許 鵬（上海同濟工程咨詢有限公司， 上海 200092）

1 工程概況

上海青浦平和雙語學(xué)校新建校區(qū)位于青浦城西淀山湖大道380號，為九年一貫制寄宿學(xué)校。學(xué)校占地面積40 978 m2，總建筑面積49 052 m2，由行政樓、小學(xué)教學(xué)樓群、初中教學(xué)樓群、宿舍樓、圖書館和劇場樓、藝術(shù)樓、食堂和室內(nèi)體育訓(xùn)練館、運動場等建筑組成。

上海青浦平和雙語學(xué)校新建校區(qū)項目（以下簡稱“本項目”）所涉的大跨度屋面鋼結(jié)構(gòu)為2號樓（食堂和體育訓(xùn)練館）東半部體育訓(xùn)練館的屋面結(jié)構(gòu)。2號樓建筑面積5 441 m2，地下室1層。西半部為食堂，為1層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)；東半部即為體育訓(xùn)練館，底層為勁性柱鋼梁結(jié)構(gòu)，上層為大跨度鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)部局部二層；平面尺寸為34.0 m×38.0 m，屋面結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高18.30 m。

本項目鋼結(jié)構(gòu)由桁架柱、屋面主桁架梁、次桁架梁和連系梁組成門字結(jié)構(gòu)和屋頂體系。桁架柱高度14.12 m，寬度2 m，主弦Φ351×12、副弦Φ219×8，柱距8.5 m，共5×2榀；屋面主桁架梁凈跨度34 m，桁架高度1.9 m，上弦Φ219×10，下弦Φ180×8，共5榀；次桁架梁凈跨度34 m，連系梁為圓鋼管上下弦Φ180×8，斜腹桿為Φ114×6。屋頂平面尺寸為34.0 m×38.0m，結(jié)構(gòu)標(biāo)高18.3 m。桁架柱單榀重量為5.4 t，主桁架梁單榀重量為6.2 t。

2 鋼結(jié)構(gòu)施工難點分析

（1）本項目南側(cè)距離五層小學(xué)教學(xué)樓約10 m，地面下為已建地下一層結(jié)構(gòu)，臨時通道寬約10 m；東側(cè)距離圖書館和劇場樓約7 m，地面下為已建地下一層結(jié)構(gòu)和地下室車行出入口；北側(cè)為地塊邊界圍墻，有寬4.5 m臨時道路；可用操作空間狹小。本項目優(yōu)勢為：要吊裝的大跨度屋架桁架梁區(qū)域的二層樓板已澆注完成，可以作為堆放散件、拼裝構(gòu)件甚至作加工/拼裝架臺使用。

（2）為確保學(xué)校能夠在9月1日開學(xué)，所有地面各個單體建筑物即本項目南、東、西的施工幾乎同時展開，導(dǎo)致施工場地管控難度較大。

（3）桁架柱在4.18 m平臺起始安裝，高14.2 m；屋面鋼結(jié)構(gòu)吊裝高度18.3 m，鋼結(jié)構(gòu)吊裝高空作業(yè)、交叉作業(yè)較多（在此工作面的正下方的輕質(zhì)砌塊及次結(jié)構(gòu)施工沖刺和裝修工作也在準(zhǔn)備中），安全風(fēng)險大。

3 鋼結(jié)構(gòu)施工總體部署

考慮到大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工特點，與其他項目的不同點，以及狹小場地情況、總體場地施工開展情況，制定以下總體部署（如圖1所示）。

圖1 二號樓東側(cè)桁架梁等吊裝路線布置圖

（1）在圖紙設(shè)計階段之的施工圖設(shè)計階段，向鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計師提出此大桁架用于運動樓二層的屋面以形成無柱的大空間，要考慮施工作業(yè)的可操作性、便利性和經(jīng)濟性。選擇本項目的鋼結(jié)構(gòu)承包方要有深化設(shè)計能力并能保證施工質(zhì)量加工能力，綜合考慮鋼結(jié)構(gòu)制作加工、場外運輸、場內(nèi)運輸、場內(nèi)構(gòu)件堆放及拼裝條件，決定桁架柱在工廠整體加工、整體運輸?shù)浆F(xiàn)場，堆放于已經(jīng)施工完成的4.12 m樓面結(jié)構(gòu)上（能滿足設(shè)計的承載能力），按照吊裝順序分批進場；屋面主桁架梁、次桁架梁分三段進場，構(gòu)件堆場、拼裝場地設(shè)置于已經(jīng)施工完成的4.12 m樓面結(jié)構(gòu)上，按照吊裝順序分批進場。場地占用相較于整體平鋪在本項目運動樓的周邊節(jié)省許多。

（2）吊裝總體流水：從西側(cè)靠近食堂一側(cè)即軸線④開始吊裝，依次向東。在吊裝方案中考慮臨時鋼構(gòu)件拼接安裝過程中的穩(wěn)定性/安全性。

（3）吊裝設(shè)備采用汽車吊，停放在南北兩側(cè)。北側(cè)利用臨時道路，南側(cè)停放在已經(jīng)完成的地下室頂板上，地下室頂板進行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)復(fù)核驗算并經(jīng)過設(shè)計審核。以占用的作業(yè)面相對較小，施工進度又能得到保證，更重要的安全也在可控范圍。

4 施工技術(shù)和控制要點

4.1 吊裝機械的選型

南側(cè)場地、道路符合吊機回轉(zhuǎn)等空間要求，主桁架長度34 m、重量6.2 t、吊裝高度18.3 m，選用徐工QY100汽車吊，采用主臂主鉤工況，作業(yè)半徑按22 m計取，吊臂45 m，起吊高度能到32 m，可以滿足要求。兩側(cè)的桁架柱吊裝采用75 t/50 t汽車吊分別停放在南北兩側(cè)，軸線④立柱桁架長14.12 m、重量約5.4 t，根據(jù)50 t汽車吊起重性能參數(shù)，工作半徑10 m處，臂長25 m的起吊量約10 t，能滿足單榀桁架柱的吊裝；軸線⑤和⑥柱桁架雙拼起吊，重約11 t，75 t汽車吊工作半徑10 m處，臂長30 m起吊能滿足吊裝要求。由于北側(cè)道路狹窄，現(xiàn)有條件75 t/50 t汽車吊無法展開全腿，在部分支腿處拆除圍墻板，借用圍墻外場地。普通吊裝方案會考慮超過30 m大跨度的桁架用雙吊車抬吊，立柱桁架單榀吊裝站立后用各種斜桿臨時穩(wěn)定，然后一榀柱及一榀桁架梁的順序安裝，施工進度也較慢，同時因北側(cè)的場地狹小，北側(cè)的臨時道路的汽車吊機的撐腿都會困難，會導(dǎo)致交通阻塞和材料運輸中斷。

4.2 汽車吊車對地下室結(jié)構(gòu)的影響分析

南側(cè)吊裝時，100 t/75 t汽車吊停放于已經(jīng)完成的地下室頂板上，須對地下室結(jié)構(gòu)進行驗算，以荷載較大的100 t吊裝工況進行驗算。計算簡圖如圖2所示。

圖2 計算簡圖

工況1夾角為0°，工況2夾角為90°，工況3夾角為45°。

支腿荷載計算公式

式1中，∑P為吊車自重和吊重；M為起重力矩；α為起重臂與車身的夾角；a為支腿縱向距離；b為支腿橫向距離。

經(jīng)地面等效均布荷載驗算和局部受壓承載力驗算，均能滿足要求。

作為保障措施，確定吊車支腿范圍采取加固措施：每個支腿下鋪設(shè)1 m×1 m厚度100 mm路基板；每個支腿盡量落在原有結(jié)構(gòu)的框架梁或柱的位置，在相應(yīng)的地下室梁、板范圍預(yù)先采用腳手鋼管加可調(diào)頂托。

4.3 鋼結(jié)構(gòu)吊裝

吊裝流程：先吊裝軸線④立柱桁架；待主桁架梁吊裝形成門架并臨時支撐穩(wěn)定后，軸線⑤和⑥柱桁架通過連系桁架連成一個整體進行吊裝；再吊裝軸線⑤和⑥主桁架梁，形成雙榀門架后，連接軸線④和軸線⑤柱間桁架，然后吊裝次桁架；再后吊裝軸線⑦和⑧立柱桁架、主桁架梁、次桁架；最后補缺連系梁（如圖3所示）。

圖3 立柱桁架及主桁架梁吊裝布置示意

首先吊裝軸線④第一榀柱桁架，柱桁架長度約14 m，重約5.4 t。采用吊臂長25 m左右的起吊50 t/75 t汽車吊直接進行吊裝。

第一榀柱桁架為起始定位鋼桁架，必須確保軸線及垂直度的準(zhǔn)確性。此榀柱桁架安裝后通過柱腳及已施工的平臺梁進行臨時固定和拉結(jié)形成穩(wěn)定體。

在南北兩側(cè)的各第一榀柱桁架吊裝完成后，及時吊裝軸線④主桁架梁，跨度34 m、重6.2 t，選用100 t汽車吊、臂長45 m、工作半徑22 m，吊裝拼接焊接后與先前的臨時拉結(jié)點形成穩(wěn)定體系（如圖4所示）。

圖4 鋼柱桁架、桁架梁吊裝示意圖

第二榀軸線⑤和⑥柱桁架及主桁架梁的吊裝順序如下。

預(yù)先將軸線⑤和⑥柱桁架通過柱間桁架連接在一起，組合后重量11 t，采用75 t吊機、30 m臂長進行吊裝，連體柱桁架就位后，矯正垂直度，將立柱桁架根部鉸接連接板進行臨時固結(jié)，然后進行主桁架梁吊裝，考慮到主桁架梁的側(cè)向穩(wěn)定，先安裝一、二榀小次桁架，確保主桁架的整體穩(wěn)定性；然后依次完成軸線⑦和⑧柱桁架、主桁架梁；主結(jié)構(gòu)吊裝間隙，穿插小次桁架、連系梁的安裝。

4.4 鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制要點

（1）預(yù)制加工構(gòu)件的質(zhì)量控制。鋼構(gòu)件加工的質(zhì)量，必須保證原材料質(zhì)量。嚴(yán)格管控鋼材質(zhì)量，并執(zhí)行進廠檢驗和隨機檢查，防止表面有腐蝕的或翹曲的鋼材進廠。焊接方式經(jīng)試焊和測評后確定，焊工經(jīng)考核通過后上崗。焊口位置須嚴(yán)格清潔處理，不允許焊接口有殘渣，為控制焊接變形，焊接對稱進行，且符合焊接規(guī)范要求。焊接完成后，進行無損探傷檢測，鋼構(gòu)工程師定期到廠進行加工質(zhì)量檢查。

（2）構(gòu)件進場后的現(xiàn)場拼接質(zhì)量。拼裝過程中要預(yù)先考慮焊接收縮量。拼接時的連接板定位尺寸應(yīng)正確，安裝時確保桁架桿件軸線在同一平面上。桁架梁跨度較大，考慮預(yù)留起拱量，并預(yù)設(shè)調(diào)節(jié)位置。主桿件安裝拼接施焊前必須對尺寸和位置進行復(fù)測。焊接后及時進行焊接外觀檢查，發(fā)現(xiàn)缺陷及時整改，保證拼接質(zhì)量和后續(xù)吊裝順利。

（3）現(xiàn)場焊接質(zhì)量控制。焊接作業(yè)需對稱焊接，控制變形。現(xiàn)場焊接焊工現(xiàn)場進行試樣考核后方能上崗施焊，并落實質(zhì)量檢查控制程序。重要部位如桁架梁上弦、下弦拼接焊縫全數(shù)檢查外，還要按規(guī)范進行現(xiàn)場無損探傷檢測，以符合質(zhì)量和相關(guān)規(guī)范要求。

4.5 安全管控要點

（1）場地及吊裝設(shè)備。吊裝作業(yè)前詳細勘察現(xiàn)場，按照工程特點及經(jīng)批準(zhǔn)的專項方案，向相關(guān)操作人員進行交底。對工況及吊裝工藝、起重機械的選型依據(jù)、地耐力及道路的要求、構(gòu)件堆放就位圖以及吊裝過程中的各種防護措施等進行檢查。作業(yè)前詳細檢查大型起重機行駛的臨時道路情況，作業(yè)場地必須平整，按照專項方案要求完成加固，符合方案和地基承載力的要求。吊裝作業(yè)劃定危險區(qū)域，掛設(shè)明顯安全標(biāo)志，并將吊裝作業(yè)區(qū)封閉，設(shè)專人加強安全警戒，防止其他人員進入吊裝危險區(qū)。

（2）人員的安全管理和現(xiàn)場管理。施工現(xiàn)場對各種參與人員進行安全三級教育。選派具有豐富吊裝經(jīng)驗的信號指揮人員、司索人員，作業(yè)人員施工前必須檢查身體。配備足夠的安全人員對現(xiàn)場進行巡檢和安全督促。構(gòu)件吊裝時，當(dāng)構(gòu)件脫離地面時，暫停起吊，全面檢查吊索具、卡具等，確保各方面安全可靠后方能正式起吊。作業(yè)時必須系掛好安全帶，如需吊裝構(gòu)件上檢查必須用登高屈臂車或桁架格構(gòu)上鋪板及預(yù)先掛設(shè)生命線鋼絲纜繩。作業(yè)人員從規(guī)定的通道行進。禁止在高空拋擲任何物件。高處作業(yè)中的手動工具、小材料等必須放在完好的工具袋內(nèi)，以免物件發(fā)生墜落打擊傷害?，F(xiàn)場焊接時，需用擋風(fēng)斗，對火花采取接火斗等嚴(yán)密的處理措施，以防火災(zāi)、燙傷等。焊接操作時，清除施工場地周圍易燃易爆物。作業(yè)時根據(jù)氣候變化，調(diào)整或停止作業(yè)。

（3）交叉作業(yè)安全措施。高空作業(yè)現(xiàn)場做好區(qū)域安全警戒。檢查作業(yè)人員做好個人防護措施后方可進行作業(yè)，并帶好工作包將工具和小件物放入袋中。吊裝就位后，高空作業(yè)人員及時將安全帶掛在固定點上。焊接時防止電焊飛濺傷人，設(shè)防火斗和作業(yè)平臺的防火布，設(shè)置樓層的安全防護欄桿，安全阻燃型平網(wǎng)掛設(shè)，起到隔離屏護作用。底層其他單位作業(yè)的區(qū)域設(shè)置安全通道并在上部設(shè)雙層防護，有高空作業(yè)時安排專人監(jiān)護，協(xié)調(diào)區(qū)域的臨時道路的通行。

本項目通過綜合分析現(xiàn)場的情況以及吊裝機械的作業(yè)需求，在分析各種施工工況的基礎(chǔ)上，選用合適的施工方案和吊裝機械，制定針對性的專項方案，在過程中嚴(yán)格執(zhí)行，解決了狹小場地大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋面結(jié)構(gòu)吊裝難題，確保了工程如期交付。