李世民，余自強，李舉輝，孟召虎，何 路，漢光昭，黎建寧，李 艷，王志剛

(中建三局集團有限公司，湖北 武漢 430040)

1 工程概況

1.1 項目概況

蘭州市城關區(qū)清華小學綜合樓建設項目位于蘭州市城關區(qū)酒泉路，地處鬧市區(qū)。項目規(guī)劃為1棟綜合性教學樓，地下3層(含隔震層)，地上6層，框架結構，基坑設計開挖深度為-14.85m，地下水位為-2.100m。項目效果如圖1所示。

圖1 清華小學綜合樓效果

1.2 周圍環(huán)境概況

項目南、北兩側各為1棟5層建筑物，距基坑邊緣平均距離為3m；東側為夜市一條街，距擬建建筑最近距離為1.8m,東側沿擬建建筑基坑邊為一條10kV高壓電線；西側緊鄰酒泉路主干道，酒泉路人行道距擬建建筑平均距離僅1.5m，且順酒泉路人行道靠基坑一側為軍用電纜溝和通信電纜溝，現(xiàn)場場地狹小，施工環(huán)境復雜(見圖2)。

圖2 清華小學綜合樓周圍環(huán)境

1.3 籃球場和會議室建筑概況

地下1層為籃球場，上部為隔震層，6層為大跨度會議室。3根104t箱形鋼梁為轉換梁，位于地下1層籃球場頂板，隔震層下部，由9根33t箱形柱支撐。6層局部為25m×22m大跨度鋼結構井字梁屋面板，單構件最重8.5t。

2 結構設計

2.1 受力分析

箱形梁承受上部整棟樓近一半荷載，梁變形過大直接影響上部結構安全，要求箱形梁在滿足使用功能的前提下截面小、剛度大。教學樓側立面結構模型如圖3所示。

圖3 側立面結構模型

2.2 設計方案確定

結構選擇考慮2個方案：①鋼筋混凝土現(xiàn)澆結構梁自重大、截面大、抗震性能較差，但受場地影響較小，施工方便，技術難度較低；②采用特種鋼材Q390GJ鋼，工廠加工箱形轉換梁，自重小、截面小、剛度大、抗震性能好，但受場地影響，加工、運輸、吊裝困難，技術難度較高。根據(jù)以上分析，最終選擇鋼箱梁和箱形鋼柱為轉換梁柱。

3 施工整體思路

3.1 施工重難點分析

1)鬧市中心，場地狹小 該項目位于蘭州市鬧市中心，東側與夜市一條街僅一圍墻之隔，建筑物四周外輪廓線與用地紅線多處重合，基坑開挖后，坑頂距四周施工圍墻平均只有2m，北側緊鄰大清真寺，南側緊鄰原有建筑明德宮，場地非常狹小，所有材料和人員只能從西側酒泉路出入，鋼結構主要在地下和屋面結構涉及，現(xiàn)場無法設置材料、構件堆場，鋼結構吊裝起重機無站位，酒泉路主干道車流量大，交通疏導困難。

2)鋼結構構件截面大、鋼梁跨度大、對構件撓度變形要求高 本項目鋼結構施工重難點主要為地下部分9根箱形柱和3根箱形梁。箱形柱截面為1 500×1 300×60×60，單根鋼柱長11.5m、重32t；箱形梁截面為2 000×1 100×90×100，單根鋼箱梁長20.75m、重104t。3根鋼箱梁為轉換梁，承受整棟建筑近一半的荷載，由于6層為20m×25m大跨度會議室，對鋼箱梁的剛度要求非常高，所有荷載施加完成后鋼箱梁撓度變形不得超過15mm。單根鋼箱梁質(zhì)量大、跨度長，整體運輸、吊裝難度非常大。

3)超厚板焊接質(zhì)量要求高 箱形梁鋼板厚100mm，箱形柱鋼板厚60mm，焊縫質(zhì)量均要求全熔透一級焊縫。焊接變形后矯正非常困難。

4)梁柱節(jié)點復雜 為保證鋼箱梁整體剛度，控制撓度變形，采用梁穿柱的節(jié)點形式，柱截面為1 300mm×1 500mm，梁截面為1 100mm×2 000mm，梁穿柱非常困難；大鋼箱梁穿柱節(jié)點中心有垂直于鋼箱梁的H形次梁穿過柱與大箱梁焊接，無焊接空間，焊接非常困難；大箱梁跨中及柱頂部位為隔震支座XZD,由于鋼箱梁板厚100mm，XZD板厚60mm，XZD與鋼箱梁現(xiàn)場焊接工作量大，焊接質(zhì)量不易保證。

3.2 施工方案確定

合理安排構件、機械進場計劃，做到構件隨到隨吊，連續(xù)作業(yè)。起重機站位借用人行道和機動車輔車道。由于起重機在坑頂作業(yè)，鋼結構吊裝前，需對基坑進行驗算、加固軍纜管溝、編制專項施工方案并進行專家論證。加強基坑監(jiān)測，合理規(guī)劃安排吊裝時間和交通疏導路線。

綜合考慮場地起重機站位、構件質(zhì)量、起重機貨源，選擇400t汽車式起重機，根據(jù)起重機起重量、結構受力要求、現(xiàn)場焊接量和焊接質(zhì)量、運輸?shù)冗M行合理分段，將每根鋼箱梁分為52.5，32.5，19t 3段，同時對每段吊點進行設計。

通過深化設計，合理分段，厚鋼板焊接最大限度在工廠完成，以減少現(xiàn)場厚板焊接量；施焊前需進行現(xiàn)場焊接工藝評定，確定焊接方法；嚴格控制厚板焊縫焊接速度，焊接過程中進行應力消除，做好過程檢查；焊接完成后100%進行結構外觀尺寸檢查和探傷檢查；做好鋼箱梁施焊前后及施焊過程中的撓度檢測，發(fā)現(xiàn)偏差及時糾偏。

鋼構件加工前進行深化設計，在柱頂留主、次梁吊裝豁口(見圖4)，主梁帶次梁整體加工，次梁隨主梁整體運輸、整體安裝。待主梁安裝后，次梁在箱形柱外與另一段次梁連接，解決次梁穿箱形柱與主梁焊接困難問題；準確深化XZD與鋼箱梁的相對位置，將隔震支座XZD與鋼箱梁在工廠整體加工、運輸、安裝，減少現(xiàn)場焊接量，確保施工質(zhì)量。

圖4 箱形柱柱頂預留吊裝豁口

3.3 施工方法

3.3.1現(xiàn)場布置及交通組織

吊裝施工前，將占道方案報交通主管部門和市政道路主管部門批準，根據(jù)批準的方案確定起重機站位，在地面上標出每次站位每個支腿的準確位置，確定占道區(qū)域，用硬質(zhì)圍擋封閉管理，提前加固占道區(qū)域內(nèi)所有管線，對基坑側壁進行安全驗算，并通過專家論證，起重機站位區(qū)域滿鋪20mm厚鋼板。吊裝時占道區(qū)域兩端張貼占道區(qū)域及非機動車和行人繞行圖，設專人疏導交通。由于此路段為主干道，車流量大，封閉交通前申請交通管理部門調(diào)整疏導區(qū)域交通。所有鋼構件0:00后進場，白天吊裝，連續(xù)進行。

3.3.2吊裝方法

起重機3次站位，每次吊裝同軸線3根箱形柱和1根鋼箱梁，距起重機最遠的箱形柱分2段加工、運輸、吊裝，較近2根整體運輸、吊裝。每根鋼箱梁吊裝前先吊裝箱形柱胎架，第1段一端放在箱形柱上，一端放在胎架橫梁上，靠胎架一端鋼箱梁端部在工廠加工成碼板；第2段鋼箱梁吊裝時一端擱置在第1段鋼箱梁碼板上，另一端安裝在第2根箱形柱上；第3段與第2段安裝方法相同。鋼箱梁吊裝完成后，移動起重機站位，依次吊裝第2，3排箱形柱、鋼箱梁，如圖5所示。

圖5 起重機站位及鋼箱梁分段位置示意

鋼箱梁吊裝過程中及時定位、校準、固定，安裝工人和焊工配合安裝，確保一次安裝準確。

通過深化設計，在箱形柱上一次加工混凝土頂升孔，外墻箱形柱頂升孔朝室內(nèi)，其余箱形柱頂升孔朝起重機站位，方便后期混凝土頂升。

3.3.3質(zhì)量控制

焊接前，須進行相應焊接環(huán)境下的工藝評定試驗，評定合格后進行焊接。考核焊工水平，檢查焊接工具是否正常。

焊接時，嚴格按焊接方案施焊，先除銹、打磨和清除坡口兩側油污及水分，焊接過程中及時清除層間焊渣、飛濺、毛刺等，采用設計焊條型號施焊，嚴格控制焊接速度，檢查焊接設備是否正常運行。加大焊接能量密度，減少熱輸入；采取小電流、快速度、多層、多道焊接工藝措施，采取火焰加熱的方式對構件進行去應力回火處理、電加熱設備進行焊接后熱處理等措施消除焊接應力。

焊接后，檢查焊接外形尺寸和缺陷，對所有焊接接頭進行質(zhì)量探傷檢驗。上部荷載施加過程中做好鋼箱梁撓度變形監(jiān)測。

3.4 安全管理

箱形柱吊裝前，在柱頂安裝防墜器，柱身安裝爬梯，與箱形柱連接牢固。在鋼箱梁上部焊防護欄，掛φ8鋼絞線，用于掛安全帶。施焊部位四周和下部鋪掛防火布，每個焊接點配置≥2個滅火器。嚴格落實動火審批手續(xù)，設專職看火人。

起重機嚴禁超載起吊，設置吊裝區(qū)域，配置專職安全員全程旁站，設專人疏散道路行人及非機動車，道路封閉兩端掛揚聲器，持續(xù)宣傳安全警示及疏散線路。

4 結語

在鬧市中心狹小場地進行超大、超重、超厚板鋼結構施工，不僅要綜合考慮加工、運輸、堆放、吊裝場地，吊裝機械、吊裝方式、交通疏導等多方面因素，還要考慮經(jīng)濟性、可靠性和可操作性。蘭州市城關區(qū)清華小學綜合樓建設項目鋼結構的成功實施極大地降低了施工成本，在保證施工質(zhì)量的同時提高了施工效率，也為類似工程積累了經(jīng)驗。