蘇廣利 胡 慧

(上海建工五建集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710068)

隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)建筑物的要求已經(jīng)從“實(shí)際使用功能”的角度提升到涵蓋功能多樣性、設(shè)計(jì)美學(xué)性、綠色環(huán)保性等多個(gè)方面，各種造型新穎、環(huán)境友好和節(jié)能的建筑結(jié)構(gòu)類型也在涌現(xiàn)。為了滿足這種建筑施工的需求，大跨度空間結(jié)構(gòu)因具有自重輕、輕度高、抗震性能優(yōu)良、內(nèi)部空間利用率高、安裝施工便捷等特點(diǎn)，成為了當(dāng)下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首選。在諸如體育場(chǎng)館、大規(guī)模廠房、會(huì)議中心等項(xiàng)目的建設(shè)中得到了大量運(yùn)用。大跨度空間結(jié)構(gòu)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用狀態(tài)和情況已被廣泛地作為一個(gè)國(guó)家的文明和社會(huì)發(fā)展水平的象征，并已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家的建筑科學(xué)技術(shù)水平最高的重要標(biāo)準(zhǔn)[1]。

鋼結(jié)構(gòu)梁應(yīng)用于大跨度屋蓋中，由于跨度大不便于運(yùn)輸和制作，故需將預(yù)制鋼桁架分段運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)吊裝連接，從而形成整體結(jié)構(gòu)。在大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工中，由于鋼構(gòu)件長(zhǎng)、截面大、構(gòu)件重等特點(diǎn)，使得吊裝方式、順序、位移和應(yīng)力控制都成為施工控制的核心問題[2-7]。這對(duì)施工技術(shù)提出了更高的要求，面對(duì)復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，需要根據(jù)質(zhì)量、安全、成本、工期等全生命周期角度出發(fā)，制定出有針對(duì)性的施工方案。文章在探討大跨度空間施工技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際工程深入分析，對(duì)施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)提出解決辦法。

1 工程概況

本工程位于河南省鄭州市劉寨鎮(zhèn)銀基國(guó)際旅游度假區(qū)，項(xiàng)目用地面積為109 840.35 m2，總建筑面積159 996.21 m2，其中地上建筑面積116 994.04 m2；地下建筑面積43 002.17 m2。其中宴會(huì)廳位于裙房三層，其頂棚鋼梁區(qū)域覆蓋面積1 634 m2，主梁跨度達(dá)30.6 m，單件重量15.9 t。頂棚凈高13.5 m，鋼梁覆蓋區(qū)域位于宴會(huì)廳屋蓋結(jié)構(gòu)的中央位置，周圍存在裙房。鋼結(jié)構(gòu)工程主要包括承受屋面荷載的豎向結(jié)構(gòu)體系及屋面平面框架體系，其中豎向結(jié)構(gòu)體系由15根H型鋼勁性混凝土柱組成，主要規(guī)格為：BH600×400×25×30，共15根，最大吊重北側(cè)柱為3.5 t，南側(cè)為3.4 t；平面體系由縱橫向H型鋼主次梁組成，主要規(guī)格分別為：H1 200×400×22×30,H1 700×400×24×34,H400×200×8×12，縱向梁分為三段，依次為：北側(cè)43根，中部37根，南側(cè)43根，最大吊重均為：5.3 t，如圖1所示。

2 鋼梁吊裝方案

2.1 施工總體思路

本工程鋼柱最大重量3.5 t，主梁跨度30.2 m，單根重量15.9 t。采用STT553塔吊吊裝，塔吊臂長(zhǎng)70 m，回轉(zhuǎn)范圍內(nèi)剛好覆蓋鋼梁吊運(yùn)安裝區(qū)域，且大臂末端起重時(shí)起重量5.65 t，結(jié)合STT553塔吊吊裝性能將鋼梁分三段加工(吊裝方案確定好后進(jìn)行圖紙深化)，以減小單次起吊重量，使主梁起吊重量15.9 t變?yōu)榉侄螁未纹鹬?.3 t，這樣主要矛盾得到解決。此方案優(yōu)點(diǎn)在于大型塔吊能充分發(fā)揮塔吊起重臂的高度優(yōu)勢(shì)和對(duì)吊裝范圍的覆蓋優(yōu)勢(shì)，塔吊司機(jī)對(duì)吊裝過程可視，易于控制；鋼構(gòu)件在地面起吊，避免構(gòu)件中途駁運(yùn)過程；塔吊租賃費(fèi)用約6 000元/d，機(jī)械租賃費(fèi)較低，吊裝視線好，安全可靠，經(jīng)濟(jì)便捷。

相較于小噸位汽車吊在裙房頂板進(jìn)行吊裝，機(jī)械投入費(fèi)用少，且不需要大面積預(yù)留內(nèi)模架支撐，減少鋼管租賃費(fèi)。從安全第一，經(jīng)濟(jì)與便捷的原則，項(xiàng)目部進(jìn)行充分的討論，綜合考慮與對(duì)比下選擇該方案實(shí)施。

根據(jù)施工起拱3 cm的設(shè)計(jì)要求，項(xiàng)目部也經(jīng)過了充分策化，采用了極為經(jīng)濟(jì)的實(shí)施方案：利用現(xiàn)場(chǎng)使用的QTZ80塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)作為鋼梁高空拼接的操作平臺(tái)(鋼梁對(duì)接、施焊作業(yè))，塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上設(shè)計(jì)制作一種簡(jiǎn)易支座平臺(tái)，平臺(tái)中心安裝液壓千斤頂，調(diào)節(jié)施工起拱高度以滿足起拱設(shè)計(jì)及施工要求，且周轉(zhuǎn)利用，較大限度節(jié)省施工投入。較常規(guī)鋼管腳手架為臨時(shí)支撐減少大量的鋼管租賃費(fèi)和搭設(shè)人工費(fèi)，如圖2所示。

2.2 施工中存在的問題

在現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展中，出現(xiàn)越來越多的復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)體系，伴隨出現(xiàn)了諸多力學(xué)、技術(shù)等施工問題，隨著工程要求的提高，施工難度也在不斷增加。其中就包括設(shè)置臨時(shí)支撐柱對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響及分析[8]。在大跨度鋼梁安裝過程中，由于水平構(gòu)件與水平支撐、豎向構(gòu)件形成空間結(jié)構(gòu)，其失穩(wěn)臨界荷載較小。因此，在施工荷載和水平荷載的影響下，構(gòu)件容易產(chǎn)生變形和失穩(wěn)。在本工程大跨度鋼結(jié)構(gòu)梁吊裝采用分段吊裝工藝，必須設(shè)置臨時(shí)支撐，確保鋼結(jié)構(gòu)施工安全。

針對(duì)這個(gè)問題，本工程擬采用塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)作豎向支撐體系，采用纜風(fēng)繩作為水平支撐的保障措施，形成“塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)支架+槽鋼支架+千斤頂(木墊板)+纜風(fēng)繩”的支撐系統(tǒng)，擴(kuò)大臨時(shí)支撐區(qū)域，以此降低鋼梁架對(duì)底板的水平推力和鋼梁架的最大豎向撓度，形成空間穩(wěn)定體系；根據(jù)需要在鋼架頂部安放千斤頂及木墊板支撐分段吊裝的鋼梁，調(diào)節(jié)千斤頂高度完成鋼梁的起拱要求，便于順利分段吊裝施工。

3 屋面型鋼分段吊裝

3.1 支撐架體系

宴會(huì)廳鋼梁頂棚駕越于三層樓板(樓板標(biāo)高±0.000 m)，由南、北15根勁性柱作為支撐，頂棚臨空高度11.68 m，為完成鋼梁的高空拼接工作，項(xiàng)目部采用QTZ80塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組裝形成鋼梁的安裝支架，單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)尺寸1 645 mm×1 645 mm×2 800 mm，單個(gè)支架由四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組裝而成，坐落于3層樓板，為了保護(hù)和加固三層樓板，保留樓板下層延伸至基礎(chǔ)頂1 200×900的模板排架。設(shè)置支架頂部標(biāo)高11.20 m，距離鋼梁下弦為0.48 m，在此空隙，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)構(gòu)造用20號(hào)槽鋼靜焊而成的鋼架坐于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)支架頂部，鋼架6個(gè)支撐腳設(shè)置成“凹”型企口卡于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的橫梁和斜梁上，在水平方向上形成固定體系避免橫向滑移。以此形成“塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)支架+槽鋼支架+千斤頂(木墊板)”的支撐體系，用鋼絲繩將標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與四周混凝土柱進(jìn)行拉結(jié)，以確保支撐架體的穩(wěn)定，如圖3所示。

3.2 型鋼梁分段錨固

根據(jù)設(shè)計(jì)要求和規(guī)范規(guī)定，采用高強(qiáng)螺栓方式連接的構(gòu)件，在構(gòu)件出場(chǎng)前進(jìn)行預(yù)拼裝。構(gòu)件連接處油污及浮銹清除干凈，接觸面采用噴砂處理。并制定了如圖4所示高強(qiáng)螺栓安裝工藝流程。

在施工過程中還要注意：

1)腹板處高強(qiáng)螺栓安裝順序以軸線編號(hào)小為起始，穿入方向根據(jù)施工情況，便捷為主。

2)高強(qiáng)螺栓的安裝應(yīng)在結(jié)構(gòu)件位置調(diào)整準(zhǔn)確后，根據(jù)規(guī)定，設(shè)置穿入不少于30%節(jié)點(diǎn)孔數(shù)，嚴(yán)禁強(qiáng)行穿入和擴(kuò)孔后穿入。

3)高強(qiáng)螺栓與結(jié)構(gòu)件組裝時(shí)，螺母的圓臺(tái)一側(cè)應(yīng)與墊圈有倒角一側(cè)相接。

4)修孔時(shí)，該孔應(yīng)使用鉸刀進(jìn)行修整，修整后孔的最大直徑滿足設(shè)計(jì)和施工規(guī)范要求，做好相關(guān)預(yù)防措施，防止鐵屑落入板迭縫中。

5)根據(jù)規(guī)范規(guī)定，安裝高強(qiáng)螺栓確保摩擦面的摩擦系數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

6)螺栓采用兩次緊固。第一次初擰采用定矩扳手，緊固到螺栓設(shè)計(jì)預(yù)拉力的70%，第二次終擰達(dá)到設(shè)計(jì)值，定矩扳手需要檢定合格方可使用。

7)高強(qiáng)螺栓在緊固時(shí)，連接處的螺栓從中間向外對(duì)稱，依次擰緊。

3.3 型鋼梁分段吊裝和焊接

1)吊裝施工。所有鋼梁吊裝前應(yīng)核查編號(hào)和設(shè)計(jì)吊點(diǎn)，使鋼梁平衡起吊，吊索角度控制在60°為宜，構(gòu)件吊點(diǎn)處采用麻布或橡膠皮進(jìn)行保護(hù)，布置情況如圖5所示。鋼梁水平吊至安裝部位，使主梁一端與勁性柱拼接處吻合，用塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)支架體系作為支撐，用支撐架上千斤頂托起鋼梁另一端使鋼梁受力而保持靜止，由技術(shù)工人完成主梁與勁性柱的臨時(shí)錨固工作。在完成橫向跨度內(nèi)兩側(cè)勁性柱與單段主梁的焊接工作后，吊運(yùn)中間段主梁，用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)支架體系托起主梁梁端，完成中間段主梁與兩側(cè)同跨度內(nèi)主梁的臨時(shí)拼接工作。

鋼梁吊運(yùn)到安裝位置時(shí)，用兩端溜繩旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)安裝軸線，隨之緩慢落鉤。梁的方向和連接板同向，鋼梁找正就位后用安裝螺栓臨時(shí)固定，固定穩(wěn)妥后方可脫鉤。按照主、次梁吊裝順序分別吊裝。梁頭掛吊欄用于工人拼裝和焊接的操作平臺(tái)。鋼梁吊裝到位后進(jìn)行校正、檢查、初擰，待該層鋼梁全部安裝到位和校正后換高強(qiáng)螺栓完成初擰、終擰和焊接施工。

2)焊接施工。本工程存在焊縫間隙過大的情況，應(yīng)采用堆焊工藝，在坡口的單側(cè)或兩側(cè)堆焊，以增加構(gòu)件長(zhǎng)度和減小組裝的間隙，如圖6所示。單板厚大于一定的厚度時(shí)，在焊接之前應(yīng)考慮進(jìn)行焊前的預(yù)熱，使母材預(yù)熱到一定的溫度后，再進(jìn)行焊接。焊接結(jié)束后，為避免熱量散發(fā)過快，進(jìn)行焊縫焊后的保溫。

3.4 支撐體系拆卸方案

在主體結(jié)構(gòu)拼接完成，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)聯(lián)合驗(yàn)收合格后，即準(zhǔn)備支撐體系的拆卸。為了避免在拆卸過程中發(fā)生加大的應(yīng)力重分布，順利過渡到設(shè)計(jì)狀態(tài)，確保屋面鋼梁協(xié)同受力，此時(shí)確定合理的拆卸順序和措施，成為了保證支撐體系拆卸成功的關(guān)鍵。本項(xiàng)目采用整體分組逐步拆卸法，遵循下列要求：

1)拆卸采取“中心對(duì)稱”的原則，由中間向兩邊逐段施工。首先拆除支撐系統(tǒng)的纜風(fēng)繩，此時(shí)將結(jié)構(gòu)在拆卸過程中作為一個(gè)整體考慮，確保結(jié)構(gòu)受力狀況滿足要求。

2)其次拆除支撐系統(tǒng)的豎向支撐體系，此時(shí)將豎向支撐體系以“組”或“幾組”為單位拆分，逐組拆卸臨時(shí)支撐系統(tǒng)，通過調(diào)整單組豎向支撐體系頂部的千斤頂，使千斤頂油缸回位，支撐下降，保證結(jié)構(gòu)在拆卸過程中“荷載穩(wěn)定、平衡轉(zhuǎn)移”。在拆卸過程中設(shè)置控制點(diǎn)，嚴(yán)格控制拆卸時(shí)的精度和一致性。

3)最后將單組豎向支撐體系分槽鋼和塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拆卸，通過塔吊先將千斤頂下方的槽鋼支撐體系逐個(gè)吊出，隨后對(duì)豎向支撐體系內(nèi)采用的塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)整體吊出，置于施工場(chǎng)地內(nèi)分段拆卸。塔吊施工時(shí)要選擇晴天無雨或風(fēng)力小于6級(jí)的天氣，以確保施工的安全性。

4 結(jié)語

4.1 取得效益

現(xiàn)場(chǎng)使用QTZ80塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)作為鋼梁分段吊裝拼接的支撐架，聯(lián)合上部鋼支架的運(yùn)用以及千斤頂?shù)牟贾眯纬梢粋€(gè)支架系統(tǒng)。在經(jīng)濟(jì)上，由于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)可以用塔吊直接吊運(yùn)組裝，利用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)剛度大的優(yōu)勢(shì)，上部支架也可重復(fù)利用。此項(xiàng)運(yùn)用因地制宜，產(chǎn)生費(fèi)用少，減少了傳統(tǒng)支架搭設(shè)過程中的人工費(fèi)及材料費(fèi)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鋼梁拼裝點(diǎn)的個(gè)數(shù)(38個(gè))，材料租賃費(fèi)及人工工資水平，此項(xiàng)費(fèi)用節(jié)約成本約70 000元。在社會(huì)效益上，塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)支架系統(tǒng)的運(yùn)用是公司管理水平的體現(xiàn)，為以后的類似工程提供參照，可與其他施工單位共同學(xué)習(xí)和探討，以利于更好地創(chuàng)新。

4.2 推廣價(jià)值

大跨度鋼梁吊裝施工方法通過將鋼梁合理分段，使單次起重量與塔吊起重性能相匹配；借助于塔吊臂長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，完成構(gòu)件的吊運(yùn)工作；通過借用現(xiàn)場(chǎng)塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)作為鋼構(gòu)件拼裝的支撐架；并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)構(gòu)造用槽鋼設(shè)計(jì)精悍而成特定鋼支架，鋼支架上布置千斤頂和木墊板，補(bǔ)充支撐高度，以實(shí)現(xiàn)拼裝鋼構(gòu)件標(biāo)高的控制。本吊裝方法在冰雪酒店項(xiàng)目宴會(huì)廳頂棚鋼梁吊裝工程中得到了良好的運(yùn)用，在今后類似工程中可以加以借鑒。