大型鋼結(jié)構(gòu)換柱滑移安裝施工技術(shù)
——基于高空特殊環(huán)境

邱志章

(福建省閩南建筑工程有限公司 福建泉州 362100)

大型鋼結(jié)構(gòu)換柱滑移安裝施工技術(shù)
——基于高空特殊環(huán)境

邱志章

(福建省閩南建筑工程有限公司 福建泉州 362100)

結(jié)合工程實(shí)際情況，總結(jié)了一套高空特殊環(huán)境大型鋼結(jié)構(gòu)滑移換柱安裝施工技術(shù)。文章著重介紹了其工藝操作要點(diǎn)及質(zhì)量控制措施。實(shí)踐證明采用技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、高效環(huán)保的“高空定點(diǎn)拼裝、累積滑移、整體卸載落位、換柱”等施工技術(shù),完全可以完成大跨度鋼屋蓋結(jié)構(gòu)安裝。

大型鋼結(jié)構(gòu)；復(fù)雜環(huán)境；換柱滑移；整體落位

0 引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的又一次騰飛，各地大型建筑紛紛拔地而起，特別是大型的商場、展覽城等大型的建筑。為了滿足內(nèi)部采光的要求，一些大型的建筑內(nèi)部均設(shè)置一些超大型采光井,這就給一些大跨度、大空間鋼結(jié)構(gòu)工程施工提出更高的要求。建筑物內(nèi)中庭不能進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的吊裝，且在高空屋面不等標(biāo)高的等特殊環(huán)境下，如何解決復(fù)雜環(huán)境下高空大跨度鋼結(jié)構(gòu)整體拼裝、單層鋼結(jié)構(gòu)整體滑移、鋼結(jié)構(gòu)整體卸載就位、換柱滑移，提出了更高的要求。

基此，本文擬以石獅某工程項(xiàng)目為案例，著重介紹在高空特殊環(huán)境下大型鋼結(jié)構(gòu)換柱滑移安裝施工技術(shù)工藝操作要領(lǐng)及其質(zhì)量控制措施，為類似項(xiàng)目施工提供參考。

1 工程概況

石獅某項(xiàng)目位于石獅市靈秀鎮(zhèn)，是一組集專業(yè)商業(yè)市場和綜合辦公塔樓為一體的大型建筑群體，由商業(yè)A區(qū)、商業(yè)B區(qū)、辦公2#樓組成，總建筑面積約33萬m2，工程總造價(jià)6.138億元。工程商業(yè)A區(qū)大中庭屋面設(shè)計(jì)為大跨度鋼結(jié)構(gòu)彩光天棚，結(jié)構(gòu)形式采用弧形鋼梁、型鋼柱拼裝而成。橫向?yàn)閱慰?，跨?2.8m，鋼架總重224.2t，屋面結(jié)構(gòu)標(biāo)高22.690m，鋼屋架東北側(cè)第一個(gè)縱跨設(shè)計(jì)支撐于出屋面電梯間兩根現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱上，其余支撐均為矩型鋼柱。由于施工場地條件限制，該鋼結(jié)構(gòu)屋架無法進(jìn)行機(jī)械吊裝，而采用了累積拼裝滑移施工技術(shù)進(jìn)行施工。該項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)屋架三維效果如圖1所示。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)屋架三維效果圖

2 工藝原理

選擇交通方便、場地平整的一端作為固定的吊裝場地，首先將鋼結(jié)構(gòu)吊裝至屋面，在屋面一端作業(yè)平臺進(jìn)行分段(采用2榀屋架帶鋼柱組合成一個(gè)單元)拼裝、起吊，然后吊裝至滑移軌道上，利用導(dǎo)軌通過固定點(diǎn)將整品屋架依次向前滑移一榀的距離，再接著連接第三榀屋架，再向前滑移，先遠(yuǎn)后近，反復(fù)進(jìn)行，至所有屋架到指定位置。對于局部不等標(biāo)高的位置進(jìn)行重新增設(shè)臨時(shí)轉(zhuǎn)換鋼柱進(jìn)行繼續(xù)滑移，整體繼續(xù)滑移到最終位置。最后通過液壓千斤頂整體提升，卸掉導(dǎo)軌后，固定安裝。

3 操作要點(diǎn)

3.1 施工準(zhǔn)備

(1)認(rèn)真熟悉圖紙，尤其是鋼構(gòu)件節(jié)點(diǎn)圖。根據(jù)平面圖標(biāo)注所示及結(jié)合構(gòu)件節(jié)點(diǎn)詳圖，對每一根鋼構(gòu)件截面尺寸、規(guī)格進(jìn)行細(xì)化，繪制鋼構(gòu)件細(xì)化圖紙，確定各相關(guān)資源需要量及結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況確定施工方案。

(2)為了保證鋼結(jié)構(gòu)吊裝的安全和質(zhì)量，按設(shè)計(jì)資料和施工方案，進(jìn)行施工技術(shù)交底和工人上崗操作培訓(xùn)。

(3)鋼結(jié)構(gòu)吊裝前認(rèn)真收集各建筑結(jié)構(gòu)書面的水準(zhǔn)控制點(diǎn)、結(jié)構(gòu)梁上預(yù)埋件、柱腳螺栓的準(zhǔn)確標(biāo)高和建筑結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)之間的軸線測量情況的相關(guān)資料。

(4)吊裝前仔細(xì)檢查索具、工具是否齊全，符合安全要求。所有鋼架編號，控制線是否齊全。安全設(shè)施是否齊備，道路是否平整，起重設(shè)備是否完好。鋼構(gòu)拼裝檢驗(yàn)批，報(bào)驗(yàn)、驗(yàn)收合格。 混凝土主體結(jié)構(gòu)全部施工結(jié)束，并有工序交接資料。

(5)對關(guān)鍵控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核后，及時(shí)在鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋件安裝位置畫線，并在鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋安裝部位設(shè)置焊接定位角鋼。做到標(biāo)記齊全，位置準(zhǔn)確、色澤鮮明。畫出鋼斜柱及鋼柱支座底板的中心線，位置準(zhǔn)確并在支座底板范圍外面中心線用紅漆畫三角型記號。

(6)為了保證屋面的安全，將滑移過程的荷載進(jìn)行組合，并對混凝土柱、梁進(jìn)行驗(yàn)算，不能滿足時(shí)立即進(jìn)行加固。

3.2 滑移軌道鋪設(shè)

軌道設(shè)置如圖2所示。

圖2 軌道設(shè)置圖

(1)沿框架柱上的框架梁頂設(shè)置兩條滑移軌道，滑移軌道中心線應(yīng)與下部混凝土平臺大梁軸線重合，采用300mm×300mm×12mm鋼方管作為支撐軌道。

(2)滑移軌道采用500mm×500mm×20mm鋼墊片，與主體結(jié)構(gòu)連接固定采用Ф30螺栓，植入深度20倍直徑，鋼墊片盡量安排每根軌道的端部及框架柱位置下，并利用鋼墊片調(diào)節(jié)導(dǎo)軌的水平度；保證軌道與主體結(jié)構(gòu)連接牢固，可靠。軌道梁下表面與平臺大梁上表面間的間隙采用枕木墊實(shí)。

(3)軌道與軌道的連接采用焊接，并要求保證焊接牢固、平直。用水平儀對兩導(dǎo)軌面找平，使其平行在同一水平面上。

(4)不同平面上的軌道安裝時(shí)確實(shí)保證上、下軌道在同一軸線上。

(5)導(dǎo)軌安裝完成后再次認(rèn)真復(fù)核導(dǎo)軌的軸線位置、平整度。

3.3 鋼構(gòu)件的吊運(yùn)

(1)主梁因長度大不能滿足運(yùn)輸條件，采取工廠分段加工，整體預(yù)拼裝后分段出廠。

(2)按照安裝流水順序由中轉(zhuǎn)堆場配套運(yùn)入現(xiàn)場的鋼構(gòu)件，利用現(xiàn)場的裝卸機(jī)械盡量將其就位到安裝機(jī)械的回轉(zhuǎn)半徑內(nèi)，并遵循“重近輕遠(yuǎn)”的原則。鋼柱和鋼屋架等大件放置，依據(jù)吊裝工藝作平面布置設(shè)計(jì)，避免在場二次倒運(yùn)困難。鋼梁、支撐等可按吊時(shí)順序配套供應(yīng)準(zhǔn)放。

(3)吊運(yùn)時(shí)軟材料保護(hù)好鋼構(gòu)件，不能破壞油漆面。

(4)鋼柱、梁下設(shè)置枕木。

3.4 鋼結(jié)構(gòu)的拼裝

(1)鋼結(jié)構(gòu)的散件運(yùn)到現(xiàn)場后，將其分批吊裝至屋面的作業(yè)平臺上進(jìn)行整體組裝。

(2)鋼柱吊裝前將滑板按柱位間距安裝并鎖定在滑槽內(nèi)，柱吊裝到位后將柱底板用螺栓聯(lián)結(jié)在滑板上，柱垂直度調(diào)整好后設(shè)立臨時(shí)支撐,每根柱設(shè)4根Ф48鋼管,每根3m,作為鋼柱臨時(shí)支撐(臨時(shí)支撐固定點(diǎn)在澆筑屋面砼時(shí)預(yù)埋鐵件或螺栓)。將鋼柱的平面位置、標(biāo)高、垂直度等進(jìn)行校正，使其符合施工驗(yàn)收規(guī)范和滑移對鋼柱精度的要求。第二榀鋼柱的吊裝同上。完成后吊裝橫梁。

(3)弧形梁吊裝就位后，調(diào)整垂直度設(shè)置臨時(shí)固定點(diǎn)，臨時(shí)固定點(diǎn)設(shè)置在離梁兩端1/3處采用Ф48mm×3.5mm鋼管斜撐在屋面梁上臨時(shí)固定,臨時(shí)固定預(yù)防鋼構(gòu)件側(cè)翻(臨時(shí)固定點(diǎn)可在澆筑屋面砼時(shí)預(yù)埋鐵件,與鋼管進(jìn)行焊接)。

(4)按上述順序安裝對稱的鋼柱、鋼梁。

(5)鋼梁吊裝采用專用吊具，兩點(diǎn)綁扎吊裝。吊升中必須保證使鋼梁保持水平狀態(tài)。在安裝柱與柱之間的主梁時(shí)，測量即時(shí)跟蹤校正柱與柱之間的距離，并預(yù)留安裝余量，特別是節(jié)點(diǎn)焊接收縮量，確保達(dá)到控制變形，減小或消除附加應(yīng)力的目的。

(6)梁與柱節(jié)點(diǎn)的連接，原則上對稱施工，互相協(xié)調(diào)。

(7)最后安裝剪刀撐及檁條，使其形成穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)，完成了一個(gè)單位的拼裝。柱、梁臨時(shí)支撐必須在整節(jié)構(gòu)件安裝完成后拆除，對個(gè)別位置油漆破壞及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)漆，補(bǔ)漆采用人工補(bǔ)涂刷。

按上述順序安裝第二單元，直到全部鋼屋架拼裝滑移到位。

3.5 鋼結(jié)構(gòu)累積整體滑移

(1)鋼結(jié)構(gòu)完成兩節(jié)(三榀)屋架的組裝后，可以開始進(jìn)行滑移。對于鋼結(jié)構(gòu)采用累積滑移的安裝工藝，自西向東方向進(jìn)行滑移安裝，每滑移一榀再安裝一榀。

(2)在屋面結(jié)構(gòu)梁上設(shè)置方鋼滑軌，在滑軌上分段拼裝鋼屋架，通過在屋架鋼柱下設(shè)置滑板(CRM履帶式重物移運(yùn)器)，實(shí)現(xiàn)鋼屋架滑移。

滑板規(guī)格選型，則根據(jù)鋼屋架總重量計(jì)算單根鋼柱最大集中應(yīng)力確定?；寰又胁贾迷诨壟c鋼柱之間，并保持平直。

在滑移過程中，安排專人實(shí)時(shí)觀察各個(gè)鋼柱下滑板的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)滑板偏離滑軌或角度不正時(shí)，立即停滑，將鋼柱用千斤頂頂起，調(diào)正滑板位置。

(3)鋼結(jié)構(gòu)滑移最大牽引力通過計(jì)算確定。根據(jù)牽引力大小，進(jìn)行手動(dòng)葫蘆及牽引支座選型。牽引支座采用鋼板(鋼板規(guī)格大小及焊縫長度經(jīng)計(jì)算確定)焊接在滑移軌道正前方。

(4)滑移牽引工具采用手動(dòng)葫蘆。葫蘆后方掛在牽引支座上，前方鉤住屋架鋼柱下部節(jié)點(diǎn)，手動(dòng)葫蘆鐵鏈不夠長可采用鋼絲繩接長。通過收緊手動(dòng)葫蘆鏈條拉動(dòng)屋架滑行。

(5)在兩側(cè)滑移軌道上設(shè)置統(tǒng)一刻度標(biāo)尺，每50mm為一個(gè)小刻度，每1m為一大刻度，同時(shí)，軌道上標(biāo)注屋架鋼柱軸線位置。鋼屋架牽引滑移，由專人指揮，兩側(cè)滑軌同步進(jìn)行滑移，并安排專人同步監(jiān)測兩側(cè)滑移行進(jìn)距離及滑移速度是否一致。

(6)當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)滑移過程中出現(xiàn)偏移時(shí)，采用邊滑移邊糾偏的方法，偏移大的一端先滑移一定距離后?；?，偏移小的一端再滑移。依此重復(fù)數(shù)次，直到恢復(fù)正?；啤?/p>

(7)鋼結(jié)構(gòu)滑移到位后，在滑板的前后采用鋼楔臨時(shí)定位。

3.6 不同平面(高低跨屋面)頂梁換柱

針對不同標(biāo)高(如不上人屋面的標(biāo)高為25.74與上人屋面標(biāo)高為22.69不一致時(shí))致使滑移受阻時(shí)，采取累積滑移至高低跨交界處，設(shè)置臨時(shí)支撐柱頂梁換柱的方法，使滑移工作繼續(xù)進(jìn)行。換柱滑移施工過程如圖3所示，具體方法步驟如下：

圖3 換柱滑移施工過程示意圖

(1)當(dāng)鋼屋架整體滑移至高低跨屋面交界處時(shí)，在第一榀鋼構(gòu)架柱頭600mm位置處加設(shè)鋼柱截面300mm×300mm×40mm作為頂梁臨時(shí)支撐柱1下設(shè)滑板，同時(shí)在柱中部增加水平連系梁及剪刀撐,以增強(qiáng)換柱后整體屋架的剛度。

(2)頂梁臨時(shí)支撐柱制作應(yīng)準(zhǔn)確，不得有正偏差。出現(xiàn)負(fù)偏差時(shí)采用鋼楔形進(jìn)行調(diào)整，較大時(shí)應(yīng)加設(shè)鋼板。在鋼梁上方翼緣的兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)吊環(huán)點(diǎn)位，2個(gè)吊環(huán)焊接完成后并冷卻達(dá)到強(qiáng)度后，在其上各設(shè)置1個(gè)手拉葫蘆，進(jìn)行頂梁臨時(shí)支撐柱的吊裝。在第一榀原鋼柱上焊接臨時(shí)支撐牛腿，在鋼柱兩側(cè)設(shè)置2個(gè)液壓千斤頂，將結(jié)構(gòu)頂起脫離支撐軌道，將滑板固定在頂梁臨時(shí)支撐柱1下，頂梁臨時(shí)支撐柱1就位，再次復(fù)核臨時(shí)支撐柱1的軸線位置、垂直度、平整度，焊接完成后撤掉千斤頂，使頂梁臨時(shí)支撐柱完全受力。

(3)切割原鋼柱1，并繼續(xù)滑移至上層軌道500mm范圍內(nèi)，在柱頭位置下設(shè)置滑板。為了控制柱頭的能直接受力在上層軌道，鋼柱切割應(yīng)控制好鋼柱的尺寸，不應(yīng)有正偏差，可以有負(fù)偏差。誤差較大時(shí)在鋼短柱下設(shè)置鋼板及鋼楔使其完全受力。完成支撐結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換后，切割頂梁臨時(shí)支撐柱1并繼續(xù)滑移。

(4)繼續(xù)滑移至第2榀鋼屋架時(shí)，再一次增設(shè)頂梁臨時(shí)支撐柱2，同樣頂梁臨時(shí)支撐柱中部增加水平連系梁及剪刀撐。切割第2榀原鋼柱2，繼續(xù)滑移，完成支撐結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換后，切割頂梁臨時(shí)支撐柱2，繼續(xù)滑移到位。按上述順序循環(huán)進(jìn)行，直到全部鋼屋架滑移就位。

3.7 鋼結(jié)構(gòu)整體卸載、就位

(1)滑移到位后，在每個(gè)鋼柱下部設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)卸載點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)卸載點(diǎn)設(shè)置在原混凝土結(jié)構(gòu)主梁上，嚴(yán)禁放置在屋面板上，在卸載點(diǎn)的鋼柱上做牛腿，用銷軸將支撐牛腿與鋼柱連接，油缸頂升時(shí)作為支撐點(diǎn)。每個(gè)卸載點(diǎn)設(shè)置2臺20t液壓千斤頂。

(2)在卸載點(diǎn)的兩側(cè)各布置一臺20t的卸載千斤頂。千斤頂頂升將鋼柱及支撐結(jié)構(gòu)脫離軌道面25mm。具體的卸載步驟說明如下：

①卸載油缸伸缸程150mm，鋼柱脫離軌道面350mm，拆除鋼柱下滑板。

②第一次卸載150mm(支撐結(jié)構(gòu)標(biāo)高從500mm降低到350mm)，將鋼柱支撐梁脫離滑板面20mm，卸載油缸縮缸150mm，鋼柱支撐梁結(jié)構(gòu)支撐在墊塊上。拆除卸載油缸下第一塊墊塊150mm，卸載油缸伸缸150mm。

③第二次卸載150mm(支撐結(jié)構(gòu)標(biāo)高從350mm降低到200mm)：將鋼柱支撐梁脫離20#槽鋼面20mm，拆除鋼柱支撐梁下拆除20#槽鋼，卸載油缸縮缸150mm，鋼柱支撐梁結(jié)構(gòu)支撐在300×300×12方鋼上，鋼柱柱底板螺栓孔應(yīng)與原混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)埋螺栓就位準(zhǔn)確，確保第三卸載順利完成。

④第三次卸載200mm(支撐結(jié)構(gòu)標(biāo)高從200mm降低到0mm)：將鋼柱支撐梁脫離300mm×300mm×12mm方鋼面20mm，卸載油縮缸200mm，拆除鋼柱支撐梁下300×mm300mm×12mm方鋼及500mm×500mm×20mm鋼墊片，鋼柱支撐梁結(jié)構(gòu)支撐在原混凝土結(jié)構(gòu)上。

(3)油缸縮缸，完成受力體系的轉(zhuǎn)換。取走預(yù)留的軌道部分，切掉鋼柱底部的支撐結(jié)構(gòu)。隨后拆除下部滑移軌道等滑移設(shè)施。鋼柱下部墊好墊板，做好卸載前的準(zhǔn)備。

(4)取走卸載油缸，將牛腿切除，完成卸載。

3.8 焊接或螺栓連接

(1)整體滑移到位并降至設(shè)計(jì)安裝標(biāo)高后，開始調(diào)整標(biāo)高后進(jìn)行連接。

(2)一個(gè)接頭上的高強(qiáng)度螺栓，應(yīng)從螺栓群中部開始安裝，逐個(gè)擰緊。初擰、復(fù)擰、終擰都注意從螺栓群中部開始向四周擴(kuò)展逐個(gè)擰緊，每擰一遍應(yīng)用不同顏色的油漆做上標(biāo)志，防止漏擰。

(3)接頭如有高強(qiáng)度螺栓連接又有電焊連接時(shí)，按先緊固后焊接的施工工藝順序進(jìn)行，先終擰完高強(qiáng)度螺栓再焊接焊縫。

(4)高強(qiáng)度螺栓的緊固順序從剛度大的部位向不受約束的自由端進(jìn)行，同一節(jié)點(diǎn)內(nèi)從中間向四周，以使板間密貼。

(5)柱底板下預(yù)留的空隙，可能用高強(qiáng)度、微膨脹、無收縮砂漿以捻漿法填實(shí)。

3.9 鋼屋架的驗(yàn)收

整體屋架施工完成后，由監(jiān)理單位組織施工總承包單位、分包單位等進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后進(jìn)入下道工序的施工。

4 質(zhì)量要求

(1)滑道安裝要求如下：滑道中心線與軌道梁中心線偏移度控制在3mm以內(nèi)；滑道的接頭高差不大于1mm；同跨軌道水平投影軌距偏差控制在10mm之內(nèi)。

(2)滑移軌道在整個(gè)鋼骨架累積滑移過程中起到承重、導(dǎo)向和橫向限制支座水平位移的作用。滑移軌道對應(yīng)于平臺大梁的中心線設(shè)置。

(3)鋼柱吊裝就位后，經(jīng)檢測符合要求后，再進(jìn)行固定,形成空間剛度單元。在吊裝作業(yè)時(shí)，當(dāng)天能完成安裝構(gòu)件都及時(shí)形成穩(wěn)定的空間體系。

(4)滑移統(tǒng)一指揮，兩條滑行軌道設(shè)專人監(jiān)測滑行情況，并隨時(shí)將監(jiān)測結(jié)果反饋給指揮人員。

(5)滑移過程觀測：觀測滑移同步情況(通過預(yù)先在兩條軌道上所標(biāo)出的刻度來隨時(shí)測量復(fù)核每個(gè)支座滑移的同步性)。支座與軌道卡位狀況，以及鐵滑龜夾緊裝置與軌道夾緊狀況。

工程效果圖如圖4所示。

圖4 工程效果圖

5 結(jié)語

本文通過對在高空復(fù)雜環(huán)境對不等標(biāo)高平面上鋼結(jié)構(gòu)滑移換柱的技術(shù)難題進(jìn)行攻關(guān)，闡述了高空復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)滑移換柱安裝工藝原理、施工方法、質(zhì)量控制措施。該方法應(yīng)用于石獅國際輕紡城物流交易中心等工程，較目前傳統(tǒng)的施工方法具有安全性、可靠性、先進(jìn)性。通過對這一項(xiàng)施工技術(shù)的深入研究，作者于2017年2月完成了企業(yè)施工工法，目前正進(jìn)行省級工法的申報(bào)。本施工方法的成功應(yīng)用，為擬建類似項(xiàng)目提供重要參考依據(jù)，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

Large steel structure column sliding installation technology ——Based on special high altitude environment

QIUZhizhang

(FuJian Minnan construction enginering Co.,Ltd,Quanzhou 362100)

According to the actual situation of the project, summed up a set of special space special environment of large high altitude steel structure sliding column installation and construction technology, and introduces the operation points and quality control measures. Practice has proved that the technology of advanced, safe, reliable, high efficiency and environmental protection, such as the construction of the high altitude fixed point, the cumulative slip, the overall unloading fall, change the column, and other construction technology, completed the installation of large span steel roof structure.

Large steel structure；Complex environment；Column replacement；Global fall

邱志章(1971.6- )男，高級工程師，國家一級注冊建造師。

E-mail:287074844@qq.com

2017-04-24

TU391

A

1004-6135(2017)09-0049-05