王 嶸

（上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司，上海 200072）

1 項(xiàng)目概況

某工程為上海市浦東城市規(guī)劃和公眾藝術(shù)中心新建工程，項(xiàng)目位于上海市浦東新區(qū)，西側(cè)緊靠高科西路，東側(cè)緊靠擬建柳芳路，比鄰浦東雕塑公園，北側(cè)擬建浦東青少年活動(dòng)中心，總建筑面積為49995m2。

工程地上結(jié)構(gòu)為鋼框架+鋼支撐（部分約束支撐）結(jié)構(gòu)體系，鋼柱主要截面為箱形、圓管，鋼梁主要截面形式為H型。樓板為鋼筋桁架樓承板，地上4層，層高分別為9m、7m、7m、6m；屋面層結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高+28.900m，部分采光屋面區(qū)域屋面結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高+36.450m?？傆娩摿考s9000t。項(xiàng)目整體結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目整體結(jié)構(gòu)模型

2 施工特點(diǎn)、難點(diǎn)和應(yīng)對(duì)措施

（1）場(chǎng)地狹小，施工機(jī)械選型難度大。項(xiàng)目單體周邊可堆放鋼構(gòu)件的地方有限，需要場(chǎng)外增設(shè)臨時(shí)堆場(chǎng)，構(gòu)件駁運(yùn)增加了施工成本。為此，項(xiàng)目部結(jié)合周邊環(huán)境及施工進(jìn)度要求，通過(guò)汽車(chē)吊、固定式塔吊等多種機(jī)械組合方案的比選，在保證鋼結(jié)構(gòu)吊裝及施工進(jìn)度的要求下，最終確定了固定式塔吊為主、汽車(chē)吊配合施工的機(jī)械配置方案。

（2）桁架跨度大，施工精度要求高，施工質(zhì)量控制難。該工程采光井鋼桁架跨度40m，桁架自身截面高度6m，距離下層結(jié)構(gòu)高差15m，其掛上承式鋼桁架的特殊構(gòu)造，增加了單榀桁架施工過(guò)程中側(cè)向失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。由于施工場(chǎng)地受限，部分區(qū)域桁架需散裝，使得施工過(guò)程中存在大量的構(gòu)件駁運(yùn)、焊接、吊裝。為此，項(xiàng)目部?jī)?yōu)化現(xiàn)場(chǎng)施工流程及構(gòu)件安裝精度，以保證現(xiàn)場(chǎng)吊裝區(qū)域構(gòu)件順利安裝；對(duì)構(gòu)件的焊接質(zhì)量進(jìn)行跟蹤測(cè)量，及時(shí)對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的地方進(jìn)行整改，以滿足設(shè)計(jì)使用要求。

（3）構(gòu)件數(shù)量多，施工周期短。上部鋼構(gòu)件數(shù)量近5000件，整個(gè)施工周期較短，現(xiàn)場(chǎng)安裝、工廠加工的進(jìn)度控制難度大。為此，項(xiàng)目部在發(fā)貨、卸料、吊運(yùn)、安裝等時(shí)間節(jié)點(diǎn)上合理規(guī)劃，并主動(dòng)與其他單位協(xié)調(diào)溝通，以最大限度保障屋面鋼結(jié)構(gòu)施工的順利進(jìn)行。

3 大跨度鋼桁架施工的主要研究?jī)?nèi)容

3.1 施工前主體結(jié)構(gòu)狀況

大跨度鋼屋面鋼結(jié)構(gòu)施工前整體結(jié)構(gòu)狀態(tài)：地上3節(jié)柱（+36.450m）、屋面層（+28.900m）以及局部小屋面（35.450m）層框架鋼結(jié)構(gòu)施工完成，如圖2所示。

圖2 施工前狀態(tài)（東西向剖面圖）

3.2 施工技術(shù)路線

針對(duì)鋼桁架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合項(xiàng)目總體施工技術(shù)路線，選擇使用2臺(tái)STL420塔機(jī)作為主要鋼屋面的施工機(jī)械，鋼桁架跨度40m，單榀分3分段設(shè)置臨時(shí)支撐安裝，其中8軸線半徑較遠(yuǎn)，塔機(jī)性能無(wú)法滿足吊裝工況，故8軸線南側(cè)為上下弦桿散件安裝。整體屋蓋鋼結(jié)構(gòu)施工完成后卸載并拆除臨時(shí)支撐。

3.3 臨時(shí)支撐體系

分析桁架平面布置，選擇在豎向結(jié)構(gòu)作為臨時(shí)支撐布置點(diǎn)位，并結(jié)合支撐布置，合理劃分鋼桁架的分段方案。

考慮單根支撐高度較大，為保證單根支撐穩(wěn)定，采用609鋼管作為豎向臨時(shí)支撐（東側(cè)高度為14m，西側(cè)高度為18.5m），相鄰2根609鋼管支撐間設(shè)置水平支撐，水平支撐為HN300mm×150mm熱軋型鋼（設(shè)置標(biāo)高為相應(yīng)豎向609臨時(shí)支撐高度的2/3），同時(shí)與主體結(jié)構(gòu)連接保證支撐穩(wěn)定性；支撐頂部過(guò)渡段采用H300mm×300mm×10mm×15mm型鋼。

臨時(shí)支撐計(jì)算：

（1）609支撐計(jì)算。①基本信息。鋼管截面Φ609mm×12mm，材質(zhì)為Q345B。截面面積A=22506mm2，截面模量W=3294217mm3。支撐底部與路基箱剛接，頂部自由，支撐總長(zhǎng)度為H=18500mm（按5軸線最大高度支撐考慮）。②荷載信息?？紤]桁架及次梁重量均傳至支撐，單根支撐承受荷載約40t。609支撐自重q1=1.767kN/m，水平撐立柱總反力R1=400kN。③內(nèi)力計(jì)算。支撐軸力N=q1H+R1=1.767×18.5+400=433kN。④截面校核。自由長(zhǎng)度l0=2H=39000mm，回轉(zhuǎn)半徑i=211mm， 長(zhǎng) 細(xì) 比λ=（l0÷iy）×（345÷235）1/2=（39000÷211）×1.212=224，對(duì)應(yīng)穩(wěn)定系數(shù)φ=0.162。

截面應(yīng)力σ=N÷（φA）=433×103÷（0.162×22506）=118.8MPa＜310MPa，滿足強(qiáng)度要求，支撐長(zhǎng)細(xì)比較大，設(shè)置水平支撐措施。

（2）頂部段型鋼支撐計(jì)算。①基本信息。鋼管截面為H300mm×300mm×10mm×15mm，材質(zhì)為Q345B。截面面積A=11700mm2，截面模量W=3294217mm3。支撐底部與路基箱剛接，頂部自由，支撐總長(zhǎng)度為H=750mm。②荷載信息。考慮桁架及次梁重量均傳至支撐，單根支撐承受荷載約40t。609支撐自重q1=0.918kN/m，水平撐立柱總反力R1=400kN。③內(nèi)力計(jì)算。支撐軸力N=q1H+R1=0.918×0.75+400=401kN。④截面校核。自由長(zhǎng)度l0=2H=1500mm，回轉(zhuǎn)半徑i=75.9mm， 長(zhǎng) 細(xì) 比λ=（l0÷iy）×（345÷235）1/2=（1500÷75.9）×1.212=24，對(duì)應(yīng)穩(wěn)定系數(shù)φ=0.94。截 面 應(yīng) 力σ=N÷（φA）=401×103÷（0.94×11700）=36.5MPa＜310MPa，滿足強(qiáng)度要求。

3.4 鋼桁架安裝工藝

鋼桁架典型施工流程：整榀桁架分3段安裝，首先完成一端的桁架分段安裝，設(shè)置防失穩(wěn)措施即兩側(cè)纜風(fēng)繩拉設(shè)后，立即完成與相鄰結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系鋼次梁的安裝，隨后進(jìn)行另一端的鋼桁架分段安裝及聯(lián)系鋼次梁的補(bǔ)缺，在完成兩端的分段桁架安裝后，進(jìn)行中間段的合攏施工及相鄰結(jié)構(gòu)之間鋼次梁的補(bǔ)缺安裝。具體步驟：臨時(shí)支撐及配套水平支撐安裝→一端側(cè)桁架分段安裝及聯(lián)系梁補(bǔ)缺→另一端側(cè)桁架分段安裝及聯(lián)系梁補(bǔ)缺→中間段合攏，并補(bǔ)缺次梁。其中，8軸線鋼桁架受限于塔機(jī)起重量的限制，采用局部鋼桁架散件安裝的施工工藝，將超重部分鋼桁架劃分為上弦桿、下弦桿、腹桿3類(lèi)桿件。（1）吊裝北桁架分段，與鋼柱連接的斜腹桿于地面安裝于桁架上，臨時(shí)固定，與桁架一起吊裝并對(duì)接，鋼結(jié)構(gòu)分段上弦桿、斜腹桿對(duì)接校正完成，臨時(shí)耳板固定且對(duì)接焊縫完成焊接后松鉤。（2）吊裝下弦桿（構(gòu)件重量10.5t，吊機(jī)起重半徑32m，吊機(jī)額定起重量12.28t），北側(cè)與鋼柱連接腹桿同步吊裝，安裝靠近南側(cè)分段桁架的直腹桿、斜腹桿2件。（3）吊裝上弦桿（構(gòu)件10t，吊機(jī)起重半徑33m，吊機(jī)額定起重量11.8t），最后補(bǔ)缺剩余腹板。

3.5 鋼桁架虛擬拼裝及現(xiàn)場(chǎng)預(yù)拼裝

針對(duì)該項(xiàng)目鋼桁架40m大跨度及5.8m桁架高度的特點(diǎn)，實(shí)際考察了運(yùn)輸?shù)缆窏l件并復(fù)核了塔機(jī)卸車(chē)工況（工地內(nèi)外道路無(wú)法滿足桁架超寬運(yùn)輸），綜合考慮選擇鋼桁架平躺拼裝，單段下方設(shè)置4個(gè)胎架，選用H300mm×300mm×10mm×15mm型鋼作為胎架立桿，高度1m。3段桁架地面整體預(yù)拼裝，桁架弦桿拼裝尺寸與柱牛腿實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比確認(rèn)后進(jìn)行單段腹桿焊接。通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施前的計(jì)算機(jī)虛擬拼裝技術(shù)，結(jié)合桁架起拱數(shù)值（設(shè)計(jì)值20mm），現(xiàn)場(chǎng)鋼桁架預(yù)拼裝登高設(shè)施采用臨時(shí)支撐落地式操作平臺(tái)腳手架，具體為609圓管支撐抱箍支撐搭設(shè)落地腳手架作為垂直登高及操作平臺(tái)，操作平臺(tái)設(shè)置鋼絲網(wǎng)片，一側(cè)設(shè)置垂直登高爬梯，間距300mm一檔。弦桿上操作平臺(tái)具體為桁架結(jié)構(gòu)上下弦對(duì)接焊縫焊接選擇掛籃作為主要操作平臺(tái)，掛籃為12mm厚鋼板，操作平臺(tái)為L(zhǎng)5mm×3mm角鋼、扁鐵焊接組成，底部為3mm花紋鋼板。完成相應(yīng)設(shè)施后明確在散件加工過(guò)程中構(gòu)件加工尺寸的控制要點(diǎn)，并指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)整體預(yù)拼裝，達(dá)到一定的構(gòu)件拼裝精度，提高了結(jié)構(gòu)安裝效率，保證了結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量。

4 主要施工措施

（1）桁架弦桿生命線拉設(shè)。桁架上弦、下弦鋼梁頂面作為行走通道，貫通通道生命線，便于吊裝后焊接等工作。（2）桁架上人通道。屋面結(jié)構(gòu)施工桁架結(jié)構(gòu)上人通道。通過(guò)609支撐及桁架兩端鋼柱的操作腳手架作為垂直上下通道，桁架上、下弦桿上生命線貫通作為水平通道，桁架桿件對(duì)接處設(shè)置吊籃焊接操作平臺(tái)。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，越來(lái)越多的公共建筑開(kāi)始應(yīng)用大跨度的屋面鋼結(jié)構(gòu)形式。文章結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，對(duì)工程重難點(diǎn)及針對(duì)性措施進(jìn)行了闡述。在有限的施工場(chǎng)地中靈活地布置搭配機(jī)械設(shè)備，通過(guò)對(duì)鋼桁架合理分段、拼裝、高空焊接組裝，在保證安全的前提下高效地完成吊裝任務(wù)，為下道工序及其他專(zhuān)業(yè)的正常施工提供了保證，也可為類(lèi)似鋼結(jié)構(gòu)工程施工提供參考。