陳毅

上海極富房地產(chǎn)開發(fā)有限公司 上海 201107

1 引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)實力的不斷增強(qiáng)，社會建筑技術(shù)的不斷變革及進(jìn)步，人們追求建筑的經(jīng)濟(jì)型、人文性、共生性的要求越來越高，對辦公環(huán)境體驗舒適性的需求也日益增強(qiáng)，建筑中庭和采光頂屋蓋成為了辦公建筑應(yīng)運(yùn)而生的一個產(chǎn)物，其不僅增強(qiáng)了建筑的空間感、設(shè)計感，同時也響應(yīng)了環(huán)保、節(jié)能的理念，大跨度鋼結(jié)構(gòu)和吊裝技術(shù)也從商場、廠房、場館建筑引用入普通辦公建筑中，也標(biāo)志著國家建筑水平提高的重要標(biāo)志[1]。

2 工程概況

本工程位于上海市閔行區(qū)虹橋商務(wù)區(qū)核心區(qū)內(nèi)，用地面積46095.3㎡，總建筑面積270011.6㎡，地上面積151928.6㎡，地下面積118083㎡，其中3#樓地上共8層，建筑高度38.4米，采光頂屋蓋位于7層標(biāo)高32.85m處，中庭面積約1300㎡，鋼結(jié)構(gòu)主梁采用變截面H型鋼1000～1275*300*16*30（跨度24.2m，吊裝長度21.8m，吊裝重量6.7噸），主要次梁為H型鋼500*200*10*16（跨度8.4m，重量0.8噸），主梁采用對接焊縫，次梁、次結(jié)構(gòu)、檁條等全部采用螺栓連接。

3 施工重難點分析

針對屋面采光頂鋼結(jié)構(gòu)工程，吊裝采用機(jī)械的設(shè)備選型及機(jī)械站位、吊裝的工法工藝以及當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境為鋼結(jié)構(gòu)吊裝需考量的重要部分。

本項目地理位置較為特殊，位于虹橋機(jī)場附近，根據(jù)華東民航空管局凈空管理辦法規(guī)定對機(jī)場周邊的設(shè)備機(jī)具及建筑高度均有嚴(yán)格的機(jī)場超限要求，該項目不得超過凈高48m。

3#樓中庭呈東西向布置，建筑西側(cè)緊鄰市政人行道，場地內(nèi)除消防環(huán)通道路外，園區(qū)廣場設(shè)置有下沉庭院落于負(fù)二層底板，施工周邊場地狹小，局限性較大。

3#樓內(nèi)庭采光頂主梁構(gòu)建變截面H型鋼1000～1275*300*16*30重量6.7噸，現(xiàn)場土建施工布置的TC6015型塔吊無法滿足起吊需求（最大起重荷載僅為3.2噸）；中庭跨度達(dá)24.2m，3#樓內(nèi)庭設(shè)置中心庭院坐落于負(fù)一層底板，屋面鋼結(jié)構(gòu)頂面至地面約近40m。

此單項工程地理環(huán)境苛刻、場地狹小，同時鋼結(jié)構(gòu)跨度大、自重大，高度較高是為本項目需要克服的重難點部分[2]。

4 鋼梁吊裝方案選擇

4.1 吊裝設(shè)備

針對本項目鋼結(jié)構(gòu)跨度大、吊裝高度高及自重大于場內(nèi)塔吊負(fù)荷的情況下，外進(jìn)機(jī)械設(shè)備為本項目的第一選擇，結(jié)合本項目的周邊地理環(huán)境，3#樓東側(cè)為較合理的機(jī)械可站位點。經(jīng)建筑高層、水平間距及起吊點、起吊重量計算，性能表查閱，500噸汽車吊47.3m主臂加63m副臂滿足本項目的吊裝要求。

為解決設(shè)備起吊高度遠(yuǎn)超機(jī)場限高48m的規(guī)定要求，項目上針對本項目地理坐落位置非機(jī)場航線線路下方予以批示，并委派相關(guān)單位進(jìn)行專項評估，完成了該區(qū)域內(nèi)設(shè)備超限的審核。

同時為考慮減少500噸汽車吊的使用臺班數(shù)量，降低整體措施費(fèi)用，項目上在西側(cè)市政路上申請了占道手續(xù)，結(jié)合現(xiàn)場情況新增了一臺160噸汽車吊，工況為60m主臂、12.2m副臂吊裝部分屋面主次梁。

4.2 吊裝方案

本項目3#樓鋼結(jié)構(gòu)屋面工程整體采用500噸汽車吊、160噸汽車吊進(jìn)行主次梁的安裝，期間塔吊配合次梁、檁條安裝的形式予以施工。機(jī)械布置如圖1所示。

圖1 機(jī)械場地平面布置圖

在500噸汽車吊進(jìn)場拼裝之前，需對場地內(nèi)吊機(jī)行徑道路及站位進(jìn)行荷載驗算，經(jīng)有限元軟件建模分析，汽車吊自重96噸，一層樓板板厚160mm，配置雙層雙向C10@200mm雙層雙向縱向受力鋼筋，混凝土強(qiáng)度等級為C35，經(jīng)驗算分析，行徑滿足荷載要求，對吊機(jī)支腿反力處采用加強(qiáng)措施，利用支腿梁下方增設(shè)@500*9的鋼管支撐，同時地面敷設(shè)路基箱抬高，再在路基箱擱置混凝土梁時墊以30mm鋼板墊高，轉(zhuǎn)換梁通過兩塊鋼墊板進(jìn)行焊接連接來降低其集中荷載值。（見圖2）

圖2 500噸汽車吊支腿加強(qiáng)布置圖

整體吊裝構(gòu)件順序依次為鋼柱→主梁→次梁→連接桿件，由近及遠(yuǎn)進(jìn)行吊裝。500噸汽車吊白天吊裝，160噸汽車吊為減少占道時間進(jìn)行夜間占道吊裝，塔吊最后進(jìn)行剩余次梁及桿件的吊裝；使用場內(nèi)汽車吊吊裝期間，為避免碰撞及干擾，禁止塔吊的使用。機(jī)械站位及吊裝工況見圖3。

圖3 汽車吊吊裝工況圖

5 鋼梁吊裝施工要點

5.1 吊索具配備

鋼結(jié)構(gòu)的吊裝需配備相應(yīng)的吊索具，構(gòu)件吊索根據(jù)吊點受力，并乘上對應(yīng)鋼絲繩安全系數(shù)予以配置。起重千金安全系數(shù)5～6，捆綁千斤安全系數(shù)8～10，攬風(fēng)繩安全系數(shù)3.5，吊索規(guī)格、卸甲等選用參照《實用五金手冊》進(jìn)行選型。

本項目500噸汽車吊吊具根據(jù)最重鋼梁6.7噸、鋼絲繩夾角60度予以計算配備，每根鋼絲繩受力3.9噸，選用鋼絲繩直徑23mm，長度11m，高強(qiáng)卸甲為6噸。160噸汽車吊最重鋼梁2.7噸，每根鋼絲繩受力1.6噸，選用鋼絲繩直徑15.5mm，長度9m，高強(qiáng)卸甲為3.5噸。

吊裝采用捆綁方式，需注意捆綁時須在鋼梁邊設(shè)置橡膠墊保護(hù)，并在橡膠墊外再擱置木條頂緊以防止吊點進(jìn)行移動。

5.2 鋼梁的安裝

鋼梁吊裝前，需對鋼梁及構(gòu)件的編號、長度、截面、螺栓位置及直徑，節(jié)點板的表面質(zhì)量，高強(qiáng)度螺栓連接處的摩擦面質(zhì)量進(jìn)行全數(shù)查驗，并對鋼梁的定位軸線、標(biāo)高予以復(fù)核，對摩擦面上的浮銹需使用鋼絲刷進(jìn)行表面清理，確保平整、無污染等瑕疵。

在鋼梁吊裝前，將安裝所需使用的安全繩種根可靠安裝在構(gòu)件上，并將節(jié)點處所需用的螺栓，按需求使用量裝入帆布包袋掛于梁端，與梁同時起吊。利用鋼絲繩捆綁兩點吊裝，需與捆綁接觸位置墊上軟橡膠墊及木方頂緊，先進(jìn)行試吊，避免吊點中心予以偏位。

鋼梁按標(biāo)高起吊到位后，施工工人可利用預(yù)設(shè)的柱爬梯至操作平臺上或梁端處進(jìn)行施工，確保鋼梁的軸線與方向，安裝時應(yīng)將梁的孔位對緊，每處節(jié)點位置使用不少于兩個臨時螺栓進(jìn)行連接，并在初擰時同步進(jìn)行構(gòu)件的校準(zhǔn)及焊縫的間隙控制[3]。

當(dāng)遇構(gòu)件間因厚度偏差或制作誤差導(dǎo)致接觸面產(chǎn)生間隙的情況，在構(gòu)件上部使用連接板固定，間隙1mm以下可不作處理；大于1mm至3mm間的需將高出的一側(cè)磨成1:5的緩坡，使間距小于1mm；大于3mm以上情況，需增加襯板，厚度需大于等于3mm，最多不超過二層，相關(guān)襯板的規(guī)格材質(zhì)及其處理方式同原構(gòu)件。

5.3 高強(qiáng)螺栓安裝

本工程高強(qiáng)螺栓采用M20、M22、M27、M30，10.9級摩擦型高強(qiáng)度螺栓，產(chǎn)品選用扭剪型高強(qiáng)度螺栓及連接副，長度50～100mm。

高強(qiáng)度螺栓連接副使用前應(yīng)進(jìn)行復(fù)試實驗，并應(yīng)現(xiàn)場隨機(jī)取樣。高強(qiáng)度螺栓擰緊次序為先中間再四周逐個擰緊，緊固需施工兩次，第一次為初擰，需達(dá)到螺栓終擰設(shè)計值的50～80%，第二次為終擰達(dá)到設(shè)計值，采用扭力扳手終擰，梅花頭掉落意味著完成終擰，當(dāng)天安裝的高強(qiáng)螺栓應(yīng)當(dāng)天終擰完成。

當(dāng)高強(qiáng)螺栓對孔有誤差時，該孔應(yīng)使用鉸刀進(jìn)行調(diào)整，嚴(yán)禁氣割擴(kuò)孔，調(diào)整后的最大孔徑應(yīng)小于1.2倍的螺栓直徑，修孔時，為了防止鐵屑落入板迭縫中，調(diào)整前應(yīng)將周邊的螺栓予以擰緊，讓板迭緊密貼合后再施工。當(dāng)終擰完成后，應(yīng)使用0.3～0.5KG重的小錘逐個敲檢查漏擰、欠擰情況，發(fā)現(xiàn)如有欠擰、漏擰情況應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)擰，超擰應(yīng)進(jìn)行更換，并對終擰合格的做好標(biāo)記，以免混淆。

5.4 焊接

本項目使用的焊條對Q235鋼材使用E43型焊條，對Q345鋼材使用E50型焊條，對不同強(qiáng)度的鋼材焊接時，可采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊接材料，直接受動載使用厚板進(jìn)行焊接的位置使用低氫型堿性焊條。

首先對需焊接部位的鋼材規(guī)格和焊縫等級需技術(shù)上予以明確，焊工均需持證上崗作業(yè)，且對第一次使用的鋼材、施焊方式、熱處理以及不同材質(zhì)間的施焊應(yīng)進(jìn)行工藝評定，并且需要注意的是，構(gòu)件不得在受力情況下進(jìn)行焊接。

構(gòu)件施焊前需做好充分的焊前準(zhǔn)備工作，包括焊前的預(yù)熱、焊接防護(hù)棚操作平臺的搭設(shè)及焊接設(shè)備的電流、電壓、焊條的烘培均需達(dá)到工藝評定要求。焊接分為平焊、仰焊和立焊，焊接人員在焊接時要引弧板進(jìn)行引焊，針對坡口焊，坡口尺寸需要符合要求，無銹蝕、無油污，坡口及其邊緣外20mm范圍內(nèi)需打磨至表面呈現(xiàn)金屬光澤后才施焊，焊接速度需平穩(wěn)緩慢，達(dá)到焊縫長度要進(jìn)行短時間的回焊，避免出現(xiàn)氣孔、未熔透、燒穿及咬邊等現(xiàn)象，降低焊接質(zhì)量。

6 施工質(zhì)量控制措施

6.1 鋼結(jié)構(gòu)制作

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量及驗收規(guī)范》（GB50205-2020）、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-2017)等國家規(guī)范嚴(yán)格控制本工程鋼結(jié)構(gòu)加工生產(chǎn)工藝及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

材料放樣、下料、切割、矯正和成型均需按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)控制其誤差范圍，為控制變形，應(yīng)采取小件焊接組合，經(jīng)矯正后再大件組裝，第一批加工構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的復(fù)核檢查，才可進(jìn)行后續(xù)的組裝作業(yè)。H型鋼下料時，應(yīng)重點關(guān)注翼緣上下和腹板之間拼接位置應(yīng)大于200mm以上，且拼接位置應(yīng)位于1/3～1/4構(gòu)件長度范圍間，其焊縫等級應(yīng)為一級，其余焊縫等級為二級。非熔透及角焊縫等級為三級焊縫，但表觀質(zhì)量需滿足二級焊縫要求。

工廠加工完成需進(jìn)行工廠預(yù)拼裝，以校驗加工完成的鋼構(gòu)件的組合匹配度，同時給后期現(xiàn)場的正式吊裝提供一定的技術(shù)指導(dǎo)作用。

6.2 鋼結(jié)構(gòu)安裝

鋼結(jié)構(gòu)吊裝需在現(xiàn)場所有準(zhǔn)備工作完成、技術(shù)交底覆蓋全員及安全措施到位情況下，由現(xiàn)場總監(jiān)查驗并簽批安裝指令后，正式進(jìn)入鋼結(jié)構(gòu)吊裝作業(yè)。

樓面梁的安裝順序遵循先主梁后次梁、再懸挑梁的原則。每完成一個區(qū)域，需對整體框架進(jìn)行坐標(biāo)測量、校正，復(fù)核圖紙要求，誤差在設(shè)計允許范圍內(nèi)，方可進(jìn)行下一個區(qū)域的安裝。

鋼結(jié)構(gòu)安裝需嚴(yán)格控制高強(qiáng)螺栓連接及焊接質(zhì)量的控制，進(jìn)場材料需分類儲放保管及使用，并進(jìn)行檢查及復(fù)試工作。高強(qiáng)度螺栓連接副施工前需檢查鋼結(jié)構(gòu)的連接接頭、復(fù)驗?zāi)Σ撩娴目够葡禂?shù)，滿足要求后方可施工高強(qiáng)度螺栓。其安裝過程中應(yīng)可自由穿入孔內(nèi)，待終擰后，螺栓絲扣外露應(yīng)小于3扣，1扣及4扣數(shù)量應(yīng)控制在10%內(nèi)，并對節(jié)點進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果需滿足GB50205規(guī)范及設(shè)計要求。

鋼結(jié)構(gòu)焊接應(yīng)嚴(yán)格按照焊接工藝卡規(guī)定的工藝參數(shù)進(jìn)行焊接，應(yīng)盡可能將構(gòu)件焊接工廠化，減少現(xiàn)場焊接焊縫的數(shù)量，針對定位焊應(yīng)不得有咬肉現(xiàn)象，如有咬肉必須先行補(bǔ)焊；打底焊需按每段600mm分段退焊，確保焊縫根部予以焊透；填充焊應(yīng)緊跟打底焊進(jìn)行，盡量保證焊縫一次焊完，防止焊接冷裂紋，且填充焊的層間溫度需高于預(yù)熱溫度；蓋面焊的焊接電流應(yīng)適當(dāng)調(diào)小，并隨時調(diào)節(jié)焊接電流和焊絲角度，避免產(chǎn)生咬肉缺陷，待蓋面焊完成后清理焊渣，焊縫高度需控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。

7 結(jié)論

鋼結(jié)構(gòu)因其巨大的材料性能優(yōu)勢現(xiàn)在越來越多的應(yīng)用于現(xiàn)階段的各類建筑形式中，本文以一個大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋蓋吊裝的成功案例闡述相關(guān)施工的技術(shù)要點，為大跨度鋼結(jié)構(gòu)吊裝能提供一些借鑒和參考。