一、工程概況
包商銀行商務大廈為城市綜合體項目，屬包頭市城市新區重點開發建設項目之一。項目總建築面積 約26.89萬平方米，集銀行總部辦公、產業鏈辦公、金融交易、大學生創業基地、星級酒店、大型商業為 一體。包商銀行商務大廈A座位於內蒙古包頭市新都市區。主體結構地下4層，地上27層，建築高度131.35m 。屋頂大懸挑結構立面標高為108.24m-131.115m。主要包括伸臂桁架、環向桁架、採光頂邊梁、屋面鋼樑等。其中單榀桁架最大懸挑約17m，最重約84噸。伸臂桁架下弦至23層樓面淨空高度約17m，桁架杆件截面形式為箱型，上弦、下弦最大截面尺 寸為B1200×600×60×60、腹杆最大截面尺寸為B600×400×40×40，桁架間設有環向空間單片桁架，鋼 桁架採用空中散拼的方式完成。
圖1 屋頂鋼結構位置示意圖
圖2 屋頂懸挑鋼桁模型圖
圖3 84噸大懸挑桁架立面示意圖
二、項目特點
1、現場施工條件受限
現場作業面位於標高130米左右，屬於超高空作業，危險性高，並且進入十月份後，包頭當地晝夜溫 差大，對現場焊接作業影響大。
2、現場吊裝分段多
最重桁架為桁架3重約84噸，離1#塔吊31m,採用高空散裝的方式。桁架3下弦杆重36噸，上弦杆重40. 65噸，現場1#塔最大起重量僅為9.5噸，完全不能滿足整根吊裝的要求，需要搭設滿堂腳手架進行散拼， 散拼時上下弦杆及腹杆均需分段吊裝。桁架3分段示意圖如下。
圖4 84噸大懸挑桁架分段示意圖
3、安裝難度大
單榀桁架最重約84噸，最大懸挑長度17米左右，伸臂桁架下弦至23層樓面淨空高度約17米，桁架間 設有環向空間單片桁架，結構複雜。現場散拼時需搭設滿堂腳手架，腳手架按部位不同分為承重架和操作架，搭設高度約18m，需編制專項施工方案並進行專家論證。且由於架體高度大、架體自重和散拼時構件自重均超重，架體搭設完成後，桁架部位需向下搭設卸載支撐架三層。對施工組織及吊裝工藝提出很高的要求。
4、工程量大
屋頂鋼桁架結構主要包括伸臂桁架、環向桁架、採光頂邊梁、屋面鋼樑等，總噸位約830噸。
5、公司要求
工程為我公司創優項目，質量要求高；該類大噸位大懸挑吊裝工程在我公司尚無施工案例，技術積累及 經驗不足，希望通過本工程的技術創新解決實際問題，併為加強公司技術儲備和強化技術人員的培養創 造條件。
通過以上分析本工程的特點及難點，發現對於這種大懸挑、大噸位的鋼桁架在施工中採用何種支撐技術支持本工程施工是當前亟待解決的問題，而目前並沒有最好的解決方法，因而針對這個問題小組選擇的課題方向是：84噸大懸挑桁架分段吊裝支撐新技術。綜上所述，我們將"84噸大懸挑桁 架分段吊裝支撐新技術"作為小組的研究課題。
三、設定目標
1、設定目標
我們需要研發設計一種新型施工工藝，不僅需要保證桁架工程本體施工的安全，更須妥善地解決下部支撐以及支撐體系下部著地點對既有建築物的影響問題。在確保施工方便、保證安全的前提下，做到方案經濟的理念，解決常規支撐方案對施工主體工程造成影響的弊端。
2.目標達成的可行性分析
2.1、我公司是集團全資專業鋼構子公司，集團擁有施工總承包、裝修等專業子、分公司， 具備解決各種實際施工問題的技術創新團隊，有能力帶領團隊突破課題
2.2、作為鋼構專業公司，我司擁有優秀的鋼結構專業技術人員，能為解決本項目施工難題出謀劃策 。
2.3、本成員素質較高，有豐富的工程施工、機械使用經驗，且有QC活動經驗，具有較強的技 術創新能力，小組團體協作能力強。
五、提出各種方案,並確定最佳方案
1.提出方案：
7月20日在公司總部11樓會議室召開了包商銀行大懸挑桁架支撐方案討論專題會，利用"頭腦風暴法"，集思廣益，提出各種方案。
方案一：點式支撐
點式支撐方案為總承包投標時暫定的施工方案，我們針對項目特點、環境條件等因素，進行了點式 支撐試佈署如下圖所示：
圖5點式支撐立面示意圖
1. 點式支撐在一般工程當中應用廣泛、技術成熟。
2. 支撐材料設備等比較常見易租賃。
3. 點式支撐的的平面尺寸為1.8m×1.8m，搭設高度約17m，高寬比為9.44，施工過程中的水平荷載，對整個支撐架的穩定性影響較大。
4. 點式支撐佈置時，支撐受力面相對較小，所以在有限的區域內需租賃高強度支撐；
5. 由於支撐受力面相對較小，對下部既有結構會產生荷載集中效應，所以對既有結構需做大量的加固工作；
6. 支撐架間的淨距離最大僅為1.8m。
方案二：普通滿堂腳手架支撐
現場是在130米左右的高空作業，採用普通滿堂腳手架支撐，技術成熟、安全性高並且設備易租賃。但工作量較大，模板支架搭設立杆的縱向間距和橫向間距為0.7m，立杆步距為1.5m；腳手架搭設立杆的 縱向間距和橫向間距為0.4m，總的腳手架搭設量達1.3萬方左右。並且對既有下部結構的卸載需要向下反 頂4層，所以對原有結構需要做大量的卸載工作。
方案三：桁架轉換受力的滿堂支撐
此方案類似方案二，但由於已安裝的鋼桁架構件參與受力和變形。安裝工藝主要採用臨時支撐體系 和空中散裝相結合的方式，將一區段內的桁架按有限元計算分析的數據進行一定順序的吊裝，已安裝的 部分桁架構件要儘快形成幾何不變體系，然後按分析模擬的結論拆除其下部的臨時支撐，使其與下一區段的支撐體系共同承受桁架自重和施工荷載。使得桁架下部支撐的受力大幅減小，這樣對承受支撐體系 的原有建築物的加固措施費也大大縮減。
2.選定方案：
從多角度、多方位考慮，對以上三種方案進行對比分析，具體見表3
最佳方案對比分析評價表
經過以上方案對比分析，我們認為方案三在技術可行性、安全可靠性、經濟性上等方面具有優勢， 因此我們把方案三作為最佳方案。
3.方案實施中必須研究解決的問題
通過討論，將桁架轉換受力的滿堂支撐實施過程中可能出現的問題歸納如下：
1）吊裝流程：吊裝施工新技術工藝的流程分析及編制；
杆件分段：現場塔吊完全不能滿足桁架整榀吊裝的要求，需要進行散拼，散拼時上下弦杆及腹杆均需 分段吊裝。
支撐設計：支撐體系杆件的強度、整體穩定性及對下部結構的加固範圍等要求；
施工分析：拆除下部支撐使已安裝的桁架參與受力，需要對桁架和下部支撐在各種施工工況下進行計 算分析，依次判斷支撐和桁架結構的強度、變形、穩定性是否滿足設計要求；
監控：在桁架整個吊裝過程中需要對桁架的卸載及支撐體系給予全程監控其變形。
六、制定對策
最佳方案確定後，制訂了相應對策如下：對策表
七、對策實施
實施一：吊裝流程
7月23日，在確定採用桁架轉換受力的滿堂支撐方案後，分析施工過程，並編制了施工工藝 流程圖。
實施二： 杆件分段設計
結合現場起吊設備的實際情況，通過仿真模擬對安裝步驟和順序進行優化比選，依據分析結果得出 最佳方案，確保桁架在現場拼裝的每一步為結構不變體系。桁架構件吊裝：每榀桁架的安裝順序嚴格按 照模擬分析的結果進行安裝，以包商銀行商務大廈A座屋頂最大懸挑桁架為例：依次安裝1至4號分段構件 ，使其形成一個穩定體系→依次安裝5至8號分段構件，使其形成一個穩定體系→按構件序號依次進行區 段安裝，如下：
圖8 懸挑鋼桁架安裝順序示意圖
圖9鋼桁架現場安裝示意圖
桁架區段校正好後，焊接牢固，使其形成穩定體系。使其與支撐體系共同承受桁架自重和施工荷載。如 此儘量利用原有的結構來承載，減小臨時支撐的負載。
實施三：支撐設計
搭設承重支撐。支撐體系的位置、大小和數量通過工況計算確定。支撐體系搭設以包商銀行商務大廈A座 屋頂鋼結構工程為例如下圖所示。對支撐體系採用全站儀進行監控，將監控值與設計和分析值進行對比 ，確保支撐體系安全可靠。
圖10 懸挑鋼桁架支撐體系平面佈置圖
圖11 滿堂腳手架立面圖
實施四：施工分析
為了確保84噸最大榀懸挑桁架的現場安全吊裝，我司技術中心依據設計圖紙建立了最大榀桁架的計 算模型，對桁架的吊裝和卸載進行了工況驗算和分析。驗算及分析主要包含以下內容：
（1）、 荷載分析 （2）、 桁架卸載工況施工驗算
（3）、 桁架參與受力工況施工驗算 （4）、分段後焊接處的受力分析
圖12階段性有限元施工分析
經驗算分析，主體桁架結構和支撐共同受力滿足要求。
實施五：全程監控
在鋼桁架現場安裝過程中，隨著分階段安裝的實施，應在構件上設置應力和變形監測點。
應力監測點的設置應根據結構的受力特徵來佈置監測點，測量部位主要集中於鋼桁架的弦杆等內力較 大的截面，嚴格按照能夠體現結構受力與方向的實際情況來佈設，從而能夠真實準確的反映構件的工作 狀態。傳感器的佈設操作
1）將應變計自帶的基座拆下，裝入安裝模板。通過點焊基座的方式，將安裝模板焊接在鋼結構表面 ，形成螺栓，點焊位置及安裝模板如圖13。
安裝模板焊點
圖13 安裝模板與鋼結構焊接示意圖
2）安裝好傳感器後，將傳感器的數據傳輸線綁紮在鋼構件表面，引至方便到達和測量的地點。
圖14鋼桁架安裝過程現場檢測
八、效果檢查
效果一：經濟效益
經證明，本項目採用的鋼桁架轉換受力施工工法與普通滿堂腳手架支撐、點式支撐等方案相比，不 但可以保證桁架工程本體施工的安全，而且在現場條件受限時能妥善解決下部支撐以及支撐體系下部著 地點對既有建築物的影響問題。本施工方法的費用僅包含：設備租賃費用、部分設備維護費、原建築物 加固費用、創新施工工藝研發費用等。已安裝的部分桁架構件參與受力相比傳統方案經濟效益明顯，大 大減少了支撐措施費以及對原有建築的加固費。
工期比點式支撐安裝提前約20天，按本工程規模，考慮項目部機械設備、週轉材料、臨時設施的租 賃費用，每天水電消耗，人工成本等各方面因素，本工程日均花費約1萬元，因此工期提前20天就能節約 約20萬的日常開支,經濟效益明顯。
圖15 包商懸挑桁架吊裝完成全景
效果二：社會效益
通過這次活動，本工藝的引進，解決了大跨度、大噸位的鋼桁架 在場地受限或支撐體系強度不足等的施工難題，支撐材料可週轉使用，施工方便快捷，成本低，符合國 家倡導的綠色施工、降耗減排的要求，社會效益顯著。得到了建設單位、監理單位、現場管理人員及作 業人員的一致好評。
九、鞏固措施
通過本次活動，我們不斷地完善補充方案細節，順利通過了鋼結構總體施工組織設計、鋼結 構吊裝安全專項方案等專家論證。為進一步鞏固活動成果，小組為利於將這種新工藝 施工經驗推廣應用，已將本小組活動成果轉化為作業指導書，後期將會申報施工工法。
十、活動總結及今後打算
（一）總結：
通過本次活動使小組成員的專業技術得到了進一步的提高，樹立了勤於鑽研的工作作風，提高了分 析問題和解決問題的能力，業務素質得到了提升，也使小組成員看到了QC活動的重要性，鍛鍊了創新及 研發能力，同時也積極響應了QC課題"小、實、活、新"特點的號召，更加激勵了小組成員的創新意識 。
