑埋件施工→三脚支架安装→钢平台搭设→钢平台上部脚手架支撑搭设。

1）支撑埋件施工

由于圈周悬挑支撑需要承受拉力，因此其固定埋件宜采用预埋的方法施工，即在混凝土结构施工时同时埋设。

2）三脚支架安装

三角支架和横梁及斜撑组成，为便于安装，可在地面组装成整体后一起吊装。吊装机械可采用现场土建塔式起重机或者汽车式起重机。

3）钢平台搭设

当圈周三角支架安装完毕后，

铺设上部的钢平台钢梁。钢梁的吊装同样采用塔式起重机或者汽车式起重机进行。

4）钢平台上部脚手架支撑搭设

当圈周悬挑支撑全部安装完毕后，在钢平台上搭建钢管脚手架临时支撑。3.2.3

钢结构穹顶安装

悬挑支撑系统搭建完毕后，进行穹顶钢结构的安装。穹顶钢构件应采用对称安装的方法进行，以确保悬挑支撑受力均衡（见图10）。

图10

穹顶安装

穹顶钢结构合拢后进行下部临时钢管支撑的卸载。根据穹顶结构变形的特点，即中心竖向变形大，周边竖向变形小，采用“先里后外”的顺序进行卸载。卸载操作遵循对称循环的原则进行，确保穹顶钢结构稳步脱离支撑。

穹顶钢结构卸载完毕后，若需要临时支撑继续为后续幕墙（屋面）或者吊顶施工服务，则可保留支撑直至上述工序施工完毕。3.2.4

悬挑支撑拆除1）圈周环形悬挑支撑拆除

由于穹顶已经施工完毕，圈周环形悬挑支撑可采用现场土建塔式起重机或汽车式起重机辅助拆除，其拆除顺序同样是安装的逆过程。若塔式起重机或汽车式起重机施工不便，则可考虑采用边缘拔杆结合中心悬挑钢平台边缘吊点进行拆除（见图11）。

2）中心悬挑支撑拆除

穹顶施工完毕后，进行中心悬挑支撑的拆除。中心悬挑钢平台的拆除是其安装的逆过程，即先人工拆除脚手架支撑，再利用卷扬机提升系统吊住悬挑钢平台，解除钢平台与中心立柱的连接，利用提升系统将钢平台整体下降至地面并予以解体（见图12）。

中心格构立柱的拆除可借助悬浮拔杆从上往下拆除（见图13）。4

结语

本文根据工程实例，介绍了高空钢结构穹顶

2019增刊丁海峰：高空钢结构穹顶格构支撑平台辅助安装技术应用1285

图11

圈周悬挑支撑拔杆拆除

图12中心悬挑钢平台拆除

图13中心立柱悬拆除

格构支撑平台辅助安装技术的应用，为高大空间钢结构穹顶的安装提供了又一创新型的施工方法。工程中整个脚手架支撑系统由相互的中心悬挑支撑和圈周环形悬挑支撑两部分组成，通过悬挑支撑的方法有效降低了临时支撑的跨度，也有效减小了支撑构件的截面，降低支撑重量。经工程的实践证明，该施工技术是安全可靠的，也具有良好的经济性，较传统脚手架方法有效节省脚手架用量，解决了高空临时支撑平台的安装与拆除难题，也节约了临时支撑系统搭建及拆除工期，为类似工程的施工提供了拓展思路。

参考文献：

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