高層建筑裙房鋼結(jié)構(gòu)桁架施工技術(shù)研究

郝宇洋

（山西應(yīng)用科技學(xué)院，山西太原 030000）

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)高層建筑數(shù)量日益增加，由于鋼結(jié)構(gòu)建筑材料質(zhì)輕且安裝難度較低，所以鋼結(jié)構(gòu)建筑占據(jù)新型建筑比例較大[1]。復(fù)雜裙房鋼結(jié)構(gòu)建筑作為一種空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度較高的建筑，可以滿足人們對(duì)建筑功能及外觀建設(shè)要求，所以此類鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工技術(shù)備受行業(yè)關(guān)注[2]。目前，應(yīng)用比較多的施工技術(shù)有分塊整體吊裝法、高空散裝法、分塊分條安裝法[3，4]。其中，分塊整體吊裝法強(qiáng)調(diào)建筑施工中的焊接工藝及起吊技術(shù)，而裙房鋼結(jié)構(gòu)桁架建筑對(duì)這兩項(xiàng)施工指標(biāo)要求較高[5]。因此，本文以某高層建筑項(xiàng)目為例，探究裙房鋼結(jié)構(gòu)桁架建筑施工關(guān)鍵技術(shù)。

1 工程概況

某建筑項(xiàng)目為裙房鋼結(jié)構(gòu)建筑，分為地上和地下兩部分建筑結(jié)構(gòu)。其中，地上9 層，地下1 層。選取H型勁性柱、H 型鋼梁、箱型鋼柱作為主要施工材料，材質(zhì)均為Q345B。由于該建筑項(xiàng)目中的施工環(huán)境較為復(fù)雜，存在多處交叉作業(yè)，鋼板厚度及構(gòu)件截面比較大，需要開(kāi)展大量高空作業(yè)，對(duì)于建筑施工來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。為了盡可能提高施工質(zhì)量，該項(xiàng)目引入分塊整體吊裝法作為主要施工技術(shù)，對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用方法展開(kāi)探究。

2 裙房鋼結(jié)構(gòu)桁架建筑施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 鋼結(jié)構(gòu)桁架吊裝施工準(zhǔn)備工作

該項(xiàng)目中采用2 塔吊組合安裝鋼結(jié)構(gòu)桁架，同時(shí)開(kāi)展土建、梁、鋼結(jié)構(gòu)柱的施工任務(wù)，檢測(cè)土建是否達(dá)到設(shè)定的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，如果達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)，則統(tǒng)一安排安裝工作，并在此之前拆除外置腳手架。針對(duì)桁架吊裝施工，以“先勁性柱”作為首要施工任務(wù)，而后開(kāi)展桁架吊裝任務(wù)，沿著從上到下的順序，逐一安裝[6]。檢測(cè)軸線混凝土的強(qiáng)度如果達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，則進(jìn)入懸挑桁架安裝環(huán)節(jié)?？紤]到施工現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工面積較大，各個(gè)施工節(jié)點(diǎn)距離比較大，周圍環(huán)境較為復(fù)雜，為了提高施工安全性，配備3 組支撐胎架，為鋼結(jié)構(gòu)吊裝創(chuàng)造安全條件。其中，桁架安裝沿著從下到上的順序，完成4～5層交叉支撐及水平梁的安裝以后，在5 層處繼續(xù)安裝各個(gè)桁架之間的連梁，將此部分結(jié)構(gòu)體系作為支撐，沿著向上的方向繼續(xù)安裝5～6 層交叉支撐及水平梁，以此類推，直至完成頂層的桁架安裝施工任務(wù)。

2.2 吊裝要點(diǎn)及吊裝施工技術(shù)

關(guān)于鋼柱安裝及吊裝施工任務(wù)的執(zhí)行，在此之前需要做好準(zhǔn)備工作，即按照設(shè)定的標(biāo)高限定值，對(duì)鋼筋混凝土樓面進(jìn)行復(fù)測(cè)，經(jīng)過(guò)測(cè)試對(duì)比分析，判斷相關(guān)指標(biāo)是否滿足安裝及吊裝要求[7]。其中，涉及到的指標(biāo)包括平面封閉角、定位軸線。如果滿足要求，則確定兩項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)數(shù)值，并對(duì)鋼柱縱橫線彈墨線，在此基礎(chǔ)上安裝首層鋼柱。為了避免某個(gè)施工環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤操作對(duì)后續(xù)的施工任務(wù)執(zhí)行造成影響，該項(xiàng)目采取邊施工邊校驗(yàn)的方式，按照施工標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)各項(xiàng)施工任務(wù)是否達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)，以5mm 作為偏差界定標(biāo)準(zhǔn)。如果首層鋼柱安裝偏差超過(guò)5mm，則判斷首層安裝不合格，需要對(duì)部分安裝任務(wù)做出調(diào)整。一般情況下，采用上柱截去誤差長(zhǎng)度，或者填塞鋼板縮小誤差[8]。需要強(qiáng)調(diào)的是每一次的調(diào)整誤差控制在5mm以內(nèi)，否則調(diào)整幅度過(guò)大，容易對(duì)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接造成影響，導(dǎo)致其變得復(fù)雜化，不利于后續(xù)調(diào)整工作的開(kāi)展。從大量施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)來(lái)看，造成安裝偏差的主要原因在于鋼柱制造誤差，或者受焊接施工偏差影響，接口處產(chǎn)生收縮。所以，在焊接施工任務(wù)執(zhí)行結(jié)束后，需要采取復(fù)查。

吊裝鋼柱時(shí)，選取的吊裝吊耳位于鋼柱上端口連接板，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工狀況來(lái)看，校正吊裝，而后擰緊安裝螺栓，起到臨時(shí)固定作用。考慮到吊裝過(guò)程中的平衡問(wèn)題，選取強(qiáng)度足夠大的單繩用來(lái)吊運(yùn)，分別固定在4 個(gè)箱型柱上。另外，在鋼柱下方墊上枕木，避免起吊期間出現(xiàn)拖拉問(wèn)題，對(duì)構(gòu)件、地面造成損壞。為了保證施工質(zhì)量，安排兩人一組共同進(jìn)行吊裝，其中一人負(fù)責(zé)移動(dòng)鋼柱，另外一人在旁協(xié)助穩(wěn)固鋼柱。為了提高操作穩(wěn)定性，選取4 個(gè)以上雙夾板作為操控工具，對(duì)螺栓采取臨時(shí)固定處理。并且?jiàn)A板上側(cè)和下側(cè)的螺栓數(shù)量至少為3顆。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)桁架鋼梁施工技術(shù)

鋼梁安裝施工技術(shù)對(duì)施工準(zhǔn)備、施工工藝、施工誤差校正處理、臨時(shí)固定、焊接工藝要求較高，在施工之前需要做好準(zhǔn)備工作，全面復(fù)核各項(xiàng)施工方法及標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)檢查摩擦面上是否存在浮銹，如果存在浮銹，則刷清其表面的浮銹以后，采用栓焊連接工藝，將各個(gè)梁端節(jié)點(diǎn)連接到一起，在各個(gè)腹板位置連接螺栓，控制其連接位置，使其不伸出梁端。鋼結(jié)構(gòu)桁架鋼梁安裝流程如下：

（1）施工準(zhǔn)備。以螺栓直徑、鋼梁標(biāo)號(hào)、鋼梁定位軸線作為主要復(fù)核對(duì)象，嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)每一項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行復(fù)核。對(duì)于存在偏差的指標(biāo)，立即修改其施工參數(shù)及方法。與此同時(shí)，準(zhǔn)備好吊裝所需器具。

（2）鋼絲繩綁扎。去除摩擦面表面浮銹以后，利用鋼絲繩綁扎桁架鋼梁材料，將其按照一定順序擺放在吊裝設(shè)備上，等待起吊。

（3）吊機(jī)起吊。運(yùn)用吊機(jī)設(shè)備，將綁扎好的材料運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定位置。

（4）就位。整理現(xiàn)場(chǎng)施工材料，按照施工設(shè)計(jì)方案，安裝桁架鋼梁。

（5）臨時(shí)固定。將桁架鋼梁材料與普通螺栓一同臨時(shí)固定。

（6）校正。檢驗(yàn)當(dāng)前施工安裝現(xiàn)狀是否存在問(wèn)題，如果誤差超出了設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，則采取校正處理。

（7）高強(qiáng)螺栓連接。采用高強(qiáng)度穩(wěn)定處理，以加勁板加強(qiáng)連接處腹板。

（8）焊接。采用CO2半自動(dòng)保護(hù)焊接工藝，加固連接處。

施工期間，將鋼梁捆扎好吊裝至設(shè)定位置，而后采取沖頂定位處理，此部分材料與普通螺栓一同臨時(shí)固定，檢驗(yàn)無(wú)問(wèn)題后松鉤。為了提高鋼梁架構(gòu)穩(wěn)定性，安裝桁架期間，在其下方布設(shè)臨時(shí)支撐胎架，如圖1所示。

圖1 支撐胎架立面

其中，胎架平面規(guī)格為1.5m×1.4m，高度為26.49m，其頂部分配梁的結(jié)構(gòu)規(guī)格為H400×200×10×15。施工期間，選取型號(hào)為321貝雷架4連片，搭建胎架，以規(guī)格為H194×150×6×9 鋼支架作為支撐?？紤]到傳力梁與分配梁之間的穩(wěn)定性較為薄弱，在兩部分的連接處增設(shè)加勁板，以此加強(qiáng)連接處腹板穩(wěn)定性。其中，加勁板厚度為20mm。如圖2所示為胎架頂節(jié)施工圖。

圖2 胎架頂節(jié)施工圖

2.4 鋼結(jié)構(gòu)桁架焊接技術(shù)

該項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)桁架選取半自動(dòng)保護(hù)焊接工藝用于梁柱焊接。針對(duì)鋼梁結(jié)構(gòu)中其他焊縫的焊接，采取手工電弧焊接處理。為了保證焊接質(zhì)量，控制低氫型焊條烘干溫度范圍，最低溫度為350℃，最高溫度為380℃。焊接烘干結(jié)束后，待溫度下降至120℃時(shí)，將焊條放置保溫箱中，保持環(huán)境溫度110～120℃。去除焊縫坡口雜質(zhì)后開(kāi)始焊接，手工焊接時(shí)，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度，采取不同焊接處理措施。如果現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度不足0℃，則需要借助一些加熱設(shè)備將溫度提升至30℃以上，例如，火焰預(yù)熱裝置。如果現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速超過(guò)8m/s，則需采取一些防風(fēng)措施。施工期間，嚴(yán)格按照焊接順序完成每一個(gè)焊縫和鋼結(jié)構(gòu)桁架的焊接。

3 鋼結(jié)構(gòu)桁架施工技術(shù)應(yīng)用驗(yàn)算分析

3.1 應(yīng)用驗(yàn)算方法

選取SAP2000 軟件作為模擬仿真工具，用于仿真鋼結(jié)構(gòu)桁架建筑施工狀況，對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)的承載力進(jìn)行計(jì)算，為模型受力分析提供數(shù)據(jù)支撐，判斷當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)桁架是否發(fā)生變形，對(duì)焊接效果展開(kāi)模擬分析。按照建筑施工設(shè)計(jì)方案，構(gòu)建模擬仿真模型，而后對(duì)模型中各個(gè)參數(shù)的變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

3.2 懸挑桁架模型受力分析

按照最大自重荷載作用分析原則，計(jì)算桁架支撐胎架受力數(shù)值。模擬結(jié)果顯示，桁架支撐胎架表面承擔(dān)的荷載為688kN，平面規(guī)格為1.4m×1.3m，高度為9m。傳力梁與分配梁剛接，頂部3面拉設(shè)風(fēng)繩，計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力相關(guān)數(shù)值，作為結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形驗(yàn)算參考依據(jù)。從當(dāng)前掌握的受力狀況來(lái)看，均達(dá)到了施工標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形驗(yàn)算分析

模擬軟件統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，建筑中胎架支柱應(yīng)力最大值為0.318，該統(tǒng)計(jì)結(jié)果小于1，胎架傳力梁與分配量應(yīng)力比最大值為0.424，該統(tǒng)計(jì)結(jié)果小于1，并且鋼梁頂部變形較小，在誤差允許范圍之內(nèi)。因此，建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形均符合《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》。

3.4 鋼結(jié)構(gòu)桁架焊接驗(yàn)算分析

按照鋼焊施工標(biāo)準(zhǔn)，采用超聲波檢測(cè)焊接工藝質(zhì)量，檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前采取的焊接工藝，未出現(xiàn)焊縫損傷情況，各個(gè)連接處和縫隙焊接均完好，符合鋼結(jié)構(gòu)桁架焊接標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)裙房鋼結(jié)構(gòu)桁架施工技術(shù)展開(kāi)探究，主要以支撐胎架布置及懸挑桁架安裝、鋼柱安裝及吊裝施工技術(shù)、鋼結(jié)構(gòu)桁架鋼梁安裝技術(shù)、鋼結(jié)構(gòu)桁架焊接技術(shù)作為重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，設(shè)計(jì)出鋼結(jié)構(gòu)桁架建筑施工技術(shù)方案，運(yùn)用SAP2000 軟件模擬施工效果，并對(duì)其結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行驗(yàn)算。結(jié)果證明，該施工方案的建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形均符合《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017-2017），未曾出現(xiàn)焊縫損傷情況，可以作為設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)桁架施工技術(shù)方案時(shí)的參考依據(jù)。