長懸挑鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量控制的一點探討

陶曙文，趙 鐘

(1.西部礦業(yè)股份有限公司，青海 西寧 810001;2.中國五冶集團工程技術(shù)分公司，四川 成都 610066)

鋼結(jié)構(gòu)正廣泛應用于城市的異型建筑之中。主體鋼結(jié)構(gòu)的安裝是鋼結(jié)構(gòu)工程項目施工中的重要環(huán)節(jié)，其安裝質(zhì)量的優(yōu)劣，直接關(guān)系到后工序如墻面板和屋面板能否順利施工，更關(guān)系到整個建筑的結(jié)構(gòu)安全性和穩(wěn)定性。

本文以成都地區(qū)一標志性建筑的長懸挑鋼結(jié)構(gòu)安裝工程為例，簡單闡述了長懸挑鋼結(jié)構(gòu)施工過程中影響工程質(zhì)量的各工序的安裝特點和難點，并針對各特點、難點所制定的相應的質(zhì)量控制措施。

1 工程概況及特點

1.1 工程概況

本工程是成都地區(qū)一標志性建筑，地處繁華鬧市，建筑面積共計22×104m2，地上建筑面積13×104m2，地下建筑面積9×104m2。其中臨街的一棟建筑是龍頭昂首向東的造型，龍頭部分為上部長懸挑鋼結(jié)構(gòu)。本文即以此建筑為對象，簡單闡述了長懸挑鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。

該建筑群由4層裙房和13層主樓組成(其中主樓和裙房共用大地下室)，采用鋼框架結(jié)構(gòu)體系。屋面標高56.4 m，主樓體型復雜，平面和立面均不規(guī)則。整體效果如圖1所示，臨街的建筑即是龍頭昂首向東造型的異型鋼結(jié)構(gòu)建筑。

圖1 主體結(jié)構(gòu)效果圖

本工程從5層(26.5 m標高)處開始向外懸挑，龍頭昂首向東，龍頭部分懸挑總長26.5 m，寬24 m，共8層。在5～7層之間形成兩層樓高的桁架體系。節(jié)點連接為栓焊組合，懸挑鋼構(gòu)件最長21.6 m，最大構(gòu)件單重約18 t，懸挑鋼構(gòu)件總重約800 t。

1.2 工程特點和難點

該建筑體型復雜，施工難度大。針對該工程概況總結(jié)出了以下特點和難點。

(1)懸挑層數(shù)多達9層，長為26.7 m，高約30 m，懸挑底距地面26.5 m，高空作業(yè)多。

(2)懸挑安裝過程中需搭設鋼支撐。由于支撐架搭設高度較高，因此，支撐架的搭設是本工程施工的重點之一。

(3)因該建筑地處鬧市，施工場地小，限制了汽車起重機行走范圍，致使大構(gòu)件吊裝難度增加。

(4)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件重量大。本工程懸挑部分全部由箱型梁、箱型柱、箱型斜撐、H形截面構(gòu)件組成，跨度比較大，造成每一個構(gòu)件單重也非常大，利用現(xiàn)場塔吊無法完成所有構(gòu)件的吊裝，需要布置大型汽車起重機配合吊裝。

(5)結(jié)構(gòu)復雜，節(jié)點眾多，焊縫質(zhì)量等級要求高，安裝精度要求高，且鋼構(gòu)件受氣候及焊接變形的影響大，難以控制。

(6)反變形預調(diào)后，應力消除、位移控制是關(guān)鍵。臨時支撐架卸載對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的不確定性也是質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

以上特點和難點增加了懸挑結(jié)構(gòu)安裝的難度，為解決以上難題從而保證工程質(zhì)量，必須制訂相應的施工組織措施和技術(shù)措施來實現(xiàn)預定目標。

2 安裝工藝及流程

鋼結(jié)構(gòu)安裝工藝流程如圖2所示。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)安裝工藝流程

3 懸挑結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量控制措施

3.1 組織控制措施

3.1.1 鋼構(gòu)件現(xiàn)場管理

施工現(xiàn)場良好管理秩序是工程施工的前提，針對此工程，要做好以下現(xiàn)場管理。

(1)依據(jù)現(xiàn)場場地條件、塔吊起重能力和汽車式起重機作業(yè)范圍來確定構(gòu)件堆放的位置。

(2)堆放地基要堅實，在樓板上堆放構(gòu)件時，不能超過樓板設計荷載允許值，且應注意成品保護。

(3)現(xiàn)場構(gòu)件盡量分類單層擺放，堆場須留出吊裝機械通道，以便于起吊。

(4)現(xiàn)場堆放造成的鋼構(gòu)件變形及涂層脫落，應進行矯正和修補。

3.1.2 大型構(gòu)件的吊裝

此工程懸挑部位最大構(gòu)件尺寸為:長×寬×高=21404.1 mm×1270.2 mm×2016.0 mm，重約15.777 t，構(gòu)件較大而施工場地受限，致使構(gòu)件無法直接運至場地內(nèi)。根據(jù)施工場地周邊環(huán)境，在保證方便施工和安全的前提下，在場外借道臨時設置一大型構(gòu)件吊裝點，用停在場地內(nèi)的180t(或200t)汽車吊，直接吊裝圍墻外大型構(gòu)件。

現(xiàn)場吊裝點臨近交通主干道，因此在構(gòu)件吊裝前要報請業(yè)主及相關(guān)部門做好各方面協(xié)調(diào)工作，其吊裝示意見圖3。

圖3 大型構(gòu)件場外吊裝示意

3.1.3 鋼構(gòu)件的分段

本工程施工場地狹小，限制了汽車起重機的行走范圍，且鋼構(gòu)件單重大，不適宜整體吊裝。結(jié)合施工圖和現(xiàn)場起重設備的吊裝能力，從高效和安全等角度出發(fā)，為保證結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量，對懸挑構(gòu)件做了分段處理。

根據(jù)施工圖和現(xiàn)場起重設備工況計算結(jié)果，將部分軸線的鋼柱按兩層一節(jié)或三層一節(jié)進行分段。此外，部分軸線的箱型梁也分段制作，從而保證構(gòu)件重量在現(xiàn)場吊裝設備的承載能力范圍內(nèi)。懸挑構(gòu)件的分段位置如圖4所示。

3.1.4 支撐架的設置

由于懸挑構(gòu)件單重大，從經(jīng)濟性和安全性等方面考慮，并結(jié)合懸挑結(jié)構(gòu)特點及現(xiàn)場環(huán)境，考慮在懸挑區(qū)域正下方搭設通高支撐架，作為懸挑結(jié)構(gòu)的拼裝胎架。

圖4 懸挑構(gòu)件分段示意

支撐架設置雙排，由8根鋼管柱、鋼梁和斜撐共同組成，鋼管柱定位在地下室的8根混凝土柱頂，柱腳設計成鉸支座，僅傳遞豎向軸力。支撐架頂部設置胎架梁，可承受5層箱型梁傳遞下來的荷載，此支撐架布置如圖5所示。

圖5 支撐架布置示意

3.1.5 結(jié)構(gòu)的安裝

3.1.5.1 桁架主構(gòu)件安裝

懸挑結(jié)構(gòu)安裝前，主體結(jié)構(gòu)的施工進度及已完構(gòu)件的安裝質(zhì)量和承載能力應滿足懸挑構(gòu)件的安裝條件。要確保鋼支撐搭設完畢，并復驗各節(jié)點焊接質(zhì)量，以及軸線和標高是否正確，確保已完成安裝的結(jié)構(gòu)尺寸可與懸挑結(jié)構(gòu)尺寸閉合。

本工程懸挑結(jié)構(gòu)在6層以上，懸挑構(gòu)件安裝前，要完成5層箱型梁、主梁及水平支撐的安裝，校正后，擰緊螺栓(但不焊接)。此工程中懸挑桁架結(jié)構(gòu)分3跨進行遞進安裝，為保證質(zhì)量在安裝過程中梁上柱垂直于箱型梁，鋼柱安裝就位后要校正軸線柱，然后安裝主梁。

主桁架體系形成后，要復核水平軸線和標高，然后進行預期回調(diào)?；卣{(diào)過程中要隨時觀察構(gòu)件的變形情況，經(jīng)確認變形在預期范圍內(nèi)之后才可進行桁架的焊接工作。

3.1.5.2 桁架次構(gòu)件安裝

桁架主構(gòu)件焊接驗收合格后，進行桁架次構(gòu)件、五層箱型梁根部的三角加勁及上部構(gòu)件的安裝和焊接工作，上部構(gòu)件的安裝依然遵循從下至上、從里至外的遞進式安裝方式。

安裝過程中要隨時觀測構(gòu)件變形情況，利用全站儀控制好各構(gòu)件的安裝精度，變形經(jīng)復核無誤后，才可繼續(xù)進行上部構(gòu)件的安裝。

3.1.6 鋼結(jié)構(gòu)支撐體系卸載

所謂卸載是指將鋼結(jié)構(gòu)從支撐體系受力狀態(tài)下轉(zhuǎn)換到鋼結(jié)構(gòu)自由受力狀態(tài)的過程。卸載過程中，桿件的內(nèi)應力隨時變化，所以在選擇卸載工況時，必須保證將桿件內(nèi)應力控制在設計允許范圍內(nèi)，且盡量保證每一個卸載點同步卸載。

針對工程安裝順序，卸載分兩次進行，每個千斤頂作為一個卸載點。根據(jù)支撐架的布置，共設置8個千斤頂，每榀桁架下部設置2個。此支撐體系的卸載點布置如圖6所示。

圖6 卸載點布置

3.2 技術(shù)控制措施

3.2.1 鋼結(jié)構(gòu)測量

在鋼結(jié)構(gòu)施工中，垂直度、軸線和標高的偏差是衡量安裝質(zhì)量的重要指標，測量作為工程質(zhì)量的控制手段，要為工程施工檢查提供依據(jù)。該工程懸挑部分安裝測量精度要求高，工作難度大，工作量大，且結(jié)構(gòu)節(jié)點復雜，所以工程質(zhì)量要從施工過程中的安裝測量、變形測量和驗收測量等幾方面進行整體控制，且要選用專業(yè)的測量人員。

施工中通過對基礎的預埋、構(gòu)件的拼裝和提升、支撐架變形等要實施即時測量來監(jiān)控結(jié)構(gòu)的安裝質(zhì)量。通過對基礎沉降、鋼結(jié)構(gòu)變形也要實施即時監(jiān)測來保證工程結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

3.2.2 鋼結(jié)構(gòu)焊接

本工程大懸挑鋼結(jié)構(gòu)總量大，節(jié)點構(gòu)造復雜，懸挑桁架均采用斜交斜放，易出現(xiàn)累計偏差，且構(gòu)件大部分要求高空散裝焊接，焊接難度大。

針對工程特點及鋼材材質(zhì)、焊接位置、坡口形式等，選定合適的焊接材料、焊接參數(shù)，并進行現(xiàn)場焊接試驗。但要控制好焊接質(zhì)量，還要做好現(xiàn)場管理，讓焊接人員嚴格遵照焊接工藝流程和相關(guān)焊接規(guī)范或標準要求施焊，保證該打磨的一定要打磨干凈，該預熱的一定要預熱，控制好層間溫度，做好焊后保溫，控制好焊接過程中各環(huán)節(jié)質(zhì)量，從而保證整個鋼結(jié)構(gòu)工程的焊接質(zhì)量。

3.2.3 計算機全過程模擬分析

為保證結(jié)構(gòu)安裝的質(zhì)量，施工前采用鋼結(jié)構(gòu)深化設計軟件將懸臂安裝所需的各項臨時穩(wěn)固措施和定位校正措施納入懸臂深化設計模型。采用有限元分析軟件模擬施工各步驟，模擬各階段的力學計算，以及最不利工況條件下各階段結(jié)構(gòu)的變形和受力特征，確定出臨時支撐措施的工作性能，從而判定安裝步驟分區(qū)、分跨、階段延伸安裝的安全性、可靠性，用以指導施工，以確保整個工程質(zhì)量的安全可靠。

4 結(jié)束語

工程質(zhì)量優(yōu)良的保障，是施工中各環(huán)節(jié)質(zhì)量優(yōu)良的疊加和累計結(jié)果。本工程在長懸挑鋼結(jié)構(gòu)安裝施工中運用了項目管理中“三控制二管理一協(xié)調(diào)”內(nèi)容對工程進行了良好項目管理，針對工程特點制定了相應的技術(shù)措施和組織措施，對鋼構(gòu)件的材料質(zhì)量、鋼結(jié)構(gòu)的安裝精度和鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量等環(huán)節(jié)進行了質(zhì)量控制，保證了整個工程質(zhì)量。

本文僅對長懸挑異型鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中的質(zhì)量控制措施做了簡要闡述。實際上質(zhì)量控制點除了文中所述方面外，結(jié)構(gòu)的應力消除、構(gòu)件的位移控制、支撐架的變形控制等也都是質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。某些技術(shù)措施筆者在后續(xù)文章中再探討。