大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)屋頂快速施工技術(shù)

陳貽清 王志龍 毛厚壯 王 昊 宋 斌

（中建八局第一建設(shè)有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

現(xiàn)如今我國(guó)體育場(chǎng)館、圖書館乃至主題公園等公共建筑均朝向大跨度建筑類型發(fā)展，而鋼結(jié)構(gòu)本身具備的輕質(zhì)高強(qiáng)特性讓其在大跨度建筑屋面中得到廣泛性應(yīng)用[1-3]。傳統(tǒng)建筑施工模式下的鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)是“拼裝+焊接”，在小體量建筑結(jié)構(gòu)中得以應(yīng)用，但在大跨度結(jié)構(gòu)體系中應(yīng)用這一方法既無(wú)法確保整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量，也會(huì)給建筑施工增加不必要的施工工序，無(wú)形延長(zhǎng)建筑項(xiàng)目的施工周期，增加大型建筑的施工安全隱患[4]。

1 工程概述

集成電路制造線項(xiàng)目總承包工程位于深圳市龍崗區(qū)平大路與新廈大道交叉路口東北角。合同要求建筑工程質(zhì)量需要達(dá)到廣東省建設(shè)工程優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)，建筑項(xiàng)目的總建筑面積約為15.75 萬(wàn)m2，包括辦公樓、實(shí)驗(yàn)樓、實(shí)驗(yàn)樓、停車庫(kù)、倉(cāng)庫(kù)等其他廠房配套設(shè)施。

B1 實(shí)驗(yàn)樓鋼結(jié)構(gòu)為屋架鋼結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)寬度為96m×48m，跨度為24m，用鋼量為1045t，結(jié)構(gòu)形式為桁架結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件概況如表1 所示。

表1 鋼結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件概況

2 施工重難點(diǎn)

案例工程的鋼桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)新穎，一共分為16 跨，跨度較大為24m，桁架最重為23.2t。在實(shí)際施工過程中，需要利用200t 汽車吊分段吊裝，上下弦桿則使用50t 汽車吊裝施工。

案例工程涉及的構(gòu)件品種較多，各個(gè)鋼構(gòu)件需要在工廠加工完成之后到施工現(xiàn)場(chǎng)拼裝，為此需要在鋼板進(jìn)場(chǎng)前對(duì)其進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，下料前完成原材取樣、送檢的工作。同時(shí)需要對(duì)于各種配件按照?qǐng)D紙要求來(lái)分類編號(hào)，有序開展構(gòu)件打包運(yùn)輸工作。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)要求對(duì)于構(gòu)件分類就近堆放，盡可能地減小對(duì)于構(gòu)件的二次搬運(yùn)，與此同時(shí)也要合理應(yīng)用機(jī)械裝置，提升構(gòu)件搬運(yùn)效率，保障建筑項(xiàng)目的施工工期。

案例工程的緊固件連接關(guān)乎整個(gè)建筑項(xiàng)目的施工質(zhì)量，通過開展高強(qiáng)螺栓連接副試驗(yàn)，施工現(xiàn)場(chǎng)抗滑移試驗(yàn)，繼而全面提升高強(qiáng)螺栓安裝質(zhì)量。

3 大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)屋頂快速施工技術(shù)

3.1 工藝流程

單榀桁架地面拼裝→單榀桁架地面焊接、吊耳焊接→側(cè)（北側(cè)）桁架及上下弦桿吊裝→螺栓緊固及桿件焊接→另一側(cè)桁架及上下弦桿安裝→螺栓緊固及桿件焊接→上部門架吊裝→安裝完成。

3.2 大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)吊裝要點(diǎn)

3.2.1 吊裝裝置選擇

吊裝機(jī)械選擇是根據(jù)工程實(shí)際施工情況、構(gòu)件重量以及吊裝半徑選擇吊裝機(jī)械。案例工程的屋架單片為24m，最大重量為23.2t，現(xiàn)場(chǎng)吊裝半徑選取20m，吊裝高度為19.6m，以200t 汽車吊相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)選取53.03m 吊車臂長(zhǎng)取53.03m，吊裝重量設(shè)計(jì)為23.5t，吊裝鋼絲繩的直徑為45.5mm，吊裝用的卡環(huán)為25t標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.2 拼裝平臺(tái)設(shè)計(jì)

拼裝平臺(tái)搭建受到運(yùn)輸條件以及施工現(xiàn)場(chǎng)條件制約，構(gòu)件只能在現(xiàn)場(chǎng)拼裝后整體吊裝施工，因此拼裝場(chǎng)地需要盡可能選擇在吊裝施工附近區(qū)域，避免出現(xiàn)二次倒運(yùn)情況。拼裝平臺(tái)的型鋼需要利用水平儀超平，而型鋼下方需要利用鋼板塞實(shí)，而拼裝場(chǎng)地也要進(jìn)行平整與夯實(shí)，避免拼裝場(chǎng)地出現(xiàn)下沉現(xiàn)象。

3.2.3 屋架吊裝要點(diǎn)

1.吊裝前。施工人員需要根據(jù)構(gòu)件重量、施工作業(yè)半徑確定施工流程，選用200t 的汽車吊開展屋架單片的吊裝作業(yè)，先對(duì)實(shí)驗(yàn)樓北側(cè)的屋架進(jìn)行吊裝施工。此外，在吊裝前施工人員需要對(duì)預(yù)埋螺栓的螺母以及墊片安裝狀況進(jìn)行檢查與調(diào)整，對(duì)于操作平臺(tái)的搭設(shè)情況進(jìn)行檢查，對(duì)于吊裝設(shè)備、鋼絲繩等器械設(shè)備進(jìn)行安全檢查，有效避免安全事件的發(fā)生。

2.吊裝中。吊裝作業(yè)準(zhǔn)備工作完成后便可進(jìn)行起吊作業(yè)。第一，屋架起吊時(shí)需要保證吊裝速度的緩慢，柱腳板為方形板的接觸面不動(dòng)，屋架緩慢性直立，而吊車吊臂可伴隨其緩慢仰桿，確保吊鉤與鋼絲繩始終處于垂直狀態(tài)。在屋架垂直立起時(shí)需要先停止起鉤，確保屋架穩(wěn)定后緩慢起吊，避免屋架出現(xiàn)較大的晃動(dòng)發(fā)生安全隱患。第二，在屋架起升過程中，調(diào)度指揮人員需要觀察屋架的動(dòng)態(tài)并及時(shí)與吊車司機(jī)保持聯(lián)系，等待屋架轉(zhuǎn)過廠房混凝土達(dá)到安裝區(qū)域位置上方后，可停止吊車轉(zhuǎn)臂并穩(wěn)定屋架桁架。安排兩名施工人員在桁架基礎(chǔ)架體上穩(wěn)定屋架桁架并幫助屋架平穩(wěn)下落至地腳螺栓上方50mm 區(qū)域，施工人員需要從兩個(gè)方面將地腳螺栓與鋼柱柱腳板的孔位對(duì)準(zhǔn)，通過緩慢落鉤確保屋架鋼柱能夠平穩(wěn)落在地腳螺栓孔位置。第三，施工人員需要墊好墊片并擰上螺母，利用線墜檢查屋架鋼柱垂直度，在調(diào)整好其垂直度后利用螺母擰緊，吊車便可松掉鋼絲繩而施工人員經(jīng)由立柱處的直爬梯在屋架上弦桿區(qū)域摘鉤。第四，在1 榀吊裝完畢后，方法同上進(jìn)行屋架后續(xù)吊裝工作。屋架吊裝完畢后利用50t 的汽車吊來(lái)吊裝上下弦桿間的連接次梁，繼而形成框架式的屋架結(jié)構(gòu)，確保框架式屋架結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性。第五，在屋架吊裝作業(yè)過程中，施工人員需要在施工現(xiàn)場(chǎng)周邊拉好警戒線，嚴(yán)令禁止與項(xiàng)目施工無(wú)關(guān)的人員進(jìn)入吊裝施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。

3.吊裝后。屋架吊裝作業(yè)完成后施工人員需要在鋪設(shè)樓承板前完成屋面上門式結(jié)構(gòu)安裝作業(yè)，針對(duì)所應(yīng)用的6m 寬小門式結(jié)構(gòu)可先行在地面上整體拼裝，在拼裝完成后進(jìn)行整體吊裝，而大門式結(jié)構(gòu)則需要進(jìn)行單根吊裝，吊裝方法與屋架吊裝方法同樣。

3.3 鋼梁施工要點(diǎn)

案例工程所應(yīng)用鋼梁最重為1.2t，長(zhǎng)度為5.5m。鋼梁吊裝工藝流程為固定安全扶手繩→清理鋼梁摩擦面，配備安裝螺栓→采用一鉤一吊方式起吊→安裝鋼梁，利用撬棍調(diào)整，對(duì)齊螺栓孔→螺栓臨時(shí)固定→高強(qiáng)螺栓替換安裝螺栓固定，終擰高強(qiáng)螺栓并補(bǔ)涂連接板油漆。

3.4 大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)焊接要點(diǎn)

3.4.1 明晰焊接內(nèi)容

對(duì)于案例工程鋼桁架結(jié)構(gòu)焊接工作，主要是針對(duì)鋼梁焊接，通過利用Q355B 材質(zhì)的鋼材對(duì)其進(jìn)行焊接。本次工作所選擇的焊接方法為拉弧式電弧螺柱焊以及焊條手工電弧焊，焊縫形式為平焊。

3.4.2 合理選擇焊接材料與工藝參數(shù)

案例工程的主要鋼構(gòu)件材質(zhì)為Q355B，選擇的焊接材料為Φ3.2mm的E50XX焊條、Φ4mm的E50XX焊條。

在進(jìn)行手工電弧焊工藝參數(shù)、CO2氣體保護(hù)焊工藝參數(shù)選擇過程中，需要以鋼板厚度、種類、坡口形式等為依據(jù)。

3.4.3 構(gòu)件焊接要點(diǎn)內(nèi)容

1.做好焊接準(zhǔn)備工作。第一，施工人員需要在焊接前清理好焊渣、飛濺等雜物，對(duì)于定位焊點(diǎn)以及收弧處需要利用角向磨光機(jī)修磨成緩坡狀，同時(shí)確保其沒有熔合、收縮孔等缺陷。第二，手工電弧焊是不能應(yīng)用于母材與組隊(duì)的坡口內(nèi)區(qū)域，而施工人員需要在試弧板上分別開展短弧、長(zhǎng)弧以及正?；￠L(zhǎng)的試焊工作，并嚴(yán)格核對(duì)其極性。第三，CO2氣體保護(hù)焊施工前，施工人員需要在試弧板上分別進(jìn)行焊接電流、收弧電流、收弧電壓的對(duì)比調(diào)試工作。施工人員需要開展氣體檢驗(yàn)工作，對(duì)于氣體流量、送氣時(shí)間、滯后時(shí)間進(jìn)行合適，同時(shí)也要確認(rèn)氣路不會(huì)出現(xiàn)阻滯、泄露的情況。第四，施工人員需要確保焊接材料與輔材均有質(zhì)量合格證書且滿足建筑項(xiàng)目的施工要求。與此同時(shí)，需要在施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)設(shè)置專門用于存儲(chǔ)焊材的場(chǎng)所，對(duì)于焊材分類存儲(chǔ)保管。第五，施工人員需要提前對(duì)焊接器材進(jìn)行安全檢查，確保焊接器材沒有故障問題，焊槍口無(wú)堵塞的問題，接口處未有氣體泄漏的問題。第六，施工人員需根據(jù)焊接形式以及焊接量提前配備充足的焊接人員與輔助人員。

2.構(gòu)件焊接控制要點(diǎn)。第一，施工人員需要在焊道兩側(cè)加上與母材同材質(zhì)、同坡口的引弧板與熄弧板。第二，在外界環(huán)境溫度低于焊接要求溫度時(shí)，可將焊構(gòu)件預(yù)熱至150℃時(shí)，利用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接操作。第三，為了避免出焊接變形問題，可采用對(duì)稱施焊的手段，隨時(shí)利用鋼尺檢驗(yàn)焊接尺寸并進(jìn)行調(diào)整，一層焊作為打底，二層焊與三層焊可逐步提升焊接電流、電壓，適當(dāng)降低焊接的速度。第四，在上層焊道相對(duì)較寬時(shí)，每一層可焊接2 遍到3 遍，每一遍焊接完成后均需要清理干凈熔渣，并密切觀察焊縫的融合狀況。第五，在焊縫存在局部缺陷時(shí)，可利用碳弧氣刨清除，借助角向磨光機(jī)打磨焊接干凈后再開展焊接工作。

3.明晰焊接條件。第一，在下雨天氣不允許開展焊接操作，倘若當(dāng)天必須要開展焊接施工，需要在施工作業(yè)區(qū)域設(shè)置防雨與防風(fēng)措施。同時(shí)在焊縫區(qū)的空氣濕度超過85%時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行加熱除濕處理。第二，施工人員需要確保焊縫表面的干凈，不可在表面存有、浮銹、油漆以及水分等。第三，風(fēng)力大于5m/s 采用手工電弧焊作業(yè)以及風(fēng)力大于2m/s 采用CO2氣體保護(hù)焊焊接作業(yè)時(shí)，需要在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置防風(fēng)棚。

3.5 高強(qiáng)螺栓施工要點(diǎn)

3.5.1 節(jié)點(diǎn)處理要點(diǎn)

在鋼結(jié)構(gòu)安裝調(diào)整完成作業(yè)后，施工人員需要對(duì)連接件進(jìn)行矯正作業(yè)施工，確保連接件并未有變形、錯(cuò)位等問題后，對(duì)其進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓安裝施工。先利用手動(dòng)扳手進(jìn)行緊固，加強(qiáng)二者與摩擦面的貼緊水平，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)穿入臨時(shí)螺栓數(shù)量不能少于高強(qiáng)度螺栓總數(shù)量的三分之一，而定位銷沖打穿入的數(shù)量則不能多于臨時(shí)螺栓總數(shù)的3%。

3.5.2 螺栓安裝要點(diǎn)

第一，大六角型螺栓連接副安裝過程中，施工人員需要確保根部墊圈有倒角的一層與螺栓頭傳入方向的一致。第二，需要保證安裝螺栓構(gòu)件摩擦面的干燥清潔性，避免出現(xiàn)雨中作業(yè)的情況。第三，高度螺栓的擰緊順序是節(jié)點(diǎn)板中心向邊緣施擰，外露絲扣最多為3 扣，在節(jié)點(diǎn)板上的孔超出允許偏差值導(dǎo)致高強(qiáng)螺栓不能穿通時(shí)，可利用鉸刀適當(dāng)進(jìn)行修整，施工人員需要確保修整后的最大直徑在螺栓直徑1.2 倍以內(nèi)。此外，在鉸孔過程中需要防止鐵屑落入板疊縫隙當(dāng)中，影響高強(qiáng)螺栓的安裝質(zhì)量。

3.5.3 高強(qiáng)螺栓緊固檢查

第一，在高強(qiáng)螺栓緊固過程中，施工人員需要對(duì)其等級(jí)、規(guī)格、長(zhǎng)度、外觀以及緊固順序等內(nèi)容進(jìn)行檢查。第二，在高強(qiáng)螺栓緊固完成后，施工人員需要利用0.3Kg 的小錘敲擊每一個(gè)螺栓螺母的一側(cè)，與此同時(shí)，施工人員需要用手指按住另一側(cè)，繼而檢查是否存在漏擰的情況。第三，高強(qiáng)螺栓復(fù)檢的抽查量是每一個(gè)作業(yè)班組每天終擰完畢數(shù)量的5%，復(fù)檢抽查不合格的數(shù)量需要低于被抽檢數(shù)量的10%。

4 結(jié)語(yǔ)

在建筑產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的背景下，各種大型建筑數(shù)量越來(lái)越多，大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)也愈發(fā)廣泛，針對(duì)此類建筑項(xiàng)目的施工要求也在不斷提升，在大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)屋頂快速施工過程中，需要尋找各個(gè)工序的施工關(guān)鍵點(diǎn)，合理組織項(xiàng)目施工，全面提升大型建筑施工質(zhì)量。