大跨度鋼梁吊裝施工技術研究

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)濟實力的不斷增強，社會建筑技術的不斷變革及進步，人們追求建筑的經(jīng)濟型、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，建筑中庭和采光頂屋蓋成為了辦公建筑應運而生的一個產(chǎn)物，其不僅增強了建筑的空間感、設計感，同時也響應了環(huán)保、節(jié)能的理念，大跨度鋼結構和吊裝技術也從商場、廠房、場館建筑引用入普通辦公建筑中，也標志著國家建筑水平提高的重要標志[1]。

2 工程概況

本工程位于上海市閔行區(qū)虹橋商務區(qū)核心區(qū)內，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層標高32.85m處，中庭面積約1300㎡，鋼結構主梁采用變截面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、次結構、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構工程，吊裝采用機械的設備選型及機械站位、吊裝的工法工藝以及當?shù)氐牡乩憝h(huán)境為鋼結構吊裝需考量的重要部分。

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

3#樓中庭呈東西向布置，建筑西側緊鄰市政人行道，場地內除消防環(huán)通道路外，園區(qū)廣場設置有下沉庭院落于負二層底板，施工周邊場地狹小，局限性較大。

3#樓內庭采光頂主梁構建變截面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24.2m，3#樓內庭設置中心庭院坐落于負一層底板，屋面鋼結構頂面至地面約近40m。

此單項工程地理環(huán)境苛刻、場地狹小，同時鋼結構跨度大、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 吊裝設備

針對本項目鋼結構跨度大、吊裝高度高及自重大于場內塔吊負荷的情況下，外進機械設備為本項目的第一選擇，結合本項目的周邊地理環(huán)境，3#樓東側為較合理的機械可站位點。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。

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

同時為考慮減少500噸汽車吊的使用臺班數(shù)量，降低整體措施費用，項目上在西側市政路上申請了占道手續(xù)，結合現(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#樓鋼結構屋面工程整體采用500噸汽車吊、160噸汽車吊進行主次梁的安裝，期間塔吊配合次梁、檁條安裝的形式予以施工。機械布置如圖1所示。

圖1 機械場地平面布置圖

在500噸汽車吊進場拼裝之前，需對場地內吊機行徑道路及站位進行荷載驗算，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，混凝土強度等級為C35，經(jīng)驗算分析，行徑滿足荷載要求，對吊機支腿反力處采用加強措施，利用支腿梁下方增設@500*9的鋼管支撐，同時地面敷設路基箱抬高，再在路基箱擱置混凝土梁時墊以30mm鋼板墊高，轉換梁通過兩塊鋼墊板進行焊接連接來降低其集中荷載值。（見圖2）

圖2 500噸汽車吊支腿加強布置圖

整體吊裝構件順序依次為鋼柱→主梁→次梁→連接桿件，由近及遠進行吊裝。500噸汽車吊白天吊裝，160噸汽車吊為減少占道時間進行夜間占道吊裝，塔吊最后進行剩余次梁及桿件的吊裝；使用場內汽車吊吊裝期間，為避免碰撞及干擾，禁止塔吊的使用。機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

鋼結構的吊裝需配備相應的吊索具，構件吊索根據(jù)吊點受力，并乘上對應鋼絲繩安全系數(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置橡膠墊保護，并在橡膠墊外再擱置木條頂緊以防止吊點進行移動。

5.2 鋼梁的安裝

鋼梁吊裝前，需對鋼梁及構件的編號、長度、截面、螺栓位置及直徑，節(jié)點板的表面質量，高強度螺栓連接處的摩擦面質量進行全數(shù)查驗，并對鋼梁的定位軸線、標高予以復核，對摩擦面上的浮銹需使用鋼絲刷進行表面清理，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，先進行試吊，避免吊點中心予以偏位。

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

當遇構件間因厚度偏差或制作誤差導致接觸面產(chǎn)生間隙的情況，在構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，相關襯板的規(guī)格材質及其處理方式同原構件。

5.3 高強螺栓安裝

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

高強度螺栓連接副使用前應進行復試實驗，并應現(xiàn)場隨機取樣。高強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，需達到螺栓終擰設計值的50～80%，第二次為終擰達到設計值，采用扭力扳手終擰，梅花頭掉落意味著完成終擰，當天安裝的高強螺栓應當天終擰完成。

當高強螺栓對孔有誤差時，該孔應使用鉸刀進行調整，嚴禁氣割擴孔，調整后的最大孔徑應小于1.2倍的螺栓直徑，修孔時，為了防止鐵屑落入板迭縫中，調整前應將周邊的螺栓予以擰緊，讓板迭緊密貼合后再施工。當終擰完成后，應使用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、漏擰情況應進行補擰，超擰應進行更換，并對終擰合格的做好標記，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，對不同強度的鋼材焊接時，可采用與低強度鋼材相適應的焊接材料，直接受動載使用厚板進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間的施焊應進行工藝評定，并且需要注意的是，構件不得在受力情況下進行焊接。

構件施焊前需做好充分的焊前準備工作，包括焊前的預熱、焊接防護棚操作平臺的搭設及焊接設備的電流、電壓、焊條的烘培均需達到工藝評定要求。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，達到焊縫長度要進行短時間的回焊，避免出現(xiàn)氣孔、未熔透、燒穿及咬邊等現(xiàn)象，降低焊接質量。

6 施工質量控制措施

6.1 鋼結構制作

根據(jù)《鋼結構工程施工質量及驗收規(guī)范》（GB50205-2020）、《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2017)等國家規(guī)范嚴格控制本工程鋼結構加工生產(chǎn)工藝及質量標準。

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

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

6.2 鋼結構安裝

鋼結構吊裝需在現(xiàn)場所有準備工作完成、技術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，正式進入鋼結構吊裝作業(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，需對整體框架進行坐標測量、校正，復核圖紙要求，誤差在設計允許范圍內，方可進行下一個區(qū)域的安裝。

鋼結構安裝需嚴格控制高強螺栓連接及焊接質量的控制，進場材料需分類儲放保管及使用，并進行檢查及復試工作。高強度螺栓連接副施工前需檢查鋼結構的連接接頭、復驗摩擦面的抗滑移系數(shù)，滿足要求后方可施工高強度螺栓。其安裝過程中應可自由穿入孔內，待終擰后，螺栓絲扣外露應小于3扣，1扣及4扣數(shù)量應控制在10%內，并對節(jié)點進行檢查，檢查結果需滿足GB50205規(guī)范及設計要求。

鋼結構焊接應嚴格按照焊接工藝卡規(guī)定的工藝參數(shù)進行焊接，應盡可能將構件焊接工廠化，減少現(xiàn)場焊接焊縫的數(shù)量，針對定位焊應不得有咬肉現(xiàn)象，如有咬肉必須先行補焊；打底焊需按每段600mm分段退焊，確保焊縫根部予以焊透；填充焊應緊跟打底焊進行，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熱溫度；蓋面焊的焊接電流應適當調小，并隨時調節(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。

7 結論

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