在異常工況條件下進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)吊裝的施工實(shí)踐

鄭建榮,倪一峰,林王劍,章銀忠

(1.杭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)總公司, 浙江 杭州 310053；2. 浙江神業(yè)鋼結(jié)構(gòu)有限公司, 浙江 湖州 313000；3.五洋建設(shè)集團(tuán)股份有限公司, 浙江 杭州 310003；4.浙江中南建設(shè)集團(tuán)有限公司,浙江 杭州 310053 )

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在異常工況條件下進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)吊裝的施工實(shí)踐

鄭建榮1,倪一峰2,林王劍3,章銀忠4

(1.杭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)總公司, 浙江 杭州 310053；2. 浙江神業(yè)鋼結(jié)構(gòu)有限公司, 浙江 湖州 313000；3.五洋建設(shè)集團(tuán)股份有限公司, 浙江 杭州 310003；4.浙江中南建設(shè)集團(tuán)有限公司,浙江 杭州 310053 )

介紹了杭州市濱江區(qū)的一個新建大型地標(biāo)性公建項(xiàng)目中劇院舞臺上方高度19.1、22.2 m(+24.65 m和+27.75 m標(biāo)高)的兩片柵頂鋼結(jié)構(gòu)工程,在屋蓋已完成(網(wǎng)架下弦與柵頂最小凈高0.86 m)、外立面幕墻已基本完成封閉、舞臺的樓蓋設(shè)計(jì)允許活荷載不能滿足吊裝的載荷要求、舞臺面上空22.2 m范圍空間內(nèi)有已建的鋼筋混凝土構(gòu)造大梁(坑內(nèi)三側(cè)有懸挑內(nèi)走廊)阻擋等異常不利的工況條件下,因陋就簡、因地制宜、化整為零(一分為三),采用“專用龍門架抬吊”的專項(xiàng)施工方案, 克服了許多困難,最終保質(zhì)、安全、高效地完成了舞臺柵頂鋼結(jié)構(gòu)吊裝任務(wù)。本工程對今后在異常工況條件下進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)吊裝提供了一個可借鑒的思路和方法。

異常工況；環(huán)境條件；鋼結(jié)構(gòu)吊裝

1　工程概況

濱江區(qū)文化中心工程是集文化、圖書、檔案、展覽、演藝、會議和行政服務(wù)及公共資源交易中心為一體的綜合性地標(biāo)性建筑。項(xiàng)目總建筑面積64 702 m2(地上39 753 m2,地下24 949 m2),地下2層,主樓地上10層,高度52.55 m,輔樓地上4層,高度32.75 m,總投資47 600萬元。其中輔樓的會議中心兼劇院,設(shè)計(jì)規(guī)模826座觀眾席位。劇院采用鏡框式舞臺結(jié)構(gòu)形式,整個舞臺由主舞臺和左右側(cè)舞臺組成。舞臺面結(jié)構(gòu)標(biāo)高5.70 m,舞臺寬28.3 m,深度16.55 m,主舞臺臺口寬度15.6 m,臺口高度(凈)8 m,下層?xùn)彭敻叨?9.1 m。見圖1。

由于建筑設(shè)計(jì)人員缺乏劇院設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),在24.65 m和27.75 m標(biāo)高土建結(jié)構(gòu)預(yù)留給舞臺柵頂安裝的節(jié)點(diǎn)荷載(柵頂自重1.0 kN/m2,活荷載2.5 kN/m2)嚴(yán)重不足,其中、、軸在標(biāo)高為24.65 m和27.75 m有上下各兩根既有鋼筋混凝土構(gòu)造連系梁(無法作為承重梁使用),而且軸結(jié)構(gòu)壓根兒未設(shè)置大梁,原預(yù)留的梁板結(jié)構(gòu)邊界無法傳遞承受柵頂?shù)暮奢d。見圖2。

圖1　舞臺側(cè)剖面圖

舞臺機(jī)械設(shè)備完成采購后,按照工藝設(shè)置的條件進(jìn)行深化設(shè)計(jì)為時已晚。因此,必須對柵頂鋼結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),見圖3。

鋼梁為焊接H型鋼梁和箱型鋼梁,柵頂單層平面尺寸約為：28.3 m×16.85 m計(jì)480 m2,箱型梁最大截面為：BOX500×800×18×35；H型鋼BH650×550×18×35,單根鋼梁最大重9 131 kg?？傊丶s160 t。見表1。

圖2　舞臺上空原結(jié)構(gòu)平面圖

圖3　舞臺柵頂鋼結(jié)構(gòu)平面圖

序號節(jié)段編號長度/mm寬度/mm高度/mm重量/kg備注12GL3-117350550650799222GL3a-116480550650674828.300m32GL3-217350550650797642GL5-115694500800913151GL2a-115520550650655261GL3-115990550650603925.200m71GL3a-115720550650640481GL3-2157205506506800

2　實(shí)施吊裝的難點(diǎn)分析

輔樓的整個屋蓋(正錐正交球型節(jié)點(diǎn)曲面鋼網(wǎng)架和屋面防水均已完成)和大面積幕墻都已經(jīng)封閉,室外的塔吊和大型汽車吊無法從屋頂上空作業(yè),而屋蓋網(wǎng)架下弦桿與上層?xùn)彭數(shù)呢Q向間隙僅為860 mm。因此,室內(nèi)垂直液壓提升設(shè)備的支架空間(至少4 000 mm)都無法滿足；整個洞坑(凈高分別為22.2 m和19.1 m)幾乎沒有自然采光,室內(nèi)高空作業(yè),安全危險性大；鋼網(wǎng)架下弦桿不得進(jìn)行吊掛起重物,不容許在網(wǎng)架的桿件和球型節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行臨時焊接固定；單件構(gòu)件最大重量達(dá)9.0 t,長度15.694 m；舞臺的樓蓋設(shè)計(jì)允許活荷載4.0 kN/m2(樓板120 mm,板跨4.0 m×3.68 m；梁跨LX=8.0 m,LY=11.05 m),不能滿足吊裝時的載荷要求；幕墻東北端只能在交～處預(yù)留一小施工洞。該鋼結(jié)構(gòu)吊裝屬危險性特別重大的分部分項(xiàng)工程,需單獨(dú)編制專項(xiàng)施工方案并經(jīng)專家論證,從而確保鋼結(jié)構(gòu)柵頂施工階段和使用階段的絕對安全。見圖5。

圖5　舞臺面上空現(xiàn)狀圖

3　吊裝的方案比選和關(guān)鍵技術(shù)及總體思路

3.1吊裝方案的比選

首先,由于屋蓋和大面積幕墻都已經(jīng)封閉,室外的塔吊和大型汽車吊無法從屋頂空降(即使臨時開口,由于網(wǎng)架的桿件縱橫交錯,也無法滿足吊裝空間需求)。

其次,考慮修改設(shè)計(jì)方案：采用網(wǎng)架下弦桿吊掛兩片柵頂,設(shè)計(jì)復(fù)核結(jié)果不滿足；將、、軸在標(biāo)高為24.65 m和27.75 m的上下各兩根既有鋼筋混凝土大梁，作為上、下弦,增加型鋼腹桿改裝成3.1 m高的型鋼混凝土組合桁架,但設(shè)計(jì)認(rèn)為實(shí)際受力效果很難滿足桁架計(jì)算模型。

第四,如果考慮采用垂直液壓提升設(shè)備進(jìn)行整體提升,除了前面提到的坑洞中間有梁板阻擋因素外,屋蓋網(wǎng)架下弦桿與柵頂?shù)呢Q向間隙只有0.860 m,根本不能滿足液壓提升設(shè)備支架對最小空間4.0 m的要求。因此,這些以往成熟的吊裝方案均被一一否決掉了。

3.2吊裝的關(guān)鍵技術(shù)

既然做不到整體提升(或頂升),那么能否一根一根,并將每根“化整為零(一分為三)”分段提升？將長度15.694 m分成0.5 m+14 m+1.194 m三段,梁的兩端頭先吊裝安裝固定；既然垂直液壓提升設(shè)備的提升空間不夠,那么能否采用小龍門架伸入到網(wǎng)架1.8 m矢高利用桿件空間,分別以、軸在標(biāo)高為27.75 m的鋼筋混凝土大梁梁端和坑邊混凝土梁作為專用龍門支架的支撐點(diǎn)？譬如,在軸的混凝土梁端設(shè)置兩只“專用龍門支架”對 14.0 m的中間段梁進(jìn)行抬吊,可以解決上層?xùn)彭數(shù)闹饕拇箐摿?。上層?xùn)彭斖瓿梢院?可以利用上層的既有鋼梁和、軸上下的既有鋼筋混凝土構(gòu)造大梁整體連接作為拔桿提升支點(diǎn),起吊下層鋼梁。通過現(xiàn)場查勘空間基本滿足,通過對、軸在標(biāo)高為27.75 m的鋼筋混凝土大梁梁端的剪力驗(yàn)算也能滿足要求(Q抗=190 kN,Q實(shí)=120 kN)。見圖6。

圖6　龍門架抬吊照片

3.3安裝的總順序和實(shí)施流程

柵頂鋼結(jié)構(gòu)總的施工順序是：豎向而言——先完成上層?xùn)彭?后完成下層?xùn)彭?；同一層而言——先完成外圍一圈的箱梁和、、、軸的主龍骨,后完成(次梁)肋和板。

4　難點(diǎn)的解決方法

4.1舞臺樓蓋加固

舞臺的樓蓋設(shè)計(jì)允許活荷載4.0 kN/m2(樓板120 mm,板跨4.0 m×3.68 m；梁跨LX=8.0 m,LY=11.05 m,實(shí)際施工荷載達(dá)到15 kN/m2),不能滿足吊裝時的載荷要求。因此須對該樓面進(jìn)行吊裝階段的加固處理(梁板底采用螺桿頂托加固),舞臺的樓板下用40 mm厚的木工板擱在鋼管立桿頂托上,鋼管下口用120 mm×120 mm木枋傳承至1層樓的框架梁頂面上。

圖7　鋼結(jié)構(gòu)施工實(shí)施流程圖

4.2汽車抬吊喂梁、小滑輪車水平移位

幕墻東北端只能在(16)交(L)～(M)處預(yù)留一小施工洞。因此應(yīng)在室外采用2臺汽車吊抬至2層5.55 m標(biāo)高,喂入施工洞,并采取小滑輪車進(jìn)行水平滑移,見圖8。

圖8　舞臺東側(cè)施工洞汽車抬吊喂梁及小滑輪車水平移位

4.3洞庫照明、圍護(hù)、安全繩

整個洞坑幾乎沒有自然采光,室內(nèi)高空作業(yè),安全危險性大。采取的措施是：增加洞庫照明,所有坑洞臨邊要采取防護(hù)措施；施工操作人員的高空安全繩應(yīng)綁拴固定在鋼網(wǎng)架下弦桿或球型節(jié)點(diǎn)上。

4.4吊裝落位

1) 專用吊裝設(shè)備安置好之后,將所需鋼梁(2根)運(yùn)至吊裝位置,焊接吊耳,保證2個吊耳距離與上部專用龍門架吊點(diǎn)距離一致,保證提升穩(wěn)定性,然后用電動葫蘆及鋼絲繩將鋼梁兩端固定,徐徐上升。待高度達(dá)到一定高度,大約為500～1 000 mm位置時,停止施工,懸空10 min,檢查專用支架和專用龍門支架和鋼絲繩有無異常情況,然后吊裝至一半高度時繼續(xù)停吊檢查,如無異常,繼續(xù)提升至所需高度。

2) 鋼架起吊至所需高度后(28.300 m),將鋼梁兩端頭小構(gòu)件安裝焊接上去,使其保證實(shí)際安裝長度。冷卻完成之后直接卸載,致此一榀鋼梁吊裝完成。

3) 單榀鋼架起吊前應(yīng)在下翼緣兩側(cè)系纜風(fēng)繩作為構(gòu)件落位前控制擺幅及位置用。

4) 構(gòu)件落位吊裝完成后及時用鋼絲繩或者電焊與預(yù)埋件焊接以確保鋼架的穩(wěn)定性。

5) 構(gòu)件落位暫時固定后對鋼架位置進(jìn)行測量找正工作，位置確定后進(jìn)行電焊連接。

其余主鋼架以此類推。主梁安裝順序圖見9。

圖9　主梁安裝順序圖圖

5　其他事項(xiàng)

5.1合金化學(xué)錨栓的種植

利用施工現(xiàn)場的腳手架,在混凝土柱上面標(biāo)注出種植合金螺桿及后置連接板位置。然后采用專業(yè)鉆孔工具在混凝土柱打孔,打孔必須參照土建鋼筋布置圖,避開主筋位置,保證主筋不被破壞。采用機(jī)械混凝土鉆孔機(jī)鉆至合金螺桿種植所必須的深度。合金螺桿直徑30 mm,鉆孔深度為270 mm,而后安裝預(yù)埋鋼板,最后進(jìn)行焊接(按設(shè)計(jì)要求留置試件,并按規(guī)定現(xiàn)場做抗拔試驗(yàn))。

5.2專用龍門支架構(gòu)造說明

1)專用龍門架柱腳用300 mm×800 mm×25 mm鋼板,并與混凝土梁處用4個化學(xué)錨栓固定。

2)專用支架所有主材全部采用HW250×250×14×14,材質(zhì)均為Q235B鋼材,焊接質(zhì)量均為二級熔透焊縫。

3)所有支架采用工廠制作,拼裝成單個框架,以確?，F(xiàn)場使用質(zhì)量要求。見圖10。

6　實(shí)施效果和結(jié)論

綜上所述,吊裝實(shí)施方案經(jīng)過了多方案比較,先

后三次組織了專題論證；實(shí)施前進(jìn)行預(yù)防預(yù)控、認(rèn)真地進(jìn)行技術(shù)交底；實(shí)施時預(yù)先進(jìn)行了試吊,提高了安全和質(zhì)量的可控性。僅僅用了35日歷天就安全順利地完成了吊裝任務(wù)。工程竣工驗(yàn)收時得到了設(shè)計(jì)方和驗(yàn)收專家的高度評價。

圖10　專用龍門架抬吊建模圖

在異常不利的工況條件下,因陋就簡、因地制宜、化整為零(一分為三),采用“專用龍門支架抬吊”的專項(xiàng)方案, 克服了許多困難,最終保質(zhì)、安全、高效地完成了舞臺柵頂鋼結(jié)構(gòu)工程吊裝任務(wù)。本工程對今后在異常工況條件下進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)吊裝提供了一個可借鑒的思路和方法。

Construction Practice of the Steel Structure Hoisting under the Abnormal Operating Conditions

ZHENG Jianrong1,NI Yifeng2,LIN Wangjian3,ZHANG Yinzhong4

2016-05-17

鄭建榮(1963—)，男，浙江江山人，高級工程師，從事建筑施工和工程項(xiàng)目管理工作。

TU758.11

B

1008-3707(2016)10-0039-05