學(xué)校體育看臺(tái)單鋼柱鋼結(jié)構(gòu)張拉體系模塊化施工技術(shù)

李相彬 劉 輝 陳 希 尚中蘇 昌玉春

1 工程概況

某工程主要包括3 座綜合教學(xué)樓、多棟教學(xué)用房以及1 棟體育看臺(tái)，地上建筑物共7 座。其中，體育看臺(tái)下部為現(xiàn)澆混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，上部屋蓋體系由單桿懸挑鋼結(jié)構(gòu)支撐體系與膜結(jié)構(gòu)組成。為滿足使用功能及美觀要求，“鋼結(jié)構(gòu)+膜結(jié)構(gòu)”屋蓋呈波形峰狀，頂點(diǎn)最大高度為20.88 m，最寬懸挑跨度為16.5 m，水平投影面積為2 086.5 m2，總用鋼量為79.5 t。

2 施工難點(diǎn)和要點(diǎn)

（1）測(cè)量定位要求高。整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)工程分為廠內(nèi)制作和現(xiàn)場(chǎng)拼裝兩個(gè)階段，即在廠內(nèi)完成所有制作過(guò)程后，將所有構(gòu)件運(yùn)至工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行地面組裝、焊接、涂裝以及驗(yàn)收等工序，再將構(gòu)件直接吊裝到位，定位懸挑承重立柱的精度。

（2）受氣候影響大。整個(gè)施工體系中，受力情況不均勻，在風(fēng)荷載、雪荷載等外在因素影響下，很可能造成嚴(yán)重的安全事故。因此，施工過(guò)程中需要提高拉結(jié)體系的安全性，保證整個(gè)施工過(guò)程順利進(jìn)行。另外，在風(fēng)力超過(guò)3 級(jí)且氣溫低于4 ℃時(shí)不宜安裝膜單元，必要時(shí)需中止安裝并采取防護(hù)措施。

（3）安裝質(zhì)量難以控制。整個(gè)體系懸挑長(zhǎng)度為16.5 m，為超長(zhǎng)懸挑結(jié)構(gòu)，橫向跨度最大處為8.4 m。施工過(guò)程中用汽車吊將各模塊吊至看臺(tái)上部后進(jìn)行模塊間的焊接或鉚接，由于主桁架、次桁架尺寸和膜結(jié)構(gòu)尺寸都已確定，因此現(xiàn)場(chǎng)各模塊的組裝精度要求較高。

3 操作要點(diǎn)及工藝

3.1 施工準(zhǔn)備

（1）技術(shù)準(zhǔn)備。本施工工程為“鋼結(jié)構(gòu)+膜結(jié)構(gòu)”體系，鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量尤為重要。施工前構(gòu)建“鋼結(jié)構(gòu)+膜結(jié)構(gòu)”體系模型，工作人員根據(jù)模型深化各構(gòu)件尺寸，出具深化設(shè)計(jì)圖和構(gòu)件尺寸表，上報(bào)到監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位以及建設(shè)單位，待這些部門的負(fù)責(zé)人簽字確認(rèn)后，再組織部門有關(guān)人員設(shè)計(jì)施工圖紙并深化設(shè)計(jì)方案。復(fù)核時(shí)則需要采用新型技術(shù)，審查加工定貨有無(wú)特殊要求，合理控制施工成本，制定健全的供料計(jì)劃，編制施工圖預(yù)算和施工預(yù)算。同時(shí)，項(xiàng)目部技術(shù)負(fù)責(zé)人應(yīng)依據(jù)施工規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，向各施工班組進(jìn)行安全技術(shù)交底工作[1]。

（2）現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備。首先，根據(jù)圖紙對(duì)基礎(chǔ)軸線、標(biāo)高和地腳螺栓進(jìn)行技術(shù)復(fù)核；其次，鋼柱安裝前基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求；再次，檢查地腳螺栓的外露情況，若有彎曲變形、螺牙損壞，則必須進(jìn)行修正；最后，完成施工現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件堆放區(qū)、材料加工區(qū)以及機(jī)械吊裝位置的整平硬化工作，并完成臨水、臨電、臨時(shí)設(shè)施的設(shè)置工作。

（3）機(jī)械用具選型準(zhǔn)備。機(jī)具設(shè)備在進(jìn)場(chǎng)前，要提前進(jìn)行維修保養(yǎng)工作，保證設(shè)備的機(jī)械完整性，并組織機(jī)械和配套機(jī)具進(jìn)行組裝調(diào)試，實(shí)現(xiàn)施工機(jī)械檢驗(yàn)工作。同時(shí)，工作人員在正式施工前要利用試焊接流程，核對(duì)施工工藝、施工設(shè)備設(shè)備與技術(shù)是否滿足后期施工要求，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其無(wú)法滿足施工要求時(shí)要聯(lián)合有關(guān)部門進(jìn)行研究，并采取合理措施來(lái)解決問(wèn)題[2]。

（4）材料準(zhǔn)備。在材料準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，工作人員要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求選擇材料品種和規(guī)格，并結(jié)合實(shí)際情況編制材料供應(yīng)計(jì)劃，進(jìn)一步確定材料來(lái)源渠道，掌握合理進(jìn)場(chǎng)時(shí)機(jī)。同時(shí)，要保證購(gòu)進(jìn)材料的品種、規(guī)格等要素滿足工程要求，并確保產(chǎn)品合格證、質(zhì)量證明書(shū)和產(chǎn)品復(fù)試報(bào)告三證齊全。工作人員還可進(jìn)一步細(xì)化采購(gòu)、保管、制作安裝以及使用等環(huán)節(jié)，安排專業(yè)人員負(fù)責(zé)上述流程，明確分工、理清責(zé)任，整理完整的質(zhì)量記錄資料，保證材料質(zhì)量能滿足日常使用要求。而對(duì)于日常使用的材料，如鋼管、焊接材料、防銹漆等原材料，要做好檢查驗(yàn)收和復(fù)測(cè)工作，合理編制試驗(yàn)計(jì)劃。

（5）人員準(zhǔn)備。在選擇勞務(wù)隊(duì)伍時(shí)，盡可能選擇具有豐富工程施工經(jīng)驗(yàn)的隊(duì)伍，確保所有工作人員能持證上崗，保證所有工作能順利進(jìn)行[3]。

3.2 構(gòu)件廠內(nèi)模塊化拼裝

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和深化圖紙要求，工作人員要將整體膜結(jié)構(gòu)體系分為鋼柱、主桁架模塊、次桁架模塊以及膜結(jié)構(gòu)模塊等環(huán)節(jié)。同時(shí)，要嚴(yán)格遵循模塊施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接拼裝工作。

由于本工程的鋼構(gòu)件長(zhǎng)度為6 m，因此施工時(shí)要采用對(duì)接方式。在對(duì)接前要在管子車床上加工構(gòu)件，再利用專用胎架對(duì)接焊接桿件，從而保證對(duì)接焊縫質(zhì)量達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。鋼管桿件下料采用HID-600EH 和HID-300ES 兩種等離子火焰管材數(shù)控切割機(jī)進(jìn)行相貫面切割下料，下料切割、剖口等操作流程全部由計(jì)算機(jī)控制，其誤差率控制在2 mm 以內(nèi)?；⌒武摴苤饕獊?lái)自長(zhǎng)冶鍛壓設(shè)備廠，由CDW24Y-500 冷彎立體全功能數(shù)控彎管機(jī)加工而成。因此在彎曲加工前，一旦發(fā)現(xiàn)其中存在嚴(yán)重偏差，要及時(shí)進(jìn)行矯正，保證材料中不會(huì)出現(xiàn)凹痕、缺口等明顯問(wèn)題[4]。

焊接時(shí)要嚴(yán)格按焊接工藝要求進(jìn)行操作，保證焊接質(zhì)量達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，減少焊接變形、應(yīng)力等問(wèn)題。同時(shí)，在焊接中可利用手工電弧焊，可采用φ3.2 焊條；在焊接壁較厚時(shí)，可采用φ4 焊條。另外，鋼管均加襯管焊接，襯管內(nèi)徑不小于1 mm，長(zhǎng)度不小于40 mm；鋼管焊接前在焊道剖口處用砂輪機(jī)打磨干凈，徹底清除污物后方可焊接。管道焊接基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 管道焊接基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

3.3 鋼柱及主桁架模塊安裝與校正

首先，鋼柱及主桁架模塊吊裝前應(yīng)再次檢查基礎(chǔ)軸線和標(biāo)高是否準(zhǔn)確無(wú)誤，柱腳螺栓上的螺帽和墊鐵是否安裝到位，柱腳板與鋼柱焊縫、鋼柱與主桁架焊縫、斜拉桿焊縫經(jīng)探傷檢測(cè)是否合格。其次，為了防止鋼柱及主桁架模塊發(fā)生變形，綁扎點(diǎn)必須在節(jié)點(diǎn)處，同時(shí),為了避免與其他構(gòu)件發(fā)生碰撞，吊裝前兩端應(yīng)綁扎溜繩，隨吊隨放松，以保證位置正確。鋼柱及主桁架模塊吊裝示意圖如圖1 所示。最后，吊裝就位以后，當(dāng)柱腳距地腳螺栓30 ～40 cm 時(shí)扶正，使柱腳的安裝孔對(duì)準(zhǔn)螺栓，緩慢落鉤就位，經(jīng)過(guò)初校待垂直偏差在20 mm 內(nèi)擰緊螺栓，將鋼柱及主桁架模塊尾部臨時(shí)固定即可脫鉤。

圖1 鋼柱及主桁架模塊吊裝示意圖（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

需要注意的是，鋼柱和主桁架模塊要經(jīng)過(guò)工作人員首次校正，將垂直度偏差控制在合理范圍內(nèi)才能進(jìn)行重機(jī)脫鉤操作，而在鋼柱垂直度校正環(huán)節(jié)，工作人員要提前準(zhǔn)備兩臺(tái)經(jīng)緯儀，并在上測(cè)點(diǎn)安裝柱頂。同時(shí)，在調(diào)整經(jīng)緯儀架設(shè)位置時(shí)，要保證望遠(yuǎn)鏡和觀測(cè)面處于垂直狀態(tài)，如果鋼柱位置出現(xiàn)偏差，那么工作人員要利用兩個(gè)撐桿進(jìn)行校正，并觀察柱底部和標(biāo)高控制塊間是否出現(xiàn)脫空問(wèn)題，避免鋼柱出現(xiàn)位移現(xiàn)象，待鋼柱位置滿足基本要求后才能緊固螺栓[5]。

3.4 拉結(jié)固定

利用正式拉桿與正式錨板進(jìn)行拉結(jié)固定。采用正式拉桿連接前，先在施工過(guò)程中形成臨時(shí)固結(jié)，待體系轉(zhuǎn)換時(shí)再將臨時(shí)固結(jié)轉(zhuǎn)換為正式拉桿連接，進(jìn)而形成最終的受力體系。而正式錨板埋設(shè)時(shí)應(yīng)采用圖紙中規(guī)定的設(shè)計(jì)材料，待完成驗(yàn)收后方可使用[6]。

3.5 次桁架模塊安裝與校正

模塊化拼裝后進(jìn)入吊裝工序，吊點(diǎn)采用專用吊耳進(jìn)行4 點(diǎn)綁扎，應(yīng)用軟材料墊入其中以防鋼構(gòu)件受損。起吊時(shí)，工作人員要提前將鋼梁吊離地面50 cm左右，保證鋼梁中心點(diǎn)和安裝中心位置能相互連接，然后緩慢提高吊鉤高度將鋼梁上升至柱頂位置，再對(duì)準(zhǔn)柱頂并落鉤到指定位置。

需要注意的是，在整個(gè)落鉤過(guò)程中，工作人員要保持構(gòu)件勻速下降，在屋架和柱頂剛交叉時(shí)立即暫停，將螺栓對(duì)準(zhǔn)提前預(yù)留的螺栓孔，并將其扭緊固定。單跨吊裝完成示意如圖2 所示。

圖2 單跨吊裝完成示意圖（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

3.6 柱腳板二次灌漿

第一，支設(shè)模板前應(yīng)檢查柱腳螺栓、主桁架與次桁架間的連接螺栓是否擰緊，并確認(rèn)抗剪鍵、高強(qiáng)度灌漿料的強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求以及資料是否齊全等。確認(rèn)無(wú)誤后再進(jìn)行試驗(yàn)灌漿，復(fù)核強(qiáng)度、密實(shí)度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。第二，模板封閉前應(yīng)檢查新舊接合面是否鑿毛、清洗；模板按照柱腳板長(zhǎng)度支設(shè)，且支設(shè)標(biāo)高應(yīng)高出柱腳板表面50 mm；模板拼縫處采用海綿條封堵，保證支設(shè)嚴(yán)密、穩(wěn)固，以防松動(dòng)、漏漿。第三，二次灌漿前應(yīng)檢查驗(yàn)收柱底板清理情況及模板支設(shè)情況，并查看模板表面是否濕潤(rùn)，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行二次灌漿施工。第四，高強(qiáng)度灌漿料嚴(yán)格按照使用說(shuō)明拌合，機(jī)械攪拌2 ～3 min，人工攪拌5 min，每次攪拌量應(yīng)視使用量而定。灌漿時(shí)，將攪拌均勻的灌漿料從一個(gè)方向灌入灌漿部位，必要時(shí)可借助竹條或鋼釬導(dǎo)流，并可適當(dāng)輕輕敲打模板，直到從另一側(cè)溢出為止，不得從四周同時(shí)灌漿[7]。

3.7 體系轉(zhuǎn)換

首先，體系轉(zhuǎn)換前檢查柱腳板二次灌漿強(qiáng)度，并檢查每根臨時(shí)拉結(jié)桿的情況，在無(wú)較大變形應(yīng)力的情況下安裝正式拉桿。其次，正式拉桿安裝完成后，逐漸將臨時(shí)拉桿與錨固板松開(kāi)，并復(fù)核體系的垂直度，檢查正式拉桿與錨固板的變形情況。最后，將臨時(shí)拉桿與花籃螺栓連接形成正式拉桿，1 道拉桿受力后，安裝花籃拉桿形成2 道拉桿保護(hù)，2 道拉桿通過(guò)花籃螺栓擰緊，形成安全受力體系，有效提高懸挑膜結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性[8]。

4 結(jié)語(yǔ)

輕型鋼結(jié)構(gòu)屋蓋具有設(shè)計(jì)精巧、新穎等特征，但結(jié)構(gòu)形式較復(fù)雜，且對(duì)安裝精度要求較高。因此，工作人員要提高對(duì)設(shè)計(jì)階段的重視程度，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況優(yōu)化設(shè)計(jì)階段的梁布置等方面，為提升建設(shè)質(zhì)量打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，在施工階段可制定科學(xué)的施工方案，利用三維掃描與全站定位控制等技術(shù)設(shè)置精細(xì)的安裝工序，避免出現(xiàn)誤差累積問(wèn)題，提高工程安裝精度。