中山大學北校園醫(yī)學科研樓連廊鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

譚靈君

(廣州市第二建筑工程有限公司，廣東 廣州 510045)

現(xiàn)代建筑工程結(jié)構(gòu)型式呈現(xiàn)出多元化發(fā)展趨勢，鋼結(jié)構(gòu)型式逐漸取代了傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)型式，這對減少造價成本、縮短工期時間、改善造型效果起到積極正面影響，這也標志著我國建筑業(yè)邁入全新發(fā)展階段。與此同時，連廊鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)與傳統(tǒng)建造模式存在本質(zhì)差異，原有工藝技術(shù)、施工經(jīng)驗缺乏適用性，現(xiàn)場施工期間難免出現(xiàn)錯誤操作問題，存在質(zhì)量和安全隱患。

1 項目概況

中山大學廣州校區(qū)北校園醫(yī)學科研樓1號2號項目位于廣州市越秀區(qū)東風東路658號，以連廊鋼結(jié)構(gòu)部分安裝作為施工范圍，科研樓建筑主體結(jié)構(gòu)采取鋼筋混凝土剪力墻型式，連廊鋼結(jié)構(gòu)采取空間桁架型式，以混凝土柱作為支撐構(gòu)件，總重量與長度分別為44t與24.15m，斷面高度為4.6m，使用H型鋼制作上下弦桿、腹桿等部件，采取焊接作為對接方式。本項目嚴格遵循《鋼結(jié)構(gòu)高強螺栓連接技術(shù)規(guī)程》(JGJ 82—2011)、《鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》(GB 50755—2012)等現(xiàn)行規(guī)范，以達到國家現(xiàn)行施工規(guī)范與廣州市現(xiàn)行規(guī)定要求作為工程建設目標。

2 連廊鋼結(jié)構(gòu)施工工藝流程與技術(shù)要點

2.1 連廊制作

在連廊制作環(huán)節(jié)，提前按照圖紙做好測量放樣等準備工作，按照1∶1比例在放樣臺上標記實體形狀，復核放樣成果是否符合施工詳圖與零部件圖樣要求，并在樣板上設置加工記號。采取氣割下料、機械剪切下料等方法，從原材料上下料分離零件。正常情況下，采取機械剪切下料方式，鋼板厚度超過12cm時操縱剪板機與沖剪機來切割鋼材，磨平切口表面毛刺，保持切口表面光滑、平整與規(guī)則狀態(tài)[1]。最后，在板料上標記多處彎曲點位，使用旋轉(zhuǎn)輥軸對鋼板進行彎曲處理，保持鋼板縱向中心線和滾筒軸線平行狀態(tài)，重點控制型鋼彎曲半徑，把邊緣部位壓彎至一定傾角，并在指定位置制作特定規(guī)格的預留孔，后續(xù)作為鉚釘孔或是螺栓孔，待鋼板彎曲成型后，對鋼構(gòu)件進行矯正處理，即可完成鋼構(gòu)件制作任務，盡量采取機械矯正方法。

2.2 鋼構(gòu)件預處理

鋼構(gòu)件轉(zhuǎn)運入場后，質(zhì)檢員對各批次鋼構(gòu)件質(zhì)量與安裝編號進行核對檢查，核查出廠許可證與質(zhì)檢報告等文件。在鋼構(gòu)件通過入場檢驗后，施工人員做好構(gòu)件預處理工作，以改善鋼構(gòu)件使用狀態(tài)作為處理目的，具體采取缺陷修補、除銹、防腐、防火四項處理措施。1)缺陷修補，檢查鋼構(gòu)件是否存在裂紋、孔穴、未熔合、固體夾雜等質(zhì)量缺陷，根據(jù)缺陷類型、破損程度來制定專項修補方案。以裂紋缺陷為例，鎖定裂紋部位，裂縫兩端鉆設止裂孔，鏟除表面焊縫金屬，開展補焊作業(yè)；2)鋼構(gòu)件除銹，采取噴砂、鋼絲刷、砂輪打磨等方法，清除鋼結(jié)構(gòu)表面殘留銹跡，除銹完畢后在表面均勻涂刷防銹保護漆層，檢查漆層厚度與均勻程度是否達標，避免后續(xù)再次出現(xiàn)銹蝕問題；3)鋼構(gòu)件防腐，清理鋼構(gòu)件表面灰塵雜質(zhì)，保持表面潔凈狀態(tài)，在表面均勻涂刷具備防腐性能的油性基料，或是噴涂具備揮發(fā)性與快干性的防腐涂料。根據(jù)鋼構(gòu)件防腐性能要求、現(xiàn)場環(huán)境條件來確定涂料品種、涂層厚度以及涂刷遍數(shù)；4)鋼構(gòu)件防火，考慮到鋼結(jié)構(gòu)連廊具備不耐火的局限性，火災持續(xù)期間會大幅降低鋼材強度及彈性，容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)塌陷等安全事故。因此，需要對構(gòu)件進行防火保護處理，在表面均勻噴涂防火漆層，或是鋪貼耐燃隔熱材料作為防火層，保持防火層與鋼構(gòu)件表面緊密貼合狀態(tài)[2]。在本項目，最終選用Q355B鋼材制作鋼構(gòu)件，對鋼構(gòu)件進行除銹、防腐與防火處理，要求除銹等級不低于Sa2.5，構(gòu)件表面噴砂除銹后依次噴涂環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧云鐵中間漆和丙烯酸面漆作為保護漆層。

2.3 提升支架安裝

提升支架是連廊鋼結(jié)構(gòu)施工體系的重要組成部分，負責把鋼構(gòu)件起吊就位后在高空原位散裝，或提前在現(xiàn)場地面把鋼連廊結(jié)構(gòu)拼裝成型，再將鋼結(jié)構(gòu)整體提升就位、拼裝連接。在提升支架安裝環(huán)節(jié)，提前在現(xiàn)場標記支架安裝位置，對現(xiàn)場地表進行夯實整平處理，上方支設模板與現(xiàn)澆混凝土，待混凝土固結(jié)成型后，拆除模板，把混凝土結(jié)構(gòu)作為提升支架基礎結(jié)構(gòu)。隨后，在基礎結(jié)構(gòu)上方依次安裝導向架、打入地錨與系上鋼絞線。導向架由角鋼、腳手架等材料制成，在提升器位置處平穩(wěn)架設導向架，要求架體橫梁標高略超過天錨標高，架體水平位置偏差控制在10cm以內(nèi)[3]。地錨數(shù)量和提升器數(shù)量保持一致，在鋼桁架主梁上翼緣板下方吊具內(nèi)部設置地錨，保持下方地錨、上方提升器豎直對應狀態(tài)，設置壓板來固定地錨位置，在壓板下方預留一定空隙，確保地錨可以自由轉(zhuǎn)動。鋼絞線穿入提升器內(nèi)，使用鋼絞線把提升器固定安裝在提升梁部位，檢查各臺提升器的鋼絞線根數(shù)是否達標，穿線完畢后縮緊上下錨。最后，在提升支架安裝完畢后，開展提升試驗，以驗證支架承載性能作為試驗目標，如果未通過提升試驗，則對支架結(jié)構(gòu)采取額外加固措施，或是調(diào)整鋼構(gòu)件起吊安裝方案內(nèi)容。

2.4 連廊桁架吊裝

在連廊桁架吊裝環(huán)節(jié)，必須做好前期準備工作，對起重機進行充分保養(yǎng)，檢查吊索吊具質(zhì)量性能是否達標，對施工人員進行安全教育與技術(shù)交底，清理吊裝路徑沿途障礙物。按照既定方案安裝吊索吊具，把鋼構(gòu)件起吊至地面上方0.3m處懸停，懸停時間不得少于10min，觀察鋼構(gòu)件穩(wěn)定性是否合格，出現(xiàn)構(gòu)件松脫失穩(wěn)情況時必須修改方案內(nèi)容，調(diào)整吊點數(shù)量、位置。隨后，參照施工圖紙在現(xiàn)場標記各處預埋件的安裝位置，引測平面控制線和高程控制線，在混凝土結(jié)構(gòu)上打入預埋件，主要以螺栓作為預埋件，全面檢查各處預埋件安裝質(zhì)量是否達標。在本項目，要求預埋件平面位移量不超過±5mm、標高偏差不得超過±2mm、螺栓中心位移量不得超過±1mm。最后，在桁架上設置鋼管與鋼絲繩，按照吊裝方案，把鋼桁架平穩(wěn)起吊至安裝面上方懸停，構(gòu)件朝向角度調(diào)整完畢后，平穩(wěn)下放鋼桁架，連接地腳錨栓和桁架下端，焊接桁架上端和混凝土結(jié)構(gòu)植入的化學螺栓，在鋼桁架臨時固定后，方可解除卡索機構(gòu)與拆除吊具，重復上述操作，完成剩余各榀鋼桁架與連接梁的吊裝作業(yè)。

2.5 高空合龍

依次將鋼構(gòu)件在水平方向與高度方向就位，再采取臨時固定措施，把鋼構(gòu)件初步拼裝形成連廊鋼結(jié)構(gòu)。1)水平就位，提前在連廊主梁兩端位置設置預留段，把提升單元緩慢上提到合龍高度后，操縱導鏈來調(diào)節(jié)水平方向與連廊空中姿態(tài)，同步測量對口長度，待連廊空中姿態(tài)達到設計要求后，在預留段兩端進行連接處理，分別采取全等強焊接方式、高強螺栓與焊接混合方式；2)高度就位，提前在現(xiàn)場布置傳感器裝置，通過傳感器實時測量連廊結(jié)構(gòu)提升高度，施工人員根據(jù)測量數(shù)據(jù)來點動調(diào)整液壓提升器，調(diào)整精度保持在mm級，直至連廊結(jié)構(gòu)到達設計高度、高度偏差不超過限值；3)臨時固定，現(xiàn)場配備具備自鎖功能的液壓提升器，待連廊結(jié)構(gòu)提升就位后，啟動自鎖裝置來臨時固定提升單元位置，臨時停留期間操縱倒鏈把連廊結(jié)構(gòu)與建筑主體結(jié)構(gòu)相互連接。

2.6 節(jié)點連接

連廊鋼結(jié)構(gòu)主要采取高強螺栓連接、焊接連接兩種形式，施工人員必須掌握正確工藝做法。1)高強螺栓連接，檢查所準備螺栓的外觀質(zhì)量、型號是否合格，禁止使用生銹、缺牙、損牙的劣質(zhì)螺栓，并對螺栓的機械性能與化學性能進行檢驗。隨后，對安裝面進行處理，保持連接板表面緊密貼合狀態(tài)，接觸面間隙值超過1mm時在板體一側(cè)朝受力方向打磨緩坡，接觸面間隙值超過3mm時增設墊板。準備工作完成后，在預留孔內(nèi)擰入臨時螺栓，開展調(diào)孔清孔作業(yè)，再采取扭矩法分多次擰入高強螺栓，以中心點作為起始位置，初擰力矩保持在30%～50%左右，終擰力矩必須完全達到設計扭矩，最終向四周方向擴散擰入剩余高強螺栓；2)焊接連接，優(yōu)先采取氣體保護焊技術(shù)，在現(xiàn)場風速低于2m/s時開展焊接作業(yè)，標記焊接位置，清理鋼構(gòu)件和預埋件表面灰塵污漬，保持焊縫潔凈、干燥狀態(tài)[4]。隨后，對焊縫進行預熱處理，以焊縫兩側(cè)150mm作為預熱范圍，預熱后的溫度保持在100～150℃以內(nèi)，預熱完畢后一次完成焊接作業(yè)，實時清理焊接熔渣，最后檢查焊縫質(zhì)量是否達標，必要時開展補焊作業(yè)。如果鋼構(gòu)件厚度超過3cm，或是屈服強度較高，則額外增設焊后熱處理步驟，處理溫度控制在150～200℃以內(nèi)，后續(xù)自然冷卻至室溫。

3 連廊鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的應用策略

3.1 質(zhì)量通病防治處理

連廊鋼結(jié)構(gòu)施工受到工藝操作、現(xiàn)場環(huán)境等因素影響，難免出現(xiàn)各類質(zhì)量通病，如果問題發(fā)現(xiàn)、處理不及時則會對連廊結(jié)構(gòu)性能與使用安全造成負面影響。對此，施工單位在采取工序交接檢驗、原材料入場檢驗等質(zhì)控措施的同時，還需要掌握質(zhì)量通病客觀出現(xiàn)規(guī)律，提前采取防治處理措施，典型質(zhì)量通病包括焊縫咬邊、預埋螺栓偏位、鋼構(gòu)件垂直偏差等。1)焊縫咬邊，形成原因包括焊接電源超標、焊條把持角度不當、錯誤選用焊條規(guī)格，施工人員提前開展焊接試驗，根據(jù)試驗結(jié)果來確定焊接電流、電弧等工藝參數(shù)的最佳值。如果后續(xù)仍舊出現(xiàn)焊縫咬邊問題，則對咬邊深度超標部位開展補焊作業(yè)，補焊次數(shù)控制在2次以內(nèi)；2)預埋螺栓偏位，形成原因包括測量誤差、螺栓在混凝土現(xiàn)澆期間受到擠壓、施工機械碰撞錯位，施工人員應采取預埋螺栓控制線引測復核、保持預埋螺栓與混凝土模板及鋼筋安全間距、設置井字形鋼管固定螺栓位置、預埋螺栓成品保護等防治處理措施；3)鋼構(gòu)件垂直偏差，形成原因包括未設置墊塊、墊塊數(shù)量偏少，要求施工人員在鋼構(gòu)件吊裝就位后，在底部墊設若干墊塊，以鋼柱構(gòu)件為例，在柱腳四處方向均設置墊塊，檢查墊塊高差與表面平整度是否達標，墊塊起到維持鋼柱平穩(wěn)狀態(tài)、預防失穩(wěn)變形的作用[5]。

3.2 施工監(jiān)測

在連廊鋼結(jié)構(gòu)施工期間，可能出現(xiàn)高處墜落、鋼結(jié)構(gòu)變形失效等情況，如果繼續(xù)開展施工活動，無法為連廊施工質(zhì)量提供有力保障，嚴重時引發(fā)安全事故出現(xiàn)。因此，施工單位需要同步開展監(jiān)測作業(yè)，設立鋼結(jié)構(gòu)應力監(jiān)測、變形監(jiān)測等項目，全程觀察現(xiàn)場施工情況，發(fā)現(xiàn)異常情況后立即叫?，F(xiàn)場施工、著手解決施工問題。1)鋼結(jié)構(gòu)應力監(jiān)測，采取電阻應變法，提前在連廊鋼結(jié)構(gòu)上布置繞絲型、薄膜式等種類的電阻應變片，如果鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)撓度變形、節(jié)點位移等問題，應變片隨之出現(xiàn)變形現(xiàn)象，通過觀測電阻值變化情況來確定應變程度、鎖定應變位置；2)鋼結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測，采取導線法、自由設站法、三角測量法等常規(guī)方法，現(xiàn)場布設若干監(jiān)測點，確定監(jiān)測頻率，定期采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)來判斷鋼結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)變形現(xiàn)象、變形程度是否超過安全范圍。同時，也可采取GPS變形監(jiān)測技術(shù)，現(xiàn)場布置GPS接收機，動態(tài)測量測點三維位置，根據(jù)三維坐標值變化情況來掌握鋼結(jié)構(gòu)變形程度，此項技術(shù)具備全天候監(jiān)測條件，可以在短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)變形問題，及時采取解決措施，避免鋼結(jié)構(gòu)過度變形。

3.3 編制專項施工方案

現(xiàn)代建筑工程有著工期時間長、現(xiàn)場環(huán)境復雜特征，在強風、暴雨等惡劣天氣下，常規(guī)施工方案缺乏指導價值，容易形成施工紕漏與質(zhì)量安全隱患。因此，施工單位需要根據(jù)已掌握信息，判斷特殊天氣對連廊鋼結(jié)構(gòu)施工過程造成的具體影響，編制專項施工方案。在本項目，陸續(xù)制定面向雨季、強風天氣與夜間等特殊情況的專項施工方案。1)雨季施工方案，在提升支架與垂直運輸機械周邊設置排水設施，持續(xù)監(jiān)測設備與平臺的垂直度與沉降量，現(xiàn)場出現(xiàn)五級以上雷雨天氣時禁止開展鋼構(gòu)件吊裝作業(yè)，雨后對機電設備、提升支架與塔吊設備進行全面檢查。同時，要求施工人員穿戴防滑雨鞋等施工防護設備，對鋼構(gòu)件與施工設施采取防雨防滑保護措施，在現(xiàn)場空氣濕度超過80%時不得露天開展焊接作業(yè)，在節(jié)點連接前對焊接母材進行預熱驅(qū)潮處理；2)強風天氣施工方案，持續(xù)收集當?shù)貧庀筚Y料，在強風天氣來臨前對已拼裝鋼結(jié)構(gòu)、施工機具、臨時設施與腳手架結(jié)構(gòu)進行預防性加固處理，風力超過五級時不得開展鋼構(gòu)件吊裝等高空作業(yè)，大風后檢查現(xiàn)場情況與清理現(xiàn)場垃圾；3)夜間施工方案，盡量在晝間開展連廊鋼結(jié)構(gòu)施工作業(yè)，如果施工進度嚴重落后，則組織夜間施工，以節(jié)點焊接、高強度螺栓連接等危險系數(shù)較小的工序作為夜間施工內(nèi)容，禁止在夜間開展鋼結(jié)構(gòu)吊裝作業(yè)。

4 結(jié)語

綜上所述，為有效應對復雜施工形勢，順利完成連廊鋼結(jié)構(gòu)施工任務，做到對鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)功能效用的充分發(fā)揮。施工單位理應提高對施工技術(shù)的重視程度，掌握鋼構(gòu)件制作、連廊桁架吊裝等關(guān)鍵工序的技術(shù)要點，全程控制現(xiàn)場施工質(zhì)量，落實質(zhì)量通病防治處理、施工監(jiān)測、編制專項施工方案三項應用策略，為連廊施工質(zhì)量提供技術(shù)保障。