貨運(yùn)機(jī)場(chǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)中心鋼結(jié)構(gòu)建造方式分析

楊利劍 華國(guó)飛 徐山山 汪思維

1. 中天建設(shè)集團(tuán)有限公司第六建設(shè)公司 湖北 武漢 430070；2. 浙江中天恒筑鋼構(gòu)有限公司 浙江 杭州 311300

貨運(yùn)機(jī)場(chǎng)作為物流體系中的核心部件，其項(xiàng)目具有體量大、工期緊等特點(diǎn)，如何快速建造且高質(zhì)量地交付一直是個(gè)難題。文獻(xiàn)[1]對(duì)鋼結(jié)構(gòu)吊裝作業(yè)的各項(xiàng)工藝進(jìn)行探討，提出若干可行的安全施工技術(shù)建議。文獻(xiàn)[2]對(duì)鋼結(jié)構(gòu)廠房建設(shè)中存在的問題進(jìn)行分析，簡(jiǎn)要講述施工過程中抗震、防熱等措施。文獻(xiàn)[3]對(duì)復(fù)雜建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝方案進(jìn)行模擬分析，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)吊裝的5種方案進(jìn)行簡(jiǎn)要概述。從“十三五”開始，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用越來越廣泛，盡管多數(shù)學(xué)者對(duì)鋼結(jié)構(gòu)吊裝進(jìn)行研究，但未結(jié)合具體案例，也缺少考慮成本、質(zhì)量等因素的施工組織比選分析，讀者無法直觀地看出各方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

基于以上研究，在前人研究成果的基礎(chǔ)上，以湖北鄂州民用機(jī)場(chǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)中心主樓工程為例，考慮工期、成本、質(zhì)量等因素，對(duì)2種施工組織方案進(jìn)行對(duì)比，重點(diǎn)闡述應(yīng)用綜合吊裝雙向退吊法后鋼結(jié)構(gòu)主體吊裝的施工工藝，并介紹了施工前期吊裝機(jī)械的選型和施工過程中吊裝流程等方面需考慮的要素。

1 工程概況

湖北鄂州民用機(jī)場(chǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)中心主樓工程位于湖北省鄂州市鄂城區(qū)燕磯鎮(zhèn)杜灣村附近。工程單層建筑面積16萬 m2，總建筑面積53.51萬 m2，南北長(zhǎng)度約800 m，東西最大寬度240 m，A1—A4主樓4層，A5—A6主樓2層，結(jié)構(gòu)形式為鋼框架結(jié)構(gòu)，建筑高度42 m，4層的層高分別為11.3、10.8、9.8、7.3 m。

本項(xiàng)目首層為鋼管混凝土柱，其余各層為箱形鋼柱，樓板為免支模鋼筋桁架樓承板體系。鋼柱分段自重約為20 t，鋼梁自重約為3.5 t，主體鋼構(gòu)總用量9.6萬 t，項(xiàng)目鋼筋總用量1.3萬 t。

本項(xiàng)目處于機(jī)場(chǎng)建設(shè)區(qū)核心位置，同周邊標(biāo)段界面接口復(fù)雜，而且機(jī)場(chǎng)建設(shè)初期，很難形成完整的臨時(shí)道路，場(chǎng)區(qū)內(nèi)交通組織轉(zhuǎn)換頻率極高，鋼構(gòu)件堆場(chǎng)和卸貨區(qū)能占用的場(chǎng)地有限，而且需在主體施工工期6個(gè)月內(nèi)完成數(shù)量達(dá)36 000件的鋼構(gòu)件吊裝，需精心組織安裝施工流程，精確制定構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)時(shí)間，計(jì)算好滿足進(jìn)場(chǎng)要求的構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)數(shù)量和與之匹配的堆場(chǎng)面積，同時(shí)合理安排構(gòu)件吊裝順序，高效、有序、按時(shí)完成吊裝任務(wù)。

2 施工組織方案比選

本項(xiàng)目總工期425 d，主體鋼結(jié)構(gòu)量9.6萬 t，項(xiàng)目鋼筋量1.3萬 t。針對(duì)本項(xiàng)目情況，共策劃2種施工組織方案進(jìn)行選擇[4-5]：

1）履帶吊上樓面方案：根據(jù)工程特點(diǎn)及工期節(jié)點(diǎn)要求，考慮流水節(jié)拍，將項(xiàng)目分成6個(gè)區(qū)，各區(qū)同步施工。場(chǎng)內(nèi)布置17臺(tái)塔吊用于鋼筋、鋼承板、鋼檁條、幕墻主龍骨等3類構(gòu)件的吊裝，布置18臺(tái)55 t履帶吊采取上樓面方式進(jìn)行鋼柱、鋼梁等一類構(gòu)件的吊裝，并在地面安排6臺(tái)80 t履帶吊進(jìn)行構(gòu)件的垂直運(yùn)輸，樓面上構(gòu)件的水平運(yùn)輸使用12臺(tái)HNF-150叉車和12臺(tái)15 t平板車（圖1）。

圖1 履帶吊上樓面方案

2）雙向退吊方案：將項(xiàng)目分成6個(gè)區(qū)，各區(qū)依舊同步施工。基礎(chǔ)施工階段采用隨車吊和履帶吊作為垂直運(yùn)輸機(jī)械，主體施工階段實(shí)施鋼結(jié)構(gòu)退吊施工方案，各區(qū)塊以中軸線向東西兩側(cè)雙向施工（圖2）。

圖2 雙向退吊方案

對(duì)2種方式的可行性進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)第1種方案存在諸多問題：

1）工藝間歇時(shí)間長(zhǎng)。采用履帶吊上樓面吊裝方案，樓板混凝土需達(dá)到養(yǎng)護(hù)周期，強(qiáng)度需滿足要求后才能實(shí)施，工期排算后，發(fā)現(xiàn)履帶吊存在窩工問題。

2）工期緊，體量大。若進(jìn)場(chǎng)后安裝塔吊，首先需進(jìn)行塔吊基礎(chǔ)樁基施工，耽誤工期。經(jīng)測(cè)算，塔吊主要負(fù)責(zé)3類構(gòu)件的垂直運(yùn)輸，主體施工階段時(shí)，閑置率高。

3）措施費(fèi)用高。為保證樓板承載力滿足履帶吊工作狀態(tài)時(shí)的需求，鋪設(shè)路基箱板將荷載傳遞給主次鋼梁，因此需租賃大量的路基箱板。此外，塔吊、履帶吊等垂直運(yùn)輸機(jī)械均存在窩工問題，導(dǎo)致措施費(fèi)用高。

4）塔吊安拆困難。本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)軸網(wǎng)間距16 m，南北44跨，東西12跨，南北長(zhǎng)度約800 m，東西長(zhǎng)度約180 m，塔吊布置在轉(zhuǎn)運(yùn)中心主樓內(nèi)，拆除時(shí)，需在屋面設(shè)置屋面吊，才能拆除。

5）群塔交叉作業(yè)。群塔與履帶吊共同作業(yè)。由于履帶吊吊裝時(shí)主臂需要考慮50 m左右的高度，一旦開始大面積履帶吊工作時(shí)，塔吊大臂覆蓋范圍廣，容易出現(xiàn)碰撞，故基本無法運(yùn)行。

6）工程質(zhì)量。履帶吊需上樓面，對(duì)混凝土有損傷，容易產(chǎn)生裂縫，不利于成品保護(hù)，增加后期修補(bǔ)量。

采用第2種雙向退吊施工方案，不存在工藝間歇時(shí)間，各軸線單元從首層吊裝至封頂后，可進(jìn)入下一個(gè)軸線單元進(jìn)行吊裝，土建混凝土、機(jī)電安裝、防火涂料等工程穿插施工。鋼柱、鋼梁均由履帶吊安裝，無需額外安裝塔吊，故不存在塔吊安拆、群塔交叉作業(yè)問題。履帶吊作業(yè)時(shí)，機(jī)械位于已夯實(shí)的回填土上，承載力滿足其要求，不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)主體產(chǎn)生破壞。

為進(jìn)一步確定2種方案的優(yōu)劣，從經(jīng)濟(jì)和進(jìn)度這2個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比分析：

1）經(jīng)濟(jì)效益。從人工、機(jī)械、材料這3個(gè)方面對(duì)2種方案進(jìn)行比較，如表1所示。對(duì)各項(xiàng)費(fèi)用進(jìn)行核算后，第2種方案少花費(fèi)475.82萬元。

表1 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

2）進(jìn)度方面。在基礎(chǔ)施工階段，采用履帶吊上樓面方案，進(jìn)場(chǎng)后需塔吊基礎(chǔ)樁施工，需澆筑承臺(tái)，承臺(tái)混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后方可安裝塔吊。采用雙向退吊方案，履帶吊進(jìn)場(chǎng)后即可施工。在主體施工階段，以建筑面積2.7萬 m2為考慮單元，采用履帶吊上樓面方案，單層吊裝時(shí)間17 d，混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)時(shí)間30 d，則單層施工時(shí)間為47 d，4層總施工時(shí)間為188 d，而采用雙向退吊方案，單個(gè)周期吊裝時(shí)間為13.6 d（具體計(jì)算步驟見3.2節(jié)），共計(jì)10個(gè)周期，總施工時(shí)間為136 d。2種方案對(duì)比，雙向退吊方案工期節(jié)約52 d。

3 退吊施工方案實(shí)施

3.1 準(zhǔn)備工作

構(gòu)件吊裝前的準(zhǔn)備工作是確保工程質(zhì)量、提高效率和保證吊裝順利進(jìn)行的重要一環(huán)。

認(rèn)真學(xué)習(xí)施工圖紙，結(jié)合BIM技術(shù)進(jìn)行圖紙審核和會(huì)審，核對(duì)構(gòu)件的空間就位尺寸和互相關(guān)系，計(jì)算全部吊裝構(gòu)件的數(shù)量、質(zhì)量和安裝就位高度以及連接板、螺栓等吊裝鐵件的數(shù)量；編制好吊裝工程的具體施工作業(yè)設(shè)計(jì)（包含吊裝程序、方法、構(gòu)件制作堆放平面布置、構(gòu)件的運(yùn)輸方式、施工人員配備、物資供應(yīng)等）；進(jìn)行細(xì)致的技術(shù)交底。

構(gòu)件的檢查包括檢查構(gòu)件的強(qiáng)度及完整性（有無嚴(yán)重裂縫、扭曲、破損及其他缺陷）、外形尺寸、形狀、埋設(shè)件位置、結(jié)構(gòu)鋼筋、吊環(huán)、埋設(shè)件的穩(wěn)固程度和構(gòu)件的軸線等，并在構(gòu)件上，根據(jù)就位、校正需要彈好軸線。柱子應(yīng)彈出3面中心線，即牛腿面與頂面中心線、±0 m線；基礎(chǔ)杯口應(yīng)彈出橫軸線；梁、屋架等構(gòu)件應(yīng)在端頭與頂面及支承處彈出中心線及標(biāo)高線；在屋架（屋面梁）上彈出天窗架、屋面板的安裝就位控制線。同時(shí)檢查軸線和跨度是否符合設(shè)計(jì)要求，找好柱基標(biāo)高。

吊裝前，利用結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件驗(yàn)算構(gòu)件吊裝時(shí)的剛度和抗裂性，確定綁扎位置。側(cè)向剛度較差的構(gòu)件，如屋架、天窗架等，應(yīng)用腳手桿或竹竿綁扎1～2道進(jìn)行加固。所有構(gòu)件應(yīng)按吊裝平面布置圖就位。

吊裝前還需對(duì)施工環(huán)境進(jìn)行檢查，考慮吊車開車和構(gòu)件運(yùn)輸車所經(jīng)道路是否平整、堅(jiān)實(shí)、暢通。起重機(jī)吊桿及尾部回轉(zhuǎn)范圍內(nèi)有無電線桿等障礙物。水、電是否接通，場(chǎng)地是否平整等。

3.2 實(shí)施步驟

2種方案考慮成本、質(zhì)量、進(jìn)度等多元素對(duì)比分析后，雙向退吊方案為適合本項(xiàng)目的施工工藝。該工藝雛形為原有的綜合吊裝法，即起重機(jī)在廠房?jī)?nèi)一次開行中，吊裝完成一個(gè)節(jié)間各種類型的構(gòu)件，即先吊裝4根柱子并立即進(jìn)行校正固定，接著吊裝鋼梁等構(gòu)件，一個(gè)節(jié)間的構(gòu)件全部吊裝完成后，起重機(jī)再移至下一個(gè)節(jié)間進(jìn)行全部構(gòu)件的吊裝，直至整個(gè)廠房吊裝完成。本項(xiàng)目A2、A3、A4區(qū)域東西寬度方向均為12個(gè)軸網(wǎng)，南北長(zhǎng)度方向均為10個(gè)軸網(wǎng)，柱間軸網(wǎng)尺寸較為標(biāo)準(zhǔn)，間距為16 m，基于該特點(diǎn)，可以由中間軸線向東西兩側(cè)進(jìn)行同步施工，同原有的綜合吊裝法相比，可提供的施工面更多，達(dá)到節(jié)省工期的目的。

主體施工前，對(duì)各區(qū)域放置履帶吊的數(shù)量進(jìn)行計(jì)算，考慮A2—A4區(qū)各區(qū)縱橫為10×12個(gè)軸網(wǎng)，共計(jì)120個(gè)節(jié)間。對(duì)每個(gè)節(jié)間構(gòu)件數(shù)量、焊縫長(zhǎng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。各節(jié)間構(gòu)件數(shù)量22根，考慮卸貨、倒運(yùn)的附加量0.8，總計(jì)吊次40次，每臺(tái)吊機(jī)每天有效工作時(shí)間10 h，每次吊裝時(shí)間為25 min，每格每層所需時(shí)間為1.7 d，每個(gè)吊裝周期約1.7×8＝13.6 d。

現(xiàn)場(chǎng)共分為7個(gè)施工分區(qū)。每個(gè)區(qū)塊（除A1-2、A5、A6外）根據(jù)中心脊線，劃分為上下施工分區(qū)，根據(jù)面積情況，A2、A3區(qū)塊各安排6臺(tái)80 t的履帶吊，A1（A1-1、A1-2）區(qū)塊安排7臺(tái)80 t履帶吊，A4區(qū)塊安排8臺(tái)80 t履帶吊，A5、A6區(qū)塊各安排1臺(tái)80 t履帶吊。按照總工期要求，分成10個(gè)周期，流水施工，每個(gè)網(wǎng)格所處的周期序號(hào)如圖3所示（以A2區(qū)為例）。

圖3 A2區(qū)分塊示意

鋼結(jié)構(gòu)主體安裝以2條軸線間（第6軸網(wǎng)、第7軸網(wǎng)）鋼結(jié)構(gòu)為安裝單元，各單元吊裝順序?yàn)椋?層鋼柱→1層鋼梁→2層鋼柱→2層鋼梁→3層鋼柱→4層鋼梁→4層鋼柱→4層鋼梁。

本方案優(yōu)點(diǎn)有以下2個(gè)方面：開行線路短，停機(jī)位置較少，吊裝完成一個(gè)節(jié)點(diǎn)，可進(jìn)行下道工序，縮短工期；吊裝誤差能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正，同時(shí)吊完一節(jié)間，校正固定一節(jié)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性好，有利于保證工程質(zhì)量。

但也存在以下3個(gè)方面的缺點(diǎn)：需要起重量大的起重機(jī)，同時(shí)吊裝各種類型的構(gòu)件，影響起重機(jī)效率的發(fā)揮；構(gòu)件平面布置和準(zhǔn)備工作復(fù)雜；校正工作困難，柱子固定需一定時(shí)間，常跟不上吊裝速度。

解決上述缺點(diǎn)，需提前進(jìn)行策劃考慮。吊裝前，將每個(gè)小區(qū)塊的構(gòu)件運(yùn)輸堆放至吊車附近，以方便吊裝提高效率。吊機(jī)開行過地梁前，地梁兩側(cè)已完成土方回填，并鋪設(shè)路基箱板供吊機(jī)開行。

4 實(shí)施過程中注意事項(xiàng)

鋼承板及鋼筋垂直運(yùn)輸：鋼柱、鋼梁吊裝完成后，需將樓承板吊運(yùn)至鋼梁上集中存放，后期由人工搬運(yùn)進(jìn)行鋪裝，該做法保證履帶吊可以及時(shí)進(jìn)入下一跨進(jìn)行構(gòu)件吊裝。鋼筋的鋪設(shè)工序需在樓承板安裝完成后才能進(jìn)行，此時(shí)履帶吊已進(jìn)入下一跨，因此需借助外部一跨的某一單位，該單位優(yōu)先鋪設(shè)鋼承板，作為鋼筋的轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)域，由人工搬運(yùn)至指定區(qū)域。

屋面檁條的安裝：4層樓承板吊裝至固定區(qū)域后，再安裝屋面檁條。檁條質(zhì)量較輕，履帶吊撤離前，可將其集中吊運(yùn)至某一區(qū)域，由人工進(jìn)行二次搬運(yùn)。

1）混凝土澆筑。采用鋼構(gòu)退吊施工部署，混凝土澆筑為一大難題，需搭設(shè)泵管對(duì)樓承板混凝土進(jìn)行澆筑，澆筑前泵管引至樓層最遠(yuǎn)部位，在澆筑過程中，邊澆筑邊拆除。

2）砌體、二次結(jié)構(gòu)施工。本項(xiàng)目邊跨存在功能用房，該區(qū)域存在二次結(jié)構(gòu)砌體，砌體拉結(jié)筋設(shè)計(jì)要求需同主體鋼框架柱焊接，因此需在防火涂料噴涂前就焊接施工拉結(jié)筋，避免防火涂料施工后，鑿開防火涂料層，減少二次修復(fù)。

3）防火涂料施工。本項(xiàng)目鋼柱為厚型防火涂料，鋼梁、屋蓋鋼結(jié)構(gòu)為超薄型防火涂料。機(jī)電穿插施工前，就需完成施工作業(yè)面的防火涂料施工，避免防火涂料噴涂時(shí)污染機(jī)電支吊架、橋架以及風(fēng)管等設(shè)施。

4）機(jī)電穿插。采用退吊施工方案，移交區(qū)域防火涂料需優(yōu)先噴涂完成，鑒于無法提供大面移交給機(jī)電分包，前期機(jī)電僅能安裝支吊架等附屬設(shè)施。

5）金剛砂地坪施工。為防止地坪被破壞，減少地坪保護(hù)的措施費(fèi)用。需待防火涂料施工、機(jī)電管線安裝完成后，方可進(jìn)行金剛砂地坪的施工。

6）大型機(jī)械安全管理。履帶吊吊運(yùn)構(gòu)件時(shí)安排專人值守，防止與周邊構(gòu)筑物發(fā)生碰撞。履帶吊等大型機(jī)械均設(shè)置路徑監(jiān)控，僅允許在本區(qū)域吊裝，嚴(yán)禁跨區(qū)域施工?？赏ㄟ^智慧工地大平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)械的上線率。

5 結(jié)語

本文對(duì)鋼結(jié)構(gòu)主體施工所采用的綜合吊裝雙向退吊施工工藝進(jìn)行了闡述，重點(diǎn)研究分析了吊裝機(jī)械選型和吊裝流程等方面需考慮的要素，并提出解決措施。通過本文的論述，希望能給同類型其他工程提供一定的借鑒。