簡述智能實驗室工程大跨度鋼排架結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

阮金標(biāo)

（浙江省一建建設(shè)集團(tuán)有限公司，杭州 310013）

1 引言

因大跨度鋼排架結(jié)構(gòu)建筑具有空間大、側(cè)向剛度小、耐火性能差等特點，在建筑施工過程中，對鋼結(jié)構(gòu)的制作精度、現(xiàn)場拼裝施工和吊裝工藝等管理技術(shù)提出了較高的要求。因此，做好鋼排架結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場施工管控對施工效率與施工質(zhì)量的有效提升，同時保證施工安全有十分重要的意義。

2 實況案例

上海交通大學(xué)海洋裝備研究中心長興島基地一期項目4#智能制造實驗室項目，位于上海市崇明區(qū)長興島。本工程分別為中試試驗室和輔助用房組成，其中，中試試驗室為單層大跨度鋼排架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)為二連跨，單跨跨度為36 m，建筑平面尺寸為126 m×72 m，單層建筑結(jié)構(gòu)總高度為26.42 m。

通過對鋼排架結(jié)構(gòu)施工進(jìn)行分析研究,從鋼結(jié)構(gòu)施工場地規(guī)劃、機(jī)械選擇、鋼結(jié)構(gòu)吊裝連接、防火涂刷等施工技術(shù)的精心設(shè)計和周密布置安排，通過對施工技術(shù)的合理選擇以及對施工現(xiàn)場的有序管控，將本工程最終完滿地完成，并將施工過程中的安全與施工質(zhì)量進(jìn)行了有效的控制。

3 工程特點及重難點分析

1）本工程由中試試驗室和輔助用房組成，房屋結(jié)構(gòu)類型多，工期時間緊，對施工現(xiàn)場平面布置規(guī)劃管理要求高。

2）試驗室鋼結(jié)構(gòu)體量較大，且結(jié)構(gòu)構(gòu)件種類較多，節(jié)點比較復(fù)雜；構(gòu)件加工、運輸、安裝任務(wù)復(fù)雜，同時鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)埋及安裝精度要求極高。

3）鋼排架結(jié)構(gòu)跨度大，單層建筑結(jié)構(gòu)高度較高，對吊裝機(jī)械選擇和施工安全提出了更高的要求。

4 鋼結(jié)構(gòu)工程施工技術(shù)要點

在鋼結(jié)構(gòu)施工過程中難免會出現(xiàn)各種阻礙，為了將這些施工重難點進(jìn)行有效解決，必須采取針對性的施工技術(shù)，同時加強(qiáng)對施工現(xiàn)場的管理，以此保證施工質(zhì)量與施工安全[1]，本項目具體的施工技術(shù)要點如下。

4.1 科學(xué)布局施工地點

施工規(guī)劃原則：（1）協(xié)調(diào)性原則，即必須充分考慮工程涉及的各方需求，并將需求與鋼結(jié)構(gòu)施工的特點相結(jié)合；（2）經(jīng)濟(jì)實用、合理方便，并滿足安全文明要求；（3）場地布置首先要考慮鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)場道路，吊裝機(jī)械位置，構(gòu)件堆放場地，要求現(xiàn)場構(gòu)件堆置順序應(yīng)與施工吊裝順序相符，避免構(gòu)件重復(fù)搬運。同時現(xiàn)場道路的布置要能夠滿足鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件運輸車對于轉(zhuǎn)彎半徑的要求。

4.2 吊裝機(jī)械選擇及安全驗算

鋼結(jié)構(gòu)吊裝是主體結(jié)構(gòu)施工的重要環(huán)節(jié)。對吊裝設(shè)備（汽車吊）要結(jié)合場地情況、吊裝位置、設(shè)備性能等進(jìn)行安全驗算。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的吊裝應(yīng)符合設(shè)計要求，考慮構(gòu)件的類型、應(yīng)力控制水平、機(jī)械設(shè)備的起吊能力、構(gòu)件安放位置等因素，具體確定吊點位置、吊具設(shè)計、吊裝方法及順序，并進(jìn)行驗算分析。

根據(jù)吊車的定位及性能，選擇合適的吊裝機(jī)械進(jìn)行拼裝和吊裝作業(yè)，本工程構(gòu)件按照重量的不同以及場地布置的方式，采用2臺25 t汽車吊進(jìn)行構(gòu)件的地面拼裝和2臺80 t汽車吊進(jìn)行吊裝。

4.3 BIM技術(shù)應(yīng)用

1）施工深化設(shè)計：施工深化設(shè)計是在施工圖和施工圖設(shè)計模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)項目施工特點和現(xiàn)場情況，完善建立深化設(shè)計模型。在獲得項目前期資料的基礎(chǔ)上建立各專業(yè)模型，并對模型進(jìn)行專業(yè)調(diào)整優(yōu)化，再將各專業(yè)模型整合匯總進(jìn)行碰撞檢測，由專業(yè)工程師提供意見進(jìn)行審核反饋，經(jīng)過反復(fù)多次整合反饋直至碰撞問題為零，滿足所有相關(guān)單位的要求后，輸出施工圖，現(xiàn)場施工人員根據(jù)施工圖以及三維BIM模型進(jìn)行施工。

2）施工場地布置：本項目結(jié)合BIM模型搭建施工場地布置中的施工圍墻、大門、施工便道、各項設(shè)施模型等，并結(jié)合項目施工進(jìn)度反映各主要施工階段的場地布置和道路交通情況，輔助項目優(yōu)化施工現(xiàn)場布局，及時協(xié)調(diào)施工過程中影響時間和空間的因素，以實現(xiàn)場地布置科學(xué)合理。

3）施工流程模擬：在初始的施工設(shè)計模型中將施工流程與施工實況的數(shù)據(jù)信息實時錄入，并利用三維影像將施工流程進(jìn)行可視化的三維模擬。借此對方案實施進(jìn)行分析和優(yōu)化，提高方案審核的準(zhǔn)確性。本項目將針對危大工程，如鋼結(jié)構(gòu)吊裝工程、外立面施工、大型機(jī)電設(shè)備吊裝運輸?shù)冗M(jìn)行可視化模擬，真實地反映工程實體和施工環(huán)境、施工方法和順序、施工機(jī)械的運作方式、所需臨時及永久設(shè)施安裝的位置等，將施工方案及方案模擬文件一并提交，審批通過后再進(jìn)行現(xiàn)場實施。

4.4 鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)措施

施工分區(qū)：本工程主廠房鋼結(jié)構(gòu)場地為126 m（長）×72 m（寬），范圍較大，考慮到配合土建的混凝土澆筑施工可將鋼結(jié)構(gòu)劃分為6個施工區(qū)域，合理劃分施工段作業(yè)，實行流水施工和工序搭接[2]。

構(gòu)件分段及地面拼裝：本工程構(gòu)件分段按照運輸條件進(jìn)行確定，與相關(guān)運輸單位確定后，可運輸長度不超過18 m寬度不超過3 m的構(gòu)件，擬將鋼柱及屋架梁均分為2段，在工廠加工完成后分段運輸至施工現(xiàn)場后，在場內(nèi)設(shè)置拼裝場地進(jìn)行構(gòu)件的地面拼裝工作，構(gòu)件拼裝成整榀后吊裝，格構(gòu)柱等較重構(gòu)件的分段拼裝可采用現(xiàn)場80 t汽車吊進(jìn)行吊裝，屋架梁、抗風(fēng)柱等重量較輕構(gòu)件的分段拼裝可采用現(xiàn)場25 t汽車吊進(jìn)行吊裝。

吊裝方式：本工程鋼柱主要采用2點綁扎吊裝，屋架梁均采用2點焊接吊耳進(jìn)行吊裝，平面桁架可采取4點綁扎吊裝方式，其余鋼梁及次構(gòu)件采用2點吊裝。鋼梁2點吊裝時吊點位置處于3等分點處，鋼絲繩與鋼梁之間的夾角宜為45°～60°，采用綁扎吊裝時需采取木條等軟性保護(hù)措施包裹構(gòu)件邊緣，防止其割斷鋼絲繩（見圖1）。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)屋架吊裝示意圖

焊接要求：進(jìn)行焊接工藝時要嚴(yán)格按照GB 50661—2011《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》及GB 50205—2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》實施。

1）若焊接在工廠進(jìn)行，則在焊接工藝上應(yīng)盡量采用自動或半自動焊接工藝；若焊接在現(xiàn)場進(jìn)行，則應(yīng)盡量采用手工焊接，同時焊接流程要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，以此保證施工安全與施工質(zhì)量。

2）在工廠焊接時，對焊縫要充分控制，焊縫應(yīng)能保證多數(shù)構(gòu)件為平焊部位。

3）在現(xiàn)場焊接時，為保證質(zhì)量與安全，要選用合乎規(guī)格的腳手架以及天氣防護(hù)等設(shè)備。

4）等強(qiáng)對接焊應(yīng)設(shè)置引弧板，引弧板割去處應(yīng)機(jī)械加工（砂輪打磨或刨削）。

5）對接焊縫單面施焊且無襯板時應(yīng)補(bǔ)焊根。

6）進(jìn)行柱與柱的焊接時，應(yīng)在接頭100 mm內(nèi)、工形柱邊緣、腹板間、箱型柱角部壁板之間采用全熔透焊縫進(jìn)行焊接。

7）進(jìn)行梁與柱焊接時，在梁翼緣500 mm內(nèi)、柱翼緣、柱腹板間、箱型柱壁板間之間采用全熔透坡口焊縫進(jìn)行焊接。

高強(qiáng)螺栓安裝：本工程所采用高強(qiáng)螺栓為鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角頭螺栓，高強(qiáng)螺栓性能等級為10.9級。主要用于H型鋼與鋼管柱、H型鋼與H型鋼之間的連接。高強(qiáng)螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)＞0.45。具體要求如下：

1）首先將摩擦面進(jìn)行檢查與清潔，保證上面的潔凈，并對其進(jìn)行抗滑移試驗，對結(jié)果進(jìn)行判定。

2）保證高強(qiáng)度螺栓的穿入方向與施工方向的一致性。

3）進(jìn)行結(jié)構(gòu)件位置的確定，并在確定后進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓連接副的安裝，安裝時確保沖釘與螺栓的數(shù)量，避免出現(xiàn)強(qiáng)行穿入等不規(guī)范穿入。

4）組裝高強(qiáng)度螺栓連接副時，保證螺母帶圓臺一側(cè)的傾倒方向，其應(yīng)倒向墊圈有倒角的一側(cè)。

5）避免將高強(qiáng)度螺栓利用工具強(qiáng)行穿入，同時不得使用氣割法進(jìn)行擴(kuò)孔。

6）按照初擰、終擰的流程擰緊扭剪型高強(qiáng)度螺栓。初擰后，應(yīng)在高強(qiáng)度螺栓的螺母上做好標(biāo)記，之后利用專門的扳手進(jìn)行終擰，直至螺栓尾部的梅花頭脫落方可停止。

7）明確初擰與終擰的扳手差異，初擰時，使用定矩扳手，扳手可選擇手動與電動兩種，終擰使用電動扳手，扳手為固定的。此外，初擰的定矩扳手要定期進(jìn)行檢查標(biāo)定，在每次使用前還要二次矯正，以此保證扭矩誤差。

8）保證擰緊高強(qiáng)度螺栓的扭力順序為中央向外。

9）保證時效性，在進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓的初擰、終擰時應(yīng)保證在24 h內(nèi)完成。

高強(qiáng)度螺栓的質(zhì)量檢驗：終擰后可采用目測法進(jìn)行，判斷扭剪型高強(qiáng)度螺栓尾部的梅花頭是否脫落，若脫落則為合格。在驗收上報時應(yīng)保證資料的完整性，具體包含：抗滑移試驗數(shù)據(jù)，初擰、終擰原始數(shù)據(jù)，施工質(zhì)量檢驗數(shù)據(jù)等[3]。

4.5 鋼結(jié)構(gòu)涂裝要點

1）鋼結(jié)構(gòu)的涂裝要保證防腐涂料的質(zhì)量，因此，在出廠時要保證其具備完善的生產(chǎn)合格資料。

2）保證涂裝技術(shù)的施工設(shè)備充足，如稱量設(shè)備、配料設(shè)備、攪拌設(shè)備等，同時在配制時嚴(yán)格按照相關(guān)比例進(jìn)行，并保證涂料的攪拌均勻。

3）若使用雙組分的防腐涂料，則對比例更應(yīng)嚴(yán)格把控，并在攪拌后令其熟化，避免影響使用效果。

4）采用噴涂法。

5）技術(shù)人員要具備合格的施工資質(zhì)，并擁有國家相關(guān)的資質(zhì)證書，上崗前要經(jīng)過定向培訓(xùn)，保證施工質(zhì)量與施工安全。

6）保證噴涂順序為底漆、封閉漆。并保證每一層涂料的干燥與清潔。

7）當(dāng)防腐涂料噴涂完畢后，表層的涂層應(yīng)符合光滑、清晰、色澤均勻、無脫層、不空鼓、無流掛、無針孔、膜層厚度合格等要求。

8）確定漆膜的使用量，并保證噴涂的平均厚度，實時使用測量儀對漆膜厚度進(jìn)行測定。

9）針對涂裝的間隔要按照鋼結(jié)構(gòu)的類型進(jìn)行，同時保證涂裝間隔不能超過相關(guān)規(guī)定的最大限額。

5 結(jié)語

通過本鋼排架結(jié)構(gòu)工程的施工實踐，解決施工過程中存在的重難點問題和實際困難，從實際工程規(guī)劃、施工方案與流程的制定、施工設(shè)備的選擇購置、施工現(xiàn)場管理、對鋼排架結(jié)構(gòu)施工進(jìn)行全面控制，并給合BIM技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，從而快速、精準(zhǔn)、保質(zhì)、安全完成了鋼結(jié)構(gòu)工程，并有效地保障了工期。這也是順應(yīng)當(dāng)前文明施工、優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)目標(biāo)的方式，并取得了較好的社會榮譽(yù)和經(jīng)濟(jì)效益。