繁忙主干道高架車站雨棚鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究

李君祥

摘要：隨著國內(nèi)建筑市場的蓬勃發(fā)展，建筑領(lǐng)域中鋼結(jié)構(gòu)形式以其特殊的優(yōu)越性能備受青睞，傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)形式無法實(shí)現(xiàn)的外觀造型因鋼結(jié)構(gòu)形式的出現(xiàn)得以擴(kuò)充，越來越多的建筑結(jié)構(gòu)采用鋼混結(jié)合的形式呈現(xiàn)；受客觀施工條件的影響，往往在下部結(jié)構(gòu)施工完成后，鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)施工受約束非常大，作業(yè)空間極其有限，如何克服相關(guān)問題成為鋼混結(jié)構(gòu)施工有效銜接的關(guān)鍵卡控點(diǎn)，也是各相關(guān)企業(yè)攻關(guān)研究的方向；筆者作為越南河內(nèi)城市軌道建設(shè)項(xiàng)目參建者，通過對該項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)的研究，同時自行研制便攜式快速對接胎具，對“皇冠”式鋼結(jié)構(gòu)雨棚進(jìn)行高位分段安裝作業(yè)，有效解決了臨近繁忙公路運(yùn)營干線、安全風(fēng)險等級高、作業(yè)時間有限等施工難題，降低了安全風(fēng)險、縮短了安裝周期、經(jīng)濟(jì)效益顯著，在鋼混結(jié)合的建筑鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中具有較強(qiáng)的實(shí)用性和指導(dǎo)意義。

Abstract： With the rapid development of the construction market in China， steel structure is favored with its special superior performance. The appearance that traditional concrete structure forms can not achieve is expanded because of the emergence of steel structure. More and more building structures adopt steel-concrete combined form. Affected by objective construction conditions， after the lower structure construction is completed， steel structure construction is very limited and the working space is extremely limited. How to overcome the relevant problems become the key point of the effective connection of steel and concrete structure construction， and also the direction of the research of relevant company. As one of the participants of Vietnam Hanoi City Railway construction project， through the research on the construction technology of the steel structure， the author developed a portable fast docking tire for high-level installation operation of "Crown" steel structure canopy， effectively solving the construction difficulties including adjacent busy road， high security risk level， limited operating time and so on， thus reducing security risks， shortening the installation cycle， and achieving significant economic benefits， which has a strong practical and guiding significance in the steel-concrete structure construction.

關(guān)鍵詞：繁忙干道；高架車站；鋼結(jié)構(gòu)；安裝工藝；措施

Key words： busy trunk road；elevated station；steel structure；installation process

中圖分類號：TU758.11 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）20-0084-03

0 引言

隨著國內(nèi)建筑市場的蓬勃發(fā)展，建筑領(lǐng)域中鋼結(jié)構(gòu)形式以其特殊的優(yōu)越性能備受青睞，傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)形式無法實(shí)現(xiàn)的外觀造型因鋼結(jié)構(gòu)形式的出現(xiàn)得以擴(kuò)充，越來越多的建筑結(jié)構(gòu)采用鋼混結(jié)合的形式呈現(xiàn)，本人作為越南河內(nèi)城市軌道建設(shè)項(xiàng)目參建者，通過對該項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)的研究，同時自行研制便攜式快速對接胎具，對“皇冠”式鋼結(jié)構(gòu)雨棚進(jìn)行高位分段安裝作業(yè)，有效解決了臨近繁忙公路運(yùn)營干線、安全風(fēng)險等級高、作業(yè)時間有限等施工難題，希望在鋼混結(jié)合的建筑鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中提供借鑒和參考。

1 工藝原理

施工作業(yè)時，采用作用力直線有效傳遞的原理，以下部混凝土穩(wěn)定結(jié)構(gòu)作為上部結(jié)構(gòu)施工載荷的承重基礎(chǔ)，通過增加受力面積、限定多個受力點(diǎn)等措施，確保上部施工載荷有效作用于下部結(jié)構(gòu)的主受力構(gòu)件上，利于載荷的合理傳遞，滿足整體結(jié)構(gòu)受力要求；上部結(jié)構(gòu)安裝完成后，將鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行鉸接固定，將結(jié)構(gòu)受力傳遞至混凝土墩上，完成結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換，形成整體空間體系，大型機(jī)械上站臺安裝施工，縮減了相對吊裝高度，減小了吊裝作業(yè)半徑，降低了施工機(jī)械的規(guī)格。同時消除了施工場地對機(jī)械站位的影響，創(chuàng)造了連續(xù)作業(yè)條件，提高了工效。作業(yè)前要對既有環(huán)境條件全面考慮，合理優(yōu)化吊機(jī)選擇和施工站位，確保施工機(jī)械滿足既有混凝土結(jié)構(gòu)承載力要求。

2 工藝特點(diǎn)

2.1 可操作性：主要體現(xiàn)有三點(diǎn)，一是下部結(jié)構(gòu)在混凝土澆注和預(yù)應(yīng)力施加完成后，滿足承載鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)施工所需的載荷要求；二是上部結(jié)構(gòu)安裝采用常規(guī)起重設(shè)備進(jìn)行作業(yè)，該作業(yè)方式在以往的鋼結(jié)構(gòu)施工中得以成功的應(yīng)用；三是對既有建筑的影響小，滿足繁忙干線的通行要求。

2.2 安全性：構(gòu)件安裝前對上部載荷進(jìn)行合理計(jì)算，對作業(yè)半徑、支腿的承載力進(jìn)行分析，并對下部結(jié)構(gòu)的受力狀況進(jìn)行模擬計(jì)算，其受力體系科學(xué)合理，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；實(shí)踐過程中對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，有效保證了施工過程的安全可控。

2.3 經(jīng)濟(jì)性：該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鋼混結(jié)構(gòu)形式施工的有效銜接，對縮短施工工期、全線貫通起到關(guān)鍵性作用；避免了對繁忙公路的行車造成干擾。因此該技術(shù)不僅大大縮短了施工工期并且降低了安全施工成本。

3 流程及要點(diǎn)

3.1 工藝流程

方案確定→工況模擬→實(shí)施準(zhǔn)備→吊機(jī)上站房→鋼結(jié)構(gòu)安裝→吊機(jī)下站房。

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 總體施工方案

根據(jù)前期現(xiàn)場調(diào)查及施工圖紙深化，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)空間極其有限，吊車在橋下施工，需要對交通繁忙的主干道進(jìn)行交通導(dǎo)改，安全壓力大，施工效率低下，更需要大噸位吊機(jī)施工，但在站房兩側(cè)順線路方向各有一孔軌道梁未架設(shè)，滿足少量構(gòu)件儲存及吊裝作業(yè)條件要求，通過反復(fù)研究，筆者確定單位采用構(gòu)件工廠制作，汽車運(yùn)輸至現(xiàn)場吊車上橋進(jìn)行安裝的施工方法，即采用120t將25t吊機(jī)吊裝上站房，75t吊機(jī)將構(gòu)件吊送上站房，25t吊機(jī)站房上進(jìn)行接力吊裝作業(yè)的總體施工實(shí)施方案；25t吊機(jī)站房上的運(yùn)行及支腿位置均在主受力混凝土梁上。

3.2.2 構(gòu)件分段

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式，綜合考慮吊裝性能參數(shù)、下部混凝土梁的承重要求及設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)受力意圖，將此項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理分段，分三段進(jìn)行現(xiàn)場安裝，分段后構(gòu)件長度小于17m，重量小于7.8t。

3.3 工況模擬

利用BIM技術(shù)結(jié)構(gòu)建模軟件（Tekla）進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)整體建模及現(xiàn)場安裝工況模型的建立，通過施工模擬軟件（Navisworks）進(jìn)行安裝全過程模擬，用以指導(dǎo)施工方案的制定和碰撞檢查；采用結(jié)構(gòu)受力軟件（SAP2000）計(jì)算模擬施工中各工況結(jié)構(gòu)受力情況，并對結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。

3.4 施工準(zhǔn)備

3.4.1 夾具參數(shù)設(shè)計(jì)

3.4.2 夾具設(shè)計(jì)

選用不等邊角鋼為夾具定位基準(zhǔn)，配以U型卡具，利用螺栓與下翼緣板和對接口的加勁肋固定，施工時通過水平方向和垂直方向雙向定位，從而實(shí)現(xiàn)H型鋼鋼梁高空精確對接，同時多部件組合的結(jié)構(gòu)形式，降低了單個夾具重量，確保了人員在高空的施工安全。

3.4.3 夾具的制備

通過三維模型的建立，明確夾具各部件加工尺寸，然后進(jìn)行1：1放樣仿形切割，通過焊接制作成夾具部件。每個對接口需下翼緣板定位夾具兩組，腹板定位夾具一對。單個夾具重量約15kg，符合使用要求。

鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場安裝時，鋼柱和鋼梁的連接節(jié)點(diǎn)為焊接節(jié)點(diǎn)，現(xiàn)場定位難度大，吊車不能及時摘鉤，安裝速度慢，為了滿足工期要求，通過認(rèn)真研究，結(jié)合以往實(shí)施項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化施工工藝，自行研制了便攜式快速對接胎具，可實(shí)現(xiàn)高空快速對接施工，減少空中反復(fù)測量、調(diào)整過程，提高了施工速度。

3.4.4 夾具的作用

鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場安裝時，鋼柱和鋼梁的連接節(jié)點(diǎn)為焊接節(jié)點(diǎn)，現(xiàn)場定位難度大，吊車不能及時摘鉤，安裝速度慢，為了滿足工期要求，通過認(rèn)真研究，結(jié)合以往實(shí)施項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，自行研制了便攜式快速對接胎具，可實(shí)現(xiàn)高空快速對接施工，減少空中反復(fù)測量、調(diào)整過程，提高了施工速度。

3.4.5 防護(hù)架搭設(shè)

為防止構(gòu)件安裝作業(yè)過程中高空墜物，利用型鋼、腳手架管、足腳板及密目網(wǎng)等在站臺表面鋪設(shè)防護(hù)棚架，棚架外挑3.8m，高度為5.3m，棚架挑梁與既有預(yù)埋的構(gòu)件進(jìn)行剛性連接，形成一個全封閉的作業(yè)空間。

3.4.6 軌道鋪設(shè)

根據(jù)下部混凝土結(jié)構(gòu)橫縱梁的布設(shè)位置，將25t吊車行走的路徑設(shè)置在主縱量正上方；同時為增加25t吊機(jī)在站臺層行走的受力面積，減少對混凝土梁的損傷，在行走的線路上鋪設(shè)150mm*150mm*6m的方木，方木間用鐵絲捆綁牢固，使其形成整體；同時在方木間隙處及方木上方鋪設(shè)細(xì)沙，以使其密貼；同時在軌道兩側(cè)設(shè)置車擋，防止25t自行吊車滑落。

3.4.7 支點(diǎn)位置處理

依據(jù)最優(yōu)受力狀況，結(jié)合下部結(jié)構(gòu)縱橫梁的布設(shè)位置，本工程結(jié)構(gòu)安裝時25t吊車的支腿均設(shè)置在主縱梁、橫梁或縱橫梁結(jié)合處，同時在各支點(diǎn)下方墊設(shè)1m*1m見方的鋼墊板，保證下部混凝土結(jié)構(gòu)安全。

3.5 最不利工況分析

鋼立柱安裝時，最大作業(yè)半徑：R=11m，吊裝頂面高度6m，吊臂垂直高度≥12m，額定起重量G=6.5t，考慮25t吊車重量及吊鉤、吊具、迎風(fēng)載荷等，6.5t>4.92t滿足吊裝條件。

鋼梁安裝時，最大作業(yè)半徑：R=5m，吊裝頂面高度7.8m，吊臂垂直高度≥13m，額定起重量G=16.7t，考慮25t吊車重量及吊鉤、吊具、迎風(fēng)載荷等，16.7t>9.5t滿足吊裝條件。

3.6 吊機(jī)上車站高架橋面

根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)條件，選用一臺QY120V633/27Y型汽車將25t汽車吊至站臺軌道，最大作業(yè)半徑：R=10m，吊裝頂面高度18.46m，吊臂垂直高度≥29m，額定起重量G=36t，考慮25t吊車重量及吊鉤、吊具、迎風(fēng)載荷等，36t>31.77t滿足吊裝條件。

3.7 鋼結(jié)構(gòu)安裝

鋼結(jié)構(gòu)安裝順序：根據(jù)本工程結(jié)構(gòu)形式，鋼結(jié)構(gòu)工序安裝順序?yàn)椋毫⒅惭b-立柱調(diào)整-柱間支撐安裝-鋼梁安裝焊接-系桿安裝焊接-天窗及附屬結(jié)構(gòu)安裝；總體安裝順序?yàn)椋捍?-2軸形成整體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)后，再依次向后面的軸線進(jìn)行推進(jìn)，而后將鋼立柱與混凝土墩柱間灌注自密實(shí)混凝土，使其完成體系轉(zhuǎn)換，形成整體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

3.7.1 鋼柱安裝

現(xiàn)場安裝前，依據(jù)廠內(nèi)預(yù)拼時所做標(biāo)記，將定位夾具在地面安裝到立柱接口處，并擰緊固定螺栓，減少高空作業(yè)。本項(xiàng)目鋼立柱用車站軌道上25噸汽車吊進(jìn)行安裝作業(yè)，立柱安裝需在夜間施工，并在封路條件下進(jìn)行。立柱安裝后在柱頂設(shè)纜風(fēng)繩與站臺面預(yù)埋鋼筋連接形成臨時穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

3.7.2 鋼梁安裝

鋼立柱經(jīng)復(fù)測調(diào)直，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，方可進(jìn)行鋼梁的安裝。鋼梁安裝前對接口需進(jìn)行打磨處理，保證后續(xù)焊接質(zhì)量。鋼梁安裝，采用車站軌道上25噸汽車吊進(jìn)行作業(yè)。吊車將鋼梁吊至安裝位置上方，緩慢下落，鋼梁方向通過纜風(fēng)繩在地面進(jìn)行調(diào)整。落至接口位置時，安裝人員微調(diào)鋼梁方向，放入限位內(nèi)，并緊固夾具螺栓，使鋼梁與夾具密貼，完成鋼梁的空中對接。經(jīng)測量確認(rèn)無誤后，焊接加固。

3.7.3 安裝控制

軸線控制：根據(jù)主鋼架的支撐點(diǎn)的設(shè)置，即鋼柱頂?shù)闹行妮S線來控制主鋼架的縱向定位，同時根據(jù)分段口在平面上的投影來控制鋼架的橫向定位。

標(biāo)高控制：首先在整個安裝區(qū)內(nèi)建立標(biāo)高控制網(wǎng)，將標(biāo)高引測至搭設(shè)好的臨時支架上，用鋼尺往上量測。也可以將標(biāo)高引測至胎架上用鋼尺往上量，做出空間標(biāo)高控制網(wǎng)，做好標(biāo)記，做到每個需要測量的標(biāo)高均有可引用的標(biāo)高點(diǎn)。水準(zhǔn)儀的架設(shè)，可以搭設(shè)測量平臺，也可以利用周圍建筑物進(jìn)行架設(shè)測量，具體根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況和周圍環(huán)境進(jìn)行確定。

3.7.4 現(xiàn)場焊接

所有焊工必須持有權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)可的焊工合格證書，并在有效期內(nèi)。對施焊焊工進(jìn)行上崗前考試，考試合格方可上崗，并不得超越上崗證規(guī)定的范圍進(jìn)行焊接作業(yè)。進(jìn)行超聲波和射線探傷的無損檢測工作人員，需持有有效的二級以上合格證件。焊接材料按規(guī)定烘焙，當(dāng)焊條、焊劑當(dāng)班未用完時，應(yīng)交回重新烘干，烘干后的焊條應(yīng)放在保溫桶內(nèi)備用。焊接設(shè)備應(yīng)處于完好狀態(tài)，設(shè)備管理人員對焊接設(shè)備進(jìn)行定期檢查，抽驗(yàn)焊接時的實(shí)際電流、電壓與設(shè)備上的指示是否一致。

3.7.5 夾具的拆除

鋼梁在按設(shè)計(jì)要求加固后，即可拆除。拆除時僅需人工松開夾具，分解成部件，即完成夾具的拆除作業(yè)。

3.7.6 安裝監(jiān)測

為確保鋼梁高空安裝精度的關(guān)鍵是監(jiān)測施工全過程結(jié)構(gòu)的幾何尺寸變化情況，及時測量各主要工序施工階段的動態(tài)變化數(shù)值，并與分析計(jì)算值比較，及時反饋指導(dǎo)施工。（表2）

3.8 涂裝

現(xiàn)場涂裝工序主要是最后一道面漆，膜厚60μm；其次為螺栓現(xiàn)場栓接后的涂裝處理，技術(shù)要求是高強(qiáng)螺栓栓接后的外露涂層、螺栓，涂刷特質(zhì)環(huán)氧富鋅封閉底漆1道，然后進(jìn)行相應(yīng)部位后續(xù)中間漆與面漆的涂裝處理。

3.9 吊機(jī)下車站高架橋面

25t吊車下站房與上站房吊裝工況相似，選用一臺QY120V633/27Y型汽車吊將25t汽車吊吊離站臺層，最大作業(yè)半徑：R=10m，吊裝頂面高度18.46m，吊臂垂直高度≥29m，額定起重量G=36t，考慮25t吊車重量及吊鉤、吊具、迎風(fēng)載荷等，36t>31.77t滿足吊裝條件。

4 材料與設(shè)備

鋼管、鋼板、型鋼、鋼筋、腳手架、扣件、鋼絲繩等，120t汽車吊、75t汽車吊、25t汽車吊、升降車等，焊槍、電焊機(jī)、鐵錘、倒鏈、千斤頂，水準(zhǔn)儀、全站儀、鋼卷尺、盒尺。

5 質(zhì)量控制

①該施工技術(shù)的施工驗(yàn)收質(zhì)量依據(jù)有《鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205-2001）。

②為確保鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量，在風(fēng)力達(dá)到6級時停止焊接施工。風(fēng)力達(dá)到3級時，在鋼接頭處搭建防風(fēng)罩后，方可進(jìn)行施焊。

③鋼結(jié)構(gòu)吊裝到位后，必須用千斤頂調(diào)整標(biāo)高，標(biāo)高調(diào)整到位后，必須用弧形托板墊實(shí)。鋼立柱安裝軸線允許偏差±5mm，垂直度允許偏差偏差±3mm，鋼梁軸線允許偏差±5mm，高程允許偏差±3mm。

④鋼構(gòu)件安裝時，全程通過全站儀測量標(biāo)高和軸線來精確定位構(gòu)件，測量儀器必須定期檢驗(yàn)校正以滿足要求。

⑤上崗的焊工應(yīng)按焊接種類（埋弧焊、CO2氣體保護(hù)焊）和手工電弧焊）和不同的焊接位置（平焊、立焊和仰焊）分別進(jìn)行考試?？荚嚭细癜l(fā)給合格證書。焊工須持證上崗，不得超越合格證規(guī)定的范圍進(jìn)行焊接作業(yè)。嚴(yán)禁無證上崗。

⑥焊前要熟悉有關(guān)圖紙和工藝文件，核對焊接部件，并徹底清理待焊區(qū)的鐵銹、氧化鐵皮、油污、水分等雜質(zhì)。

⑦焊接人員必須嚴(yán)格遵守焊接工藝，不得隨意變更焊接規(guī)范參數(shù)。主要焊縫焊接后，應(yīng)按規(guī)定打上焊工鋼印。

6 總結(jié)

此施工技術(shù)適用于作業(yè)條件復(fù)雜的高空鋼結(jié)構(gòu)安裝施工領(lǐng)域，應(yīng)用市場廣泛，本人作為越南河內(nèi)城市軌道建設(shè)項(xiàng)目參建者，以該項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)為例，主要研究了搭設(shè)全封閉防護(hù)棚架，形成連續(xù)作業(yè)空間，吊車上站臺安裝施工，縮減了相對吊裝高度，減小了吊裝作業(yè)半徑，降低了施工機(jī)械的規(guī)格。同時消除了施工場地對機(jī)械站位的影響，創(chuàng)造了連續(xù)作業(yè)條件，提高了工效。同時自行研制便攜式快速對接胎具，對“皇冠”式鋼結(jié)構(gòu)雨棚進(jìn)行高位分段安裝作業(yè)，有效解決了臨近繁忙公路運(yùn)營干線、安全風(fēng)險等級高、作業(yè)時間有限等施工難題，降低了安全風(fēng)險、縮短了安裝周期、經(jīng)濟(jì)效益顯著，在鋼混結(jié)合的建筑鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中具有較強(qiáng)的實(shí)用性和指導(dǎo)意義。

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