單層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房主次結(jié)構(gòu)空間同步安裝施工技術(shù)探析

董有順，唐旭，周汝兵，王小娟 （長江精工鋼結(jié)構(gòu)（集團(tuán)）股份有限公司，安徽 六安 237161）

0 前言

鋼結(jié)構(gòu)廠房因其施工速度快、自重輕、抗震性能好、環(huán)保等特點(diǎn)，在建筑工程中已被廣泛認(rèn)可，在工業(yè)廠房應(yīng)用中逐漸代替了笨重的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而得到了普遍應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)廠房在我國應(yīng)用的時(shí)間并不長，其具體的設(shè)計(jì)和施工技巧都還在探索階段。針對門式剛架鋼結(jié)構(gòu)廠房現(xiàn)有安裝施工方法為按照建筑平面布置順序逐榀進(jìn)行門式剛架的安裝，稱為散拼法。采用該方法安裝時(shí)，門式剛架的穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生傾覆及倒塌事故；并且由于高空作業(yè)量大，使得質(zhì)量難以控制，施工速度減慢，施工成本增高。因此本文結(jié)合門式剛架結(jié)構(gòu)安裝的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行探討。

1 門式剛架主次結(jié)構(gòu)空間同步安裝施工技術(shù)

1.1 技術(shù)特點(diǎn)及適用范圍

本工法所提供的門式剛架主次結(jié)構(gòu)空間同步安裝施工方法，采用相鄰兩榀鋼梁利用檁條、支撐及隅撐等次結(jié)構(gòu)在地面拼裝形成一個(gè)屋面整體吊裝單元的方法，具有極好的空間穩(wěn)定性，可將大量高空作業(yè)的操作在地面完成，減少了高空作業(yè)工作量、降低安全風(fēng)險(xiǎn)；由于大量操作在地面施工，易于檢查，安裝誤差能及時(shí)發(fā)現(xiàn)及糾正，更有利于控制鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。因此本工法便于組織交叉流水作業(yè)，能提高工效、縮短工期；可減少周轉(zhuǎn)材料、輔助設(shè)施，對施工人員技術(shù)要求相對較低，節(jié)約施工成本。

本工法可應(yīng)用于拼裝完成鋼梁長度在30m以內(nèi)，相鄰兩榀鋼梁間距小于12m的門式鋼架廠房，尤其在對廠房安裝質(zhì)量要求較高，工期較緊時(shí)，本工法施工優(yōu)勢非常明顯。

1.2 施工技術(shù)原理

門式剛架是平面受力體系，單榀剛架起吊機(jī)安裝時(shí)不能承受平面外的風(fēng)力或其他擾動(dòng)力，通常門式剛架的施工安裝總體順序逐榀進(jìn)行散裝，每榀不相連的剛架處于極不穩(wěn)定的狀態(tài)，容易發(fā)生傾覆及倒塌事故。本工法為解決此問題，采用如下方法：按同一跨距內(nèi)相鄰兩柱距的剛架粱結(jié)構(gòu)在地面拼裝成整體吊裝單元，包括安裝好檁條、支撐、隅撐等次結(jié)構(gòu)，以形成幾何不變的、具有空間穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)體系，利用兩臺吊機(jī)同步整體抬吊進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)主體安裝。

1.3 施工前的準(zhǔn)備

施工臨時(shí)堆場準(zhǔn)備：施工現(xiàn)場的構(gòu)件臨時(shí)堆場設(shè)在指定的位置。構(gòu)件堆放時(shí)注意排水方向，不得阻礙地面排水。

臨時(shí)堆放場地要求堆場地面堅(jiān)實(shí)可靠，能承受鋼柱、鋼梁等堆放荷載以及施工機(jī)械設(shè)備施工作業(yè)、停放等要求，且臨時(shí)堆放場地應(yīng)滿足施工機(jī)械設(shè)備停置、施工時(shí)的作業(yè)面及回車臨時(shí)道路要求，且整個(gè)場地上不得有障礙物妨礙作業(yè)。

構(gòu)件驗(yàn)收：鋼柱、鋼梁等構(gòu)配件、原材料驗(yàn)收的主要目的是檢查統(tǒng)計(jì)構(gòu)配件的數(shù)量，同時(shí)將可能存在質(zhì)量缺陷的構(gòu)配件在現(xiàn)場進(jìn)行處理，防止存在質(zhì)量缺陷的構(gòu)配件進(jìn)入安裝流程。

鋼構(gòu)件進(jìn)場后，按貨運(yùn)單檢查所到構(gòu)件的數(shù)量及編號是否相符，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)在回單上說明并反饋制作工廠，以便工廠更換補(bǔ)齊構(gòu)件。按設(shè)計(jì)圖紙、規(guī)范及制作廠質(zhì)檢報(bào)告單，對構(gòu)件的質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收檢查，做好檢查記錄。主要檢查構(gòu)件外形尺寸、螺孔大小和間距等。檢查用計(jì)量器具和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)事先統(tǒng)一。經(jīng)核對無誤，并對構(gòu)件質(zhì)量檢查合格后，方可確認(rèn)簽字，并做好檢查記錄。

1.4 鋼柱吊裝方案

①鋼柱在安裝前應(yīng)在鋼柱表面標(biāo)出安裝用標(biāo)高以及軸線控制線作為校正的依據(jù)（鋼柱安裝前，從鋼柱柱腳處向上量出理論標(biāo)高為1m的控制線，并作一明顯標(biāo)識作為1米控制線，便于后期校正鋼柱標(biāo)高時(shí)使用；在鋼柱柱腳底板上表面做出通過鋼柱中心的十字交叉縱橫軸線，便于后期鋼柱水平軸線位置校正），鋼柱吊裝前需核驗(yàn)吊裝用鋼絲繩以及相應(yīng)吊裝工具的強(qiáng)度，同時(shí)檢查鋼絲繩、吊具等是否有質(zhì)量缺陷以及安全隱患，鋼柱在校正完成后應(yīng)與上一根校正完成的鋼柱立即用系桿、柱間支撐、交叉撐等連接并固定，鋼柱安裝前盡量原位排放，盡量避免二次倒運(yùn)，為起吊創(chuàng)造條件。

②鋼柱的吊裝：吊裝采用旋轉(zhuǎn)法（如圖1），鋼柱運(yùn)到現(xiàn)場后，吊機(jī)邊起吊邊鉤邊使起重臂回轉(zhuǎn)使鋼柱以柱腳為圓心旋轉(zhuǎn)，最終將鋼柱立起，流程主要包括綁扎固定→起吊→對位→臨時(shí)固定→校正→最終固定。吊裝前準(zhǔn)備工作完成后，先進(jìn)行試吊，一端起吊高度為150mm左右時(shí)懸停，檢查吊具牢靠性和起重機(jī)支腿的穩(wěn)定性以及鋼柱的垂直度。然后司索信號工指揮起重機(jī)緩慢下降，接著沿著中心軸線成90°方向放置兩臺經(jīng)緯儀，位置對中并調(diào)試完成，以此來對鋼柱位置以及垂直度進(jìn)行校正，柱腳底板十字中心線和基礎(chǔ)上縱橫軸線位置對準(zhǔn)后緩慢下降，安裝人員在鋼柱吊至地腳螺栓正上方后，各作業(yè)人員站好位置，穩(wěn)住鋼柱，同時(shí)將柱腳底板上的螺栓孔對準(zhǔn)地腳螺栓，將其緩慢插入，在柱腳底板降至調(diào)節(jié)螺母上時(shí)停止吊機(jī)落鉤，用撬棍或者千斤頂來使柱子微移，使柱腳底板上的十字中線對準(zhǔn)基礎(chǔ)上的縱橫軸線，并擰緊柱腳螺母，確認(rèn)螺母擰緊達(dá)到安全后方可解除吊鉤。對于單獨(dú)不能構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的鋼柱，需要在柱身拉設(shè)纜風(fēng)繩等臨時(shí)措施。主鋼構(gòu)吊裝班組在吊裝前一定要做到內(nèi)部分工明確，校正、測量、吊裝、緊固等器具必須一應(yīng)俱全，起重機(jī)、現(xiàn)場指揮、測量、對準(zhǔn)、構(gòu)件綁扎以及現(xiàn)場施工作業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)質(zhì)量安全人員各盡其職，減少非施工閑雜人員靠近。

圖1 構(gòu)件堆放及吊機(jī)吊裝路徑示意圖

1.5 屋面鋼梁空間同步吊裝

1.5.1 屋面剛架整體吊裝系統(tǒng)地面拼裝

在地面拼裝完成同一跨距內(nèi)相鄰兩柱距的門式剛架鋼結(jié)構(gòu)，作為屋面整體吊裝單元，依次包括：拼裝兩榀鋼梁，在兩榀鋼梁之間連接安裝多個(gè)檁條，在相鄰的檁條之間連接安裝多個(gè)檁間支撐和多個(gè)檁間斜支撐，拼裝完成的屋面整體吊裝單元形成幾何不變的、具有空間穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)。

圖2 屋面整體吊裝單元結(jié)構(gòu)

由H型鋼加工制作成的屋面梁跨度較大，屋面梁在工廠內(nèi)散件制作，在出廠前先進(jìn)行預(yù)拼裝，然后到現(xiàn)場再進(jìn)行組裝，在場內(nèi)進(jìn)行組拼成吊裝單元，然后進(jìn)行吊裝，鋼梁在地面進(jìn)行原位拼裝。相鄰間鋼梁拼裝完成后，進(jìn)行兩榀鋼梁間檁條及支撐系統(tǒng)等次構(gòu)件的安裝。

圖3 現(xiàn)場地面拼裝實(shí)例

1.5.2 主次結(jié)構(gòu)空間同步吊裝

整體吊裝單元吊裝前要求焊接固定好護(hù)身欄桿、安全繩、纜風(fēng)繩；屋面梁與鋼柱連接的螺栓要求用布袋裝好后掛在鋼梁上，方便高空作用。同時(shí)在吊裝就位前，應(yīng)對鋼梁上運(yùn)輸、裝卸及現(xiàn)場倒運(yùn)過程中產(chǎn)生的油漆破損進(jìn)行修補(bǔ)，同時(shí)清理泥污，確保構(gòu)件清潔。

①利用兩臺汽車吊同步起吊，兩臺吊機(jī)必須按統(tǒng)一指揮同步抬吊，避免起吊不同步引起過大施工應(yīng)力。起吊前應(yīng)進(jìn)行試吊，先起吊50mm，停止起吊。靜置十分鐘，觀測整體吊裝單元的變形及整體穩(wěn)定性。根據(jù)變形情況調(diào)整兩臺吊機(jī)起吊速率，調(diào)整完成后進(jìn)行連續(xù)同步起吊。

圖4 整體吊裝單元吊裝示意

②整體吊裝單元就位后，利用兩臺曲臂車進(jìn)行高空作業(yè)，安裝梁柱間高強(qiáng)螺栓，待高強(qiáng)螺栓安裝完成后，吊機(jī)松鉤，進(jìn)行下一吊裝單元的安裝。

圖5 現(xiàn)場整體吊裝單元安裝示意

③按上述步驟繼續(xù)進(jìn)行整體吊裝單元的拼裝及吊裝工作，直至整個(gè)門式剛架鋼結(jié)構(gòu)廠房全部吊裝完成。

1.6 質(zhì)量控制

1.6.1 鋼柱安裝質(zhì)量控制

鋼柱經(jīng)過初步校正，起重機(jī)松鉤前垂直度偏差必須控制在20mm以內(nèi)。使用兩臺經(jīng)緯儀進(jìn)行鋼柱的垂直度校正同時(shí)經(jīng)緯儀盡量架設(shè)于鋼柱縱橫軸線附近，主要是保證經(jīng)緯儀的望遠(yuǎn)鏡視線盡量垂直于觀測面，鋼柱垂直度以及軸線位置如有偏差，用撬棍或者千斤頂進(jìn)行校正，在校正過程中，隨時(shí)觀察鋼柱底部和調(diào)平螺母之間是否脫空，以防校正過程中造成水平標(biāo)高的誤差，同時(shí)檢查軸線，防止鋼柱位移，鋼柱復(fù)合校正后，方可終擰緊固螺栓。

1.6.2 屋面梁安裝控制措施

①嚴(yán)格控制鋼柱的標(biāo)高和定位軸線，鋼架梁的安裝必須在鋼柱安裝定位線校正完畢安裝后進(jìn)行，鋼架梁安裝之前應(yīng)對安裝支座中心和標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測并配備墊板，同時(shí)還需仔細(xì)復(fù)測鋼柱的垂直度以及鋼柱的軸線位移值。

②計(jì)算鋼梁支承位置的標(biāo)高，其偏差主要通過放置墊塊來進(jìn)行處理?，F(xiàn)場施工時(shí)主要根據(jù)鋼架分段以及現(xiàn)場場地條件采用組合吊裝法或單件吊裝法進(jìn)行安裝，梁端標(biāo)高主要通過加設(shè)提前準(zhǔn)備好的的墊板來進(jìn)行調(diào)整。

③鋼架梁吊裝完成后只進(jìn)行初步校正以及臨時(shí)固定，待整個(gè)屋蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安裝完成后再進(jìn)行最終校正和固定。

④屋面梁與鋼柱之間采用螺栓連接，屋面梁軸線位置精度主要取決于鋼柱的軸線位置以及鋼柱的垂直度，當(dāng)鋼柱垂直度以及軸線位置在安裝精度范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)屋面梁的軸線位置存在偏差，可利用鉸刀適當(dāng)?shù)貙ξ菝媪旱倪B接螺栓孔進(jìn)行擴(kuò)孔，但是必須滿足規(guī)范要求。

⑤屋面梁與鋼柱之間采用螺栓連接，屋面梁軸線位置的準(zhǔn)確主要取決于鋼柱的垂直度，在保證鋼柱的垂直度的情況下，如發(fā)現(xiàn)屋面梁的軸線有偏差，則可適當(dāng)?shù)貙ξ菝媪旱倪B接螺栓孔進(jìn)行鉸刀擴(kuò)孔，但必須在規(guī)范允許范圍之內(nèi)；屋面梁跨中垂直度測量時(shí)，可采用線錘進(jìn)行測量，從屋面梁下方軸線位置設(shè)置經(jīng)緯儀，測量屋面梁的跨中垂直度；屋面梁的撓度測量采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行檢測。

2 結(jié)語

本施工技術(shù)采用屋面主次結(jié)構(gòu)地面拼裝完成后整體吊裝的思路進(jìn)行安裝。按同一跨內(nèi)相鄰兩柱距的剛架梁結(jié)構(gòu)在地面拼裝成整體吊裝單元，包括安裝好檁條、支撐、隅撐等次構(gòu)件。該吊裝方案可提前完成下一步吊裝單元的地面拼裝工作。整體吊裝效率可提升一倍。且地面拼裝更加方便、高效。

同時(shí)本技術(shù)施工工序簡單，相對于傳統(tǒng)的傳統(tǒng)單榀鋼梁及次構(gòu)件施工，施工工期短，工期減少50%，故整個(gè)工程進(jìn)度容易保證，保證廠房后續(xù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的順利施工，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)屋面的檁條等次構(gòu)件大部分都在地面完成施工，安全及質(zhì)量都有保證，故本施工技術(shù)社會效益較高，可為門式鋼架結(jié)構(gòu)廠房項(xiàng)目屋面結(jié)構(gòu)安裝提供借鑒和參考。