王　翔，劉泓鑫

(1.紹興市鏡湖建設(shè)開發(fā)有限公司，浙江 紹興 312000；2.華匯工程設(shè)計集團股份有限公司，浙江 紹興 312000)

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鋼桁架-ALC屋面板系統(tǒng)安裝關(guān)鍵技術(shù)問題分析

王翔1，劉泓鑫2

(1.紹興市鏡湖建設(shè)開發(fā)有限公司，浙江 紹興 312000；2.華匯工程設(shè)計集團股份有限公司，浙江 紹興 312000)

摘要：對大跨度桁架結(jié)構(gòu)施工中施工技術(shù)的選擇、連接質(zhì)量的保證、支撐柱拆卸等一些關(guān)鍵技術(shù)問題進行了探討，并且通過實例對鋼桁架-ALC板屋蓋系統(tǒng)施工工藝作了論述，旨在提高大跨度桁架鋼結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)，從而促進建筑業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：大跨度；鋼桁架；ALC屋面板；關(guān)鍵技術(shù)

大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)施工是建筑物跨度超過36 m空間鋼桁架的施工方法。大跨度鋼結(jié)構(gòu)的成型過程是通過施工技術(shù)，如吊裝、整體(或部分)滑移，整體提升(或頂升)等施工技術(shù)，從一系列準(zhǔn)結(jié)構(gòu)逐漸安裝形成最終結(jié)構(gòu)的過程。大跨度桁架結(jié)構(gòu)的施工，尤其是空間鋼桁架是困擾施工企業(yè)的技術(shù)難題，其中尤以施工方案、吊裝方案的制定為甚。由于結(jié)構(gòu)外形、跨度、場地的各異性，關(guān)鍵的施工技術(shù)很難有規(guī)范的經(jīng)驗可借鑒。本文通過工程實例著重分析了大跨度桁架鋼結(jié)構(gòu)施工會共同出現(xiàn)的一些關(guān)鍵技術(shù)：施工技術(shù)的選擇、連接質(zhì)量的保證、施工力學(xué)、后期拆除方案、安全保證措施,等等。ALC技術(shù)于1934年誕生于瑞典馬爾摩市，20世紀(jì)60年代初傳入日本，經(jīng)過大半個世紀(jì)的應(yīng)用和發(fā)展，ALC產(chǎn)品和技術(shù)在日本、歐洲已經(jīng)推廣普及，應(yīng)用技術(shù)日臻完善。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對建筑材料的要求越來越高。國家建設(shè)部經(jīng)貿(mào)委已明確指示，發(fā)展和應(yīng)用新型建材是改善和提高人民居住條件和生活質(zhì)量的關(guān)鍵。而ALC產(chǎn)品由于節(jié)能、節(jié)土、節(jié)水等特點，充分利用各種工業(yè)尾砂，保護生態(tài)環(huán)境，堅決貫徹了建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。隨著21世紀(jì)“綠色生態(tài)環(huán)?！边@一住宅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，ALC產(chǎn)品會得到更大范圍的應(yīng)用。本文所列項目將大跨度鋼桁架、ALC屋面板乃至于鋼-混凝土疊合柱整合在一起，目前國內(nèi)這種做法比較少見，具有很強的實際意義。

1工程概況

1.1工程簡介

紹興科技館新館(圖1)工程總建筑面積為31 208.6 m2，其中地上建筑面積25 321.6 m2，地下建筑面積5 887 m2。主要功能為科普展覽、科技教育、科學(xué)實踐、培訓(xùn)辦公、學(xué)術(shù)交流與科技展示。平面布局設(shè)計為三區(qū)：其中南區(qū)為A區(qū)，設(shè)計為影院區(qū)；中區(qū)為B區(qū)，設(shè)計為培訓(xùn)辦公區(qū)；北區(qū)為C區(qū)，設(shè)計為展覽區(qū)。本文對B區(qū)的鋼桁架施工及ALC屋面板安裝的一些技術(shù)問題進行了分析。

1.2工程結(jié)構(gòu)特點

該工程A區(qū)結(jié)構(gòu)主要為勁性鋼柱及上部網(wǎng)殼屋面結(jié)構(gòu)，C區(qū)主要為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和部分勁性鋼柱，B區(qū)為雙層鋼桁架結(jié)構(gòu)，支撐在A、C兩區(qū)的勁性鋼柱上。

圖1　科技館新館效果圖

本文探討的范圍僅限于B區(qū)雙層鋼桁架在施工過程中遇到的一些關(guān)鍵技術(shù)問題，所涉及的鋼結(jié)構(gòu)有2層樓面主次桁架、屋面層主次桁架兩部分。該部分鋼桁架節(jié)點復(fù)雜，連接形式繁多，施工難度很大，其主要技術(shù)難點有以下幾方面：

1)B區(qū)桁架與A區(qū)、C區(qū)鋼柱的連接節(jié)點復(fù)雜，形式多樣，安裝測量控制難度較大。

2)B區(qū)桁架上下兩層，單榀重量較重、跨度較大，最大重量約為41 t，最大跨度約為51 m，吊裝施工難度大，安裝要求精度高。

3)B區(qū)桁架分上下兩層，每層又分若干主次桁架，施工時不同構(gòu)件、不同節(jié)點荷載變化大，須設(shè)計臨時鋼支撐輔助安裝。

4)施工中由于多工序相互穿插，施工的協(xié)調(diào)與管理存在一定的難度。

2施工技術(shù)的介紹與選擇

根據(jù)施工現(xiàn)場遇到的實際問題，施工技術(shù)的合理選擇至關(guān)重要。目前大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)[1]主要有：

1)整體提/頂升法。提升法是利用吊桿將構(gòu)件提升至安裝位置，頂升法是利用千斤頂將構(gòu)件沿著垂直滑道頂?shù)桨惭b位置?？梢圆恍枰笮偷跹b設(shè)備，采用小型力矩電機和液壓千斤頂即可。

2)整體吊裝法。該方法是將大型構(gòu)件在地面拼裝好后，吊裝到指定的標(biāo)高并加固。可以在場外拼裝，對于大型構(gòu)件則需要注意其運輸?shù)目尚行?，另外必須匹配功率足夠的起重機。由于構(gòu)件自身較大的重力，因此必須對吊點個數(shù)、位置、鋼絲繩的強度、吊耳強度等一一計算和校核。

3)高空散裝法。該方法的優(yōu)點是不需要大型的起重設(shè)備，但是需要搭建很多的腳手架和輔助支撐裝置，同時高空作業(yè)時間長。主要用在不需要大量焊接的桁架、網(wǎng)架的拼裝場合，對裝配位置要求的精度較高。

4)高空滑移法。該方法需要搭建滑軌，分塊/分單元由一端滑移至另一端，最后拼裝成整體構(gòu)件。方法優(yōu)點是節(jié)省空間和時間，允許其他土建平行作業(yè)，不需要大型吊裝設(shè)備。

5)分條/分塊安裝法。將一個結(jié)構(gòu)拆成許多小構(gòu)件，用起重機吊至指定位置進行拼裝。如果拆分成的小構(gòu)件剛度大，受力不易變形，采用此種方法是合適的。該方法中小構(gòu)件因為在地面上焊接、拼裝，所以可以節(jié)省高空作業(yè)時間，效率高。

由于本工程可以利用吊裝及拼裝的場地有限，加上鋼桁架本身自重高、跨度大、施工工期緊的特點。通過三維虛擬仿真技術(shù)反復(fù)推敲吊裝方案，最終采用分塊安裝的方法(圖2)，具體吊裝順序為：定位軸線建筑→地腳螺栓預(yù)埋→疊合柱吊裝→支撐柱吊裝→底層主桁架吊裝→底層次桁架吊裝→屋面主桁架吊裝→屋面次桁架吊裝→支撐柱拆除→中間驗收。采用此種方案吊裝完成后，經(jīng)過現(xiàn)場實測，鋼桁架撓度能滿足設(shè)計要求，從而節(jié)省了工期，達到了預(yù)期的效果。

3連接質(zhì)量

鋼桁架的連接質(zhì)量受定位精度的影響非常大。安裝前，臨時支撐的定位標(biāo)高以及其他一些限位裝置的標(biāo)高都需要測量。工程中一般采用測量放線可以保證定位精度。當(dāng)構(gòu)件與基礎(chǔ)固定時，地腳螺栓錯位是安裝中常見的問題。其原因主要是螺栓在基礎(chǔ)澆筑時沒有固定牢靠或者固定位置不準(zhǔn)確。而且在混凝土初凝前，沒有檢查和校正，導(dǎo)致錨栓移位，造成構(gòu)件局部應(yīng)力集中或者安裝不上去的局面。鋼架的固定一般采用普通螺栓或高強螺栓，使用前必須保證螺栓合格。

當(dāng)構(gòu)件采用焊接時，需要注意以下幾點問題：

1)焊接環(huán)境。在不適宜環(huán)境下的焊接會導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)，比如在雨雪天氣中進行焊接作業(yè)。

2)焊接的速度與角度。通常焊條與構(gòu)件前進方向的角度為60°～75°，在焊件厚度一致的情況下，焊條與焊件的夾角為45°；在焊件厚度不一致時，焊條與較厚一邊的焊件的夾角應(yīng)大于與較薄焊件之間的夾角。

3)焊縫的處理。為避免溫度突變產(chǎn)生的應(yīng)力集中而導(dǎo)致的焊縫裂縫，應(yīng)對焊接的部位進行預(yù)熱，并在焊接的過程中隨時進行加熱。焊接完成后還需要再進行熱處理，以消除溫度造成的應(yīng)力，并進行焊縫的外觀檢查和探傷。

4)清渣。在進行下一階段的焊接前應(yīng)及時清除焊渣。

圖2　現(xiàn)場吊裝

4支撐柱拆卸

如圖3、圖4所示，在結(jié)構(gòu)的施工階段需要設(shè)置一些臨時支撐柱。

圖3　支撐柱剖面圖

圖4　支撐柱三維模型

本工程B區(qū)主桁架安裝時采用格構(gòu)柱作臨時支撐(圖4)，底層格構(gòu)柱整體長度約為7.5 m，由4根角鋼作主肢，間距500 mm設(shè)置一道綴板，格構(gòu)柱截面尺寸為800 mm×800 mm；格構(gòu)柱底部設(shè)置放大底座，增強穩(wěn)定性。上層格構(gòu)柱整體長度約為5.7 m，同樣由4根角鋼做主肢，間距500 mm設(shè)置一道綴板，截面尺寸為500 mm×500 mm。

當(dāng)所有構(gòu)件安裝完成后，臨時支撐柱就失去了作用，必須將它們拆除。拆除臨時支撐柱后，原支撐點處的支撐外力(相對于構(gòu)件而言)將消失，構(gòu)件受力狀態(tài)發(fā)生變化，因此構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力將重新分布[2]。拆除某一根支撐柱時，該支撐柱的壓力會按照某種關(guān)系卸給其余所有支撐柱。因此，需要精確地計算出拆除支撐過程中整個構(gòu)件應(yīng)力變化情況，進而尋找出最佳拆除順序以保證構(gòu)件不發(fā)生大的變形，保證施工安全。當(dāng)全部的臨時支撐柱被拆除后，構(gòu)件即處于正常的設(shè)計受力狀態(tài)。有如下原則需要在拆除過程中給予考慮：

1)拆除過程方便、安全可靠、便于施工；

2)組成構(gòu)件的桿件或者臨時支撐柱均要在彈性狀態(tài)下受力，不允許出現(xiàn)塑性變形。

根據(jù)“變形協(xié)調(diào)，卸載均衡”的原則，通過放置在支撐柱上的可調(diào)節(jié)千斤頂，多次循環(huán)微量下降來實現(xiàn)“荷載平衡轉(zhuǎn)移”。首先將上層各支撐點的千斤頂同時調(diào)高10 mm左右，使結(jié)構(gòu)荷載落在千斤頂上，并對此時構(gòu)件的應(yīng)力變化進行監(jiān)測分析，然后將上層支撐點短柱上鋼板墊層抽去20 mm，并將千斤頂同時降低20 mm，使鋼桁架結(jié)構(gòu)層和支撐點保持10 mm的間隙，保持此狀態(tài)48 h。每個卸載行程20 mm，所有千斤頂行程相同，做到同步卸載、同時退出。將整個桁架結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)換到自由受力狀態(tài)。此過程中千斤頂受力比較均勻，沒有大的內(nèi)力變化，而且施工現(xiàn)場利于操作，卸載過程結(jié)構(gòu)受力合理，易于實施，見圖5。

圖5　構(gòu)件吊裝裝置

考慮到施工過程中變化的因素很多，結(jié)構(gòu)的危險工況一般也出現(xiàn)在施工過程中。因此，本工程在正式吊裝前通過軟件，根據(jù)實際受力的各個工況，對整個吊裝過程進行了三維模擬-虛擬仿真。采用這種技術(shù)之后，不僅僅在吊裝過程中避免了很多危險工況的出現(xiàn)，更重要的是對于各個構(gòu)件之間相連的精確性起到了不可估量的作用。其優(yōu)越性主要體現(xiàn)在：

1)通過靜態(tài)裝配構(gòu)件，校驗裝配尺寸，避免了鋼結(jié)構(gòu)的安裝錯誤；

2)利用仿真技術(shù)動態(tài)模擬構(gòu)件吊裝過程(圖5)，進行實時干涉檢測，可以確保構(gòu)件安裝到位，對方案在空間上進行優(yōu)化，即時檢驗構(gòu)件安裝中是否與其他構(gòu)件及支架的碰撞與干涉，從而得出正確的安裝方法；

3)采用多點同時施工，按實際吊裝順序模擬工程進展，對方案在時間上進行優(yōu)化，并且直觀地實現(xiàn)了對于施工進度與質(zhì)量的監(jiān)管；

4)通過對吊裝施工方案的動態(tài)模擬，施工人員可以選擇觀察的地點和角度，對吊裝現(xiàn)場進行實時漫游，隨時根據(jù)施工現(xiàn)場的具體情況調(diào)整吊裝施工方案。

5ALC屋面板施工工藝

5.1施工準(zhǔn)備

認(rèn)真貫徹“百年大計，質(zhì)量第一”和“預(yù)防為主”的方針，“誰施工誰負(fù)責(zé)質(zhì)量”的原則。認(rèn)真學(xué)習(xí)和會審施工圖紙、排版圖、節(jié)點圖并做好交底工作。蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土屋面板依照圖紙及現(xiàn)場實際尺寸測量，進行排版計算。然后安排生產(chǎn)，到現(xiàn)場對號入座安裝。材料進場碼放位置及施工道路應(yīng)平整、通暢。堆放時距板兩端1/5處用墊木或加氣磚墊平，每垛不能超過2 m。板材含水率不能超過15%。

5.2工藝流程

ALC屋面板工藝流程：施工部位確認(rèn)→清掃、清理→放線→驗線→ALC板二次搬運→ALC板兩端擴孔→ALC板材就位→板材校正調(diào)整→板材固定(四周用鉤頭螺栓固定)→板材修補→水泥砂漿勾縫→自檢→報驗。

5.3施工方案

1)按施工圖彈線放樣。

2)在鋼結(jié)構(gòu)上安裝厚面板，可直接在鋼屋架或鋼梁上焊接鋼筋；在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上安裝屋面板，可在預(yù)埋鐵上焊接鋼筋；當(dāng)屋面坡度為1∶2時，須在三塊板之間焊接支承鐵件，并做好防銹處理。

3)焊接定位鋼筋完成后，即可安裝屋面板。屋面板應(yīng)使用M12鉤頭螺栓安裝。

4)板安裝完畢，即可安裝接縫鋼筋。

5)接縫鋼筋安裝完畢后，用1∶3水泥砂漿灌縫。

6)在屋面板上刷一道界面劑或防水界面劑，然后做20 mm厚水泥砂漿找層,或在屋面板上做40 mm 厚配筋細(xì)石混凝土面層。

7)找平層或面層完成并干固后，按設(shè)計要求做層面防水層。

5.4常見問題及糾正措施

1)材料變形的糾正措施：將板的兩端固定，用機械或人力將板調(diào)直。

2)材料損壞的糾正措施：用修補石膏將損壞部位修整。

3)相鄰板面不平整的糾正措施：將差別較大的屋面板卸下，挑選厚度差異較小的屋面板放置在一跨屋面上。

4)節(jié)點未做防銹處理的糾正措施：用石膏修補，內(nèi)摻防水粉修補節(jié)點。

5)焊接鋼筋長度搭接不夠的糾正措施：另取Φ10鋼筋連接板與節(jié)點，兩端都要滿足搭接長度。

6結(jié)語

該工程現(xiàn)已投產(chǎn)使用，其先進的設(shè)施和舒適的環(huán)境受到廣大市民的一致好評。在整個施工過程中，工程管理人員精心管理、精心施工，遇到技術(shù)難題勇于創(chuàng)新，其中《鋼結(jié)構(gòu)安裝施工仿真技術(shù)》被評為2013年度浙江省工程建設(shè)優(yōu)秀質(zhì)量小組，大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究項目被列為浙江省重點建設(shè)科研項目，同時獲得了2014—2015年度工程建設(shè)最高獎——魯班獎。當(dāng)下正是工業(yè)化建筑蓬勃發(fā)展的階段，此種結(jié)構(gòu)體系切實符合了工廠化建筑的“節(jié)能、節(jié)水、節(jié)電、節(jié)材、環(huán)?！钡闹黝}，是一項可以大力發(fā)展的技術(shù)，值得推廣。

參 考 文 獻

[1]《建筑施工手冊》(第五版)編委會.建筑施工手冊[M].5版.北京：中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[2]中國建筑科學(xué)研究院.GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

收稿日期：2016-02-17

作者簡介：王翔(1967—)，男，浙江紹興人，高級工程師，從事建筑工程管理工作。

中圖分類號：TU765

文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：1008-3707(2016)07-0035-04

Analysis on the Key Technical Problems of Installationof the Steeltruss Roof Panel System

WANG Xiang1, LIU Hongxin2