楊軍YANG Jun

（中國水利水電第八工程局有限公司，長沙 410000）

0 引言

基于社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑行業(yè)日新月異，建筑結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，施工工藝不斷更新。本文以大跨度鋼結(jié)構(gòu)為探究對象，該類型建筑的空間結(jié)構(gòu)特征主要表現(xiàn)在跨度大、桿件類型多且數(shù)量大，受力關(guān)系也十分復(fù)雜，這就決定了此類建筑施工難度較大。所以，必須對大跨鋼結(jié)構(gòu)安裝施工中的關(guān)鍵工序和技術(shù)要點(diǎn)予以明確，加強(qiáng)控制，方可保證最終的施工質(zhì)量。

1 大跨鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展概述

20世紀(jì)中后期至邁入21世紀(jì)的幾十年中，涌現(xiàn)了一大批空間鋼結(jié)構(gòu)，建筑材料、結(jié)構(gòu)樣式、工程技術(shù)等都得到了極大程度的發(fā)展。在公共建筑中，出現(xiàn)了形如上海體育場的索膜結(jié)構(gòu)、如上海世博會世博軸的索膜與單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)組合，在商業(yè)及地標(biāo)建筑方面，鋼結(jié)構(gòu)作為承重骨架或外包結(jié)構(gòu)也得到了廣泛的應(yīng)用，包括在地標(biāo)建筑上的應(yīng)用，如香港中國銀行大廈和廣州塔等。大跨空間結(jié)構(gòu)多采用鋼結(jié)構(gòu)體系，其具有顯著的輕質(zhì)、高強(qiáng)的特征，并且可滿足大跨度、超高層建筑結(jié)構(gòu)施工對于材料性能的高要求。所以，鋼結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于各類大跨空間結(jié)構(gòu)中。

隨著鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)產(chǎn)業(yè)化以及“十三五”規(guī)劃和“2025”規(guī)劃建議的提出，鋼結(jié)構(gòu)作為裝備制造業(yè)與建筑和土木工程業(yè)的交叉行業(yè)，無疑在未來幾年內(nèi)將得到極大的發(fā)展，而鋼材作為空間結(jié)構(gòu)的主要組成材料，其發(fā)展必將推動形式復(fù)雜多樣的空間結(jié)構(gòu)的建造，這就需要更加完善的施工理論和技術(shù)為建造過程提供安全保障，這也是本文研究的重點(diǎn)所在。

2 大跨鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與安裝施工技術(shù)方法

2.1 大跨鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

①大跨空間鋼結(jié)構(gòu)形式多樣，而且施工技術(shù)極其復(fù)雜，例如，廣州國際會展中心跨度126.6m，國家游泳中心跨度為177m，國家體育場跨度為296m，而南京奧體中心體育場跨度為360m。

②與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式相比，大跨空間鋼結(jié)構(gòu)多非采用單一結(jié)構(gòu)形式，而是以組合形式為主。例如，鳥巢采用的是扭曲的空間桁架結(jié)構(gòu)，而廣州國際會展中心則采用的張弦桁架結(jié)構(gòu)。

③在大跨空間鋼結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用也十分廣泛，且隨著技術(shù)水平的不斷提升，衍生出很多新型的結(jié)構(gòu)形式，如膜結(jié)構(gòu)、張拉整體結(jié)構(gòu)及索穹頂?shù)?。例如，國家體育館采用的是雙向張弦梁結(jié)構(gòu)，奧運(yùn)會的羽毛球館比賽場館采用的是弦支穹頂結(jié)構(gòu)。在大跨空間鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，在優(yōu)化了建筑結(jié)構(gòu)的同時，也可降低工程成本。對于結(jié)構(gòu)的改善表現(xiàn)在降低了內(nèi)力峰值，全面提升了結(jié)構(gòu)剛度。

④大跨空間鋼結(jié)構(gòu)施工規(guī)模大，難度高，對于精度的要求極為嚴(yán)格。因此，此類工程多為國家重點(diǎn)工程項目，對于建筑外觀、施工質(zhì)量、成本控制、工期等要求較高。例如，鋼結(jié)構(gòu)加工精度的管控，很多焊縫多按照一級焊縫標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理，其作業(yè)的執(zhí)行難度較高，且工作量較大，對此，要想在規(guī)定時間內(nèi)完成相應(yīng)的施工任務(wù)，則可以改為預(yù)拼裝形式。

2.2 大跨鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)方法

結(jié)合相關(guān)理論與實(shí)踐分析，大跨空間鋼結(jié)構(gòu)的形式眾多，且受力相對復(fù)雜，常見施工技術(shù)方法如下：

2.2.1 高空滑移法

高空滑移法是在提前設(shè)置好的滑軌上移動網(wǎng)架單元，在滑移至指定位置后進(jìn)行拼接，形成一個有機(jī)整體。其中網(wǎng)架單元需現(xiàn)在工程地面進(jìn)行拼接，后通過起重機(jī)吊運(yùn)至支架上。若現(xiàn)場的設(shè)備和施工條件不允許，則可以先拼接小型散件，后在空中進(jìn)行組裝，拼接成為條狀單元。高空支架通常會設(shè)置在建筑物的一端，在滑移時，網(wǎng)架吊裝單元會向另一端移動，主要有單條滑移法、逐條累積滑移法兩種。

2.2.2 高空散裝法

高空散裝法是統(tǒng)一安裝節(jié)點(diǎn)和桿件，在空中直接拼接成一個整體。當(dāng)前高空散裝法主要有懸挑法、全支架法，前者多應(yīng)用于高空拼接，后者多應(yīng)用于散件拼接。該施工工藝操作便捷，安全風(fēng)險低，但是施工進(jìn)度慢。高空散裝法多被應(yīng)用于非焊接的網(wǎng)架屋蓋施工中，無需使用大型的起重設(shè)備，工程質(zhì)量的可控性較高。

2.2.3 分條分塊安裝法

分條分塊安裝法是將網(wǎng)架分為塊狀單元或者是條狀單元，再有起重機(jī)有序地懸吊至空中指定位置進(jìn)行拼接。該工藝中的拼裝和焊接作業(yè)均在地面完成，可節(jié)省拼裝支架的用量，施工效率和質(zhì)量較高。需注意的是，分條單元或者是塊狀單元的重量需嚴(yán)格控制，必須與起重設(shè)備的型號相匹配。該工藝多被應(yīng)用于中小型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工中，高空作業(yè)量的占據(jù)比例較大。

2.2.4 整體提升法

整體提升法是在結(jié)構(gòu)柱上安裝提升設(shè)備、網(wǎng)架，主要有滑模提升法、單獨(dú)提升法兩種，前者為新型的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝方法，更適合小型設(shè)備的安裝作業(yè)。

2.2.5 整體頂升法

整體頂升法是在結(jié)構(gòu)點(diǎn)下設(shè)置千斤頂，完成安裝后將結(jié)構(gòu)頂升至相應(yīng)位置。此方法與整體提升法類似，但是使用的提升設(shè)備和位置有所差異，整體頂升法支點(diǎn)在下面，整體提升法支點(diǎn)在上面，且作用原理也不同。采用整體提升法時，只需將提升設(shè)備垂直安裝就可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)架的有效上升；采用整體頂升法時，若是無導(dǎo)向措施，極易出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)問題。上述兩種方法的共同點(diǎn)是安裝過程中無法移動或是轉(zhuǎn)動。

2.2.6 整體吊裝法

整體吊裝法是在地面直接將網(wǎng)架拼裝成一個整體，然后由起重設(shè)備懸吊鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件至規(guī)定位置。采用該方法進(jìn)行空間鋼結(jié)構(gòu)的安裝，允許在場外進(jìn)行，也可在柱錯位處總拼，適用于連接網(wǎng)架焊接，可有效保證焊接質(zhì)量。但是該方法也存在一定缺陷，即對起重設(shè)備的操作要求較高，對停機(jī)點(diǎn)有明確要求，多適用于小跨度或者是中跨度的空間結(jié)構(gòu)施工。

2.2.7 移動支架安裝法

移動支架安裝法就是在可移動的支架上開展安裝作業(yè)，對于已經(jīng)安裝好的結(jié)構(gòu)必須加設(shè)臨時支撐，以減少位移，在結(jié)構(gòu)部分的安裝工作結(jié)束后再拆除臨時支撐結(jié)構(gòu)。移動支架與固定支架相較，穩(wěn)定性略差，但是移動支架中支撐腳手架數(shù)量較少，可較少人力作業(yè)量，也有效加快了施工進(jìn)度，同時無需使用大型起重設(shè)備，成本較低。

3 實(shí)例探析大跨鋼結(jié)構(gòu)安裝施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 項目概況

紅河特大橋鋼箱梁總拼場鋼結(jié)構(gòu)廠房位于5#路基左幅鋼箱梁總拼場內(nèi)，距元陽側(cè)主墩約800m，分為鋼箱梁總拼主廠房及節(jié)段防腐車間。主廠房內(nèi)部設(shè)置2臺20t橋式起重機(jī)（36m跨）、鋼箱梁總拼胎架、雙拼胎架及板單元存放區(qū)。主要用于紅河特大橋主橋鋼箱梁總拼，面積112m×39m（長×寬）。防腐車間設(shè)置為兩個封閉式鋼結(jié)構(gòu)廠房，內(nèi)部凈空尺寸均為35m×16m（長×寬），主要用于節(jié)段噴砂及涂裝。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)情況

廠房采用的是單層門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)，建筑總面積為5515m2，抗震設(shè)防烈度為7.0度，采用鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，主要構(gòu)件有鋼柱、鋼梁（屋面梁，吊車梁）、系桿、柱間支撐、屋面支撐，C型鋼檁條，屋面及墻面彩板等。該廠房最大鋼柱單重約3.65噸，最大組合后吊裝單體梁單重約4.35噸。主要吊裝部件參數(shù)如表1所示。

表1 鋼結(jié)構(gòu)廠房主要零部件重量及外形尺寸表

3.3 鋼結(jié)構(gòu)安裝流程

廠房鋼結(jié)構(gòu)安裝主要流程步驟：

第一步：安裝前準(zhǔn)備工作：包括技術(shù)準(zhǔn)備工作；設(shè)備清點(diǎn)、驗(yàn)收、保養(yǎng)；工具材料、人員分工落實(shí)等準(zhǔn)備工作；

第二步：安裝樣點(diǎn)的放設(shè)；

第三步：鋼結(jié)構(gòu)廠房基礎(chǔ)地腳螺栓安裝、二期混凝土澆筑（包括鋼筋安裝）、養(yǎng)護(hù)（已完成），并復(fù)查合格；

第四步：鋼柱安裝；

第五步：屋面梁安裝；

第六步：支撐系桿及軌道梁安裝；

第七步：檁條安裝；

第八步：二次防腐；

第九步：彩鋼板安裝。

3.4 施工技術(shù)方案

3.4.1 吊裝順序

鋼柱、鋼梁的吊裝是主要骨架。但不管是鋼柱的吊裝還是其他鋼構(gòu)件的吊裝都應(yīng)遵循以下吊裝的順序原則：

①穩(wěn)定跨柱的安裝：鋼柱鋼梁到位后，先從設(shè)有柱間支撐的一個開間的兩顆鋼柱吊起，當(dāng)鋼柱吊裝就位后，吊車解開吊繩前應(yīng)對鋼柱加拉三顆風(fēng)繩，等風(fēng)繩固定穩(wěn)后才能松吊繩。調(diào)整鋼柱使其標(biāo)識與定位軸線及控制標(biāo)高點(diǎn)相重合及后再安裝系桿及柱間支撐，并作調(diào)整使之達(dá)到施工規(guī)范及設(shè)計要求。

②穩(wěn)定跨梁的安裝：穩(wěn)定跨柱安裝完后就形成了一個平面的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，但不能隨后就安裝其它的鋼柱，應(yīng)安裝穩(wěn)定跨的鋼梁，梁間系桿及屋面支撐并調(diào)整使之達(dá)到施工規(guī)范及設(shè)計要求。

③穩(wěn)定跨安裝完畢后就形成了空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，此后則可按以下順序進(jìn)行安裝：鋼柱→柱頭鋼系桿→屋面鋼梁→鋼梁間系桿→屋面檁條。

3.4.2 鋼柱吊裝

該工程選用QY25型汽車吊完成鋼柱的吊裝作業(yè)，并安排了專人指揮操作。在吊裝過程中，通過旋轉(zhuǎn)法，也就是先將鋼柱運(yùn)送至工程現(xiàn)場的指定位置，起重機(jī)在起鉤的同時回轉(zhuǎn)，使柱子圍繞柱腳旋轉(zhuǎn)即可講鋼柱吊裝至指定剛度和位置，流程如下：綁扎→起吊→對位→臨時固定→校正→固定，如圖1所示。需注意的是，在鋼柱吊裝至指定位置后需進(jìn)行調(diào)試，對鋼柱支座中心、定位軸線、鋼梁側(cè)向彎曲等進(jìn)行逐一檢查，后有序完成柱間支撐的安裝作業(yè)。

圖1 鋼柱吊裝示意圖

3.4.3 屋面梁吊裝

屋面梁安裝過程為：地面拼裝→檢驗(yàn)→空中吊裝。地面拼裝時采用無油枕木將構(gòu)件墊起，構(gòu)件兩側(cè)用木杠支撐，增強(qiáng)穩(wěn)定性。屋面梁吊裝作業(yè)順序?yàn)榈孛嫫囱b→檢驗(yàn)→空中吊裝。該部分的吊裝由兩臺設(shè)備共同操作完成，吊點(diǎn)先進(jìn)行綁扎，綁扎位置需使用軟材料進(jìn)行襯墊，起保護(hù)作用，可避免鋼構(gòu)件損壞。在第一榀鋼梁連接后使用兩根溜繩從兩側(cè)進(jìn)行拉伸，穩(wěn)固鋼梁，每吊一榀鋼梁則用屋面梁面系桿，而屋面檁條則用于連接固定。在鋼梁位置、垂直度等確認(rèn)無誤后可安排其他構(gòu)件的安裝工作，完成上述作業(yè)任務(wù)后擰緊螺栓。

吊點(diǎn)位置（如圖2），屋面梁吊耳應(yīng)在鋼梁制作時就一并焊接牢固，起吊用鋼絲繩直徑均為17.5mm。

圖2 屋面梁吊點(diǎn)設(shè)置示意圖

3.4.4 行車梁、系桿及墻面檁條及安裝

①行車梁安裝。行車梁長度7.5m，采用四點(diǎn)兩繩起吊，在鋼梁的兩側(cè)拴好溜繩，調(diào)整位置后使用螺栓對鋼梁和鋼柱進(jìn)行連接處理，并對連接出進(jìn)行檢查，必須牢固。同時，安裝系桿和水平支撐，構(gòu)件一個相對穩(wěn)固的空間體系后即可拆除吊鉤。

②系桿安裝。因系桿的截面積較小，自身重量較輕，需通過一鉤多吊或成片吊裝方式完成吊裝作業(yè)。對于檁條的校正重點(diǎn)為間距和平直度，檢查方法如下：間距檢查，使用樣桿在檁條桿件移動，如發(fā)現(xiàn)尺寸偏差需立即調(diào)整；平直度檢查，可使用拉線或者是鋼尺進(jìn)行檢查，精準(zhǔn)度符合要求后即可用螺栓進(jìn)行固定。

③檁條安裝：檁條安裝前，測量、整平檁條支撐點(diǎn)，低的點(diǎn)適當(dāng)墊高，檁條高差應(yīng)嚴(yán)格控制在±5mm范圍以內(nèi)。檁條支撐點(diǎn)應(yīng)按設(shè)計要求的支撐點(diǎn)位置固定，所以支撐點(diǎn)應(yīng)用墨線彈出中心位置，供檁條安裝定位，確保檁條的直線性和按照檁條布置圖布置。按照圖紙要求進(jìn)行螺栓連接，連接前應(yīng)對固定點(diǎn)進(jìn)行測量，確保間距、位置正確，直線度不大于6mm，高度不大于5mm。

3.4.5 鋼屋架的吊裝

鋼屋架采用吊車吊裝，鋼屋架的側(cè)向穩(wěn)定性差，如果吊車的起重量、起重臂的長度允許時，先拼裝兩榀屋架及其上部天窗架、檁條、支撐等成為整體，然后再一次吊裝，有效確保吊裝穩(wěn)定性，同時也能提高吊裝作業(yè)的效率。

鋼屋架的最后固定，采用高強(qiáng)螺栓固定。

4 結(jié)語

紅河特大橋鋼箱梁總拼場鋼結(jié)構(gòu)廠房在投入使用一年后，順利完成了該項目部的鋼結(jié)構(gòu)制作任務(wù)，期間未出現(xiàn)任何安全隱患與事故，經(jīng)專家評估后，主要鋼構(gòu)件拆除后運(yùn)往下一個項目同類鋼結(jié)構(gòu)廠房繼續(xù)使用。

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)由于具有性能穩(wěn)定、價格適中以及可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在大跨度結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)優(yōu)異。大跨鋼結(jié)構(gòu)工程往往具有構(gòu)件數(shù)量多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度大、安裝精度高等特點(diǎn)，對此必須根據(jù)項目情況、施工條件合理制定安裝施工方案，規(guī)范落實(shí)各道關(guān)鍵工序，在保證質(zhì)量、工期的同時，合理控制成本，確保項目效益良好。