大型鋼連廊結(jié)構(gòu)施工技術(shù)方案研究

黃 亮 王育安 袁 群 吳多俊 劉蕭峰

1 工程案例

某大廈施工總承包工程場地東西長約61 m，南北長約314 m，總用地面積24317.22 m2，建設(shè)用地面積19990.29 m2。項目由3 座辦公樓和商業(yè)裙房組成，總建筑面積256310.09 m2，其中地上總建筑面積185343.34 m2，地下總建筑面積為70966.75 m2。A 棟辦公樓共39 層，其總高度192.90 m，B 棟辦公樓共30 層，該建筑高度為150.30 m，C 棟辦公樓共17 層，建筑高度為87.58 m。

本項目連廊鋼結(jié)構(gòu)獨(dú)立承重柱和混凝土梁的施工部位位于A 棟與B 棟之間3 ～4 層的鋼構(gòu)連廊，以及B 棟與C 棟之間3 ～4 層的鋼構(gòu)連廊。連廊鋼結(jié)構(gòu)為焊接H 型截面，最大質(zhì)量為25.3 t，截面尺寸1050 mm×700 mm×50 mm×50 mm，跨度為25.5 m。

支模架支承面為地下室頂板，因此在頂板施工完成后應(yīng)進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，確保混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求，以滿足梁柱承載力，進(jìn)而達(dá)到支模荷載。2段連廊鋼結(jié)構(gòu)獨(dú)立柱和3 層混凝土梁的支模架體高度均為9.35 m，4 層混凝土梁的支模搭設(shè)總高度為14.9 m。鋼構(gòu)連廊獨(dú)立承重柱和混凝土梁的架體寬度為5.45 m，架體高寬比應(yīng)滿足規(guī)范要求且不應(yīng)大于3.0，并在獨(dú)立柱和3 層混凝土梁內(nèi)預(yù)埋鋼管作為連墻件，以滿足鋼管架體的穩(wěn)定性。高支模架體施工主要采用扣件式鋼管腳手架，施工前應(yīng)繪制高支模搭設(shè)施工圖并驗算，保證施工安全。

2 連廊鋼結(jié)構(gòu)吊裝安全施工方案分析

2.1 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計需要將概念模型轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計模型和圖紙，通過分析和計算桿件及節(jié)點的加工、運(yùn)輸與安裝等，確定桿件與節(jié)點的焊縫、螺栓、分段和吊裝耳板等，確保桿件與節(jié)點的安全性[1]：首先，要按照桿件實際長度建立三維模型，將單線模型分別導(dǎo)入2 個以上結(jié)構(gòu)有限元計算軟件，驗算結(jié)構(gòu)空間受力，并計算所有桿件的壓桿長細(xì)比、強(qiáng)度應(yīng)力和穩(wěn)定應(yīng)力比。其次，參照調(diào)整后的桿件斷面建立實體模型，按照桿件受力性能劃分主次桿件，使用主要桿件裁切次要桿件，自動生成桿件端口的空間相交曲線。最后，生成深化圖紙，要表示出桿件長度、斷面尺寸、桿件相交角度以及螺栓孔間距等內(nèi)容。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)加工

鋼結(jié)構(gòu)加工是影響施工質(zhì)量的關(guān)鍵性因素，加工流程如下：技術(shù)準(zhǔn)備—材料采購和復(fù)驗—鋼材前期加工—桿件加工—節(jié)點整體組裝—涂裝—運(yùn)輸。在技術(shù)準(zhǔn)備階段，要確定焊接工藝和試驗方案，并進(jìn)行管理、技術(shù)和人員培訓(xùn)。在鋼結(jié)構(gòu)加工制作前，需要明確構(gòu)件截面尺寸、桿件連接技術(shù)要求、構(gòu)件加工制作和安裝連接要求、鋼結(jié)構(gòu)焊接要求以及未注明的角焊縫焊腳要求等。在鋼結(jié)構(gòu)加工過程中，要預(yù)處理鋼材變形，再進(jìn)行零部件的放樣和劃線，完成材料拼接和構(gòu)件組裝[2]。

在鋼結(jié)構(gòu)焊接加工時，要選擇合適的焊接工藝、材料和設(shè)備，并進(jìn)行焊接材料烘焙，同時要根據(jù)工藝要求進(jìn)行焊接人員培訓(xùn)。在焊接過程中，要根據(jù)不同工藝類型采用不同的焊接流程，并控制材料變形和裂紋，確保焊接質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求。在鋼結(jié)構(gòu)加工過程中，要控制切割、矯正、成型、邊緣加工、端部銑平、安裝焊縫坡口以及鋼結(jié)構(gòu)外形尺寸等的精度質(zhì)量，為施工質(zhì)量管理奠定基礎(chǔ)。

2.3 吊裝施工工藝

本工程A 棟與B 棟之間以及B棟與C 棟之間有2 根鋼柱和2 層鋼連廊，鋼柱和鋼梁采用100 t 汽車起重機(jī)進(jìn)行吊裝。3 層鋼梁標(biāo)高為9.650 m，下方為1 層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)面，其標(biāo)高為±0.000 m。4 層鋼結(jié)構(gòu)頂面標(biāo)高為15.900 m，下方為3層鋼梁結(jié)構(gòu)板面，其標(biāo)高為9.650 m。

本工程若采用分段安裝方式，高空組裝和焊接工作量較大，現(xiàn)場機(jī)械設(shè)備難以滿足吊裝要求，需要大量高空組拼胎架，不但搭設(shè)難度大而且分段數(shù)量多，存在較大的質(zhì)量隱患[3]。此外，分段安裝施工難度較大，不利于控制施工安全、質(zhì)量和工期。因此，結(jié)合技術(shù)要求和工程經(jīng)驗，對于部分鋼結(jié)構(gòu)采用分段吊裝法，即先在工廠完成前期拼裝、焊接和油漆等工作，然后在施工現(xiàn)場拼接吊裝到位。該方法施工范圍主要集中于樓面位置，對其他專業(yè)施工影響較小，且高空作業(yè)量少，吊裝安全性高，能夠提高施工進(jìn)度和成本控制水平。

鋼梁分段吊裝施工流程如下：施工準(zhǔn)備—測量放線—搭設(shè)臨時支架—地面拼裝—設(shè)置安全措施—鋼梁吊裝—測量校正—焊接—探傷—拆除臨時支架—完成鋼梁安裝。部分鋼梁截面較大，單根質(zhì)量較重，超出汽車起重機(jī)的起重能力，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點、現(xiàn)場吊裝設(shè)備條件、場地情況以及施工便利性，將鋼梁分節(jié)吊裝，分節(jié)位置設(shè)置在鋼梁1/3 位置。

為方便現(xiàn)場安裝并確保吊裝安全，工廠加工制作鋼梁時，應(yīng)在鋼梁上部開吊裝孔或焊接吊耳，大跨鋼梁采用焊接吊耳的方式，輕型鋼梁則采用預(yù)留吊裝孔的方式。吊裝孔或吊耳的位置到鋼梁端頭的距離一般為構(gòu)件總長的1/4。吊耳規(guī)格200 mm×200 mm，厚度為20 mm，材質(zhì)為Q355，通過焊接與鋼梁連接。本工程主體鋼結(jié)構(gòu)地上高度為15.90 m，可采用汽車起重機(jī)吊裝每層柱間的主梁和次梁。單根鋼構(gòu)件吊裝示意圖，如圖1 所示。

圖1 單根鋼構(gòu)件吊裝示意圖（來源：作者自繪）

構(gòu)件進(jìn)場后，需審核檢查探傷報告，并采用量測、目測以及儀器檢測等方法，檢查構(gòu)件的外觀、尺寸和焊縫，檢查合格后進(jìn)行移交存放處理[4]。構(gòu)件要堆放在指定區(qū)域，堆放場地應(yīng)排水良好，對于易積水位置要用枕木將構(gòu)件架空，避免構(gòu)件泡水銹蝕。構(gòu)件排布應(yīng)預(yù)留空隙，便于現(xiàn)場加工和吊裝。

鋼梁安裝采用先主梁后次梁、先內(nèi)后外和先下層后上層的順序進(jìn)行。每個區(qū)域鋼柱安裝完成后，應(yīng)及時安裝柱頂樓層的主梁和環(huán)梁，其余鋼梁在前一區(qū)域鋼柱和鋼梁校正及焊接完成后進(jìn)行安裝，安裝時要綜合考慮軸線、水平度、標(biāo)高和連接板間隙等因素，安裝到位后進(jìn)行校正，確保各分項偏差值均控制在設(shè)計和規(guī)范要求范圍內(nèi)。吊裝時需注意鋼梁方向，鋼梁就位后要先將梁兩端孔通過沖釘對位，然后用螺栓擰緊。

在鋼梁拼接前要布置胎架平面，設(shè)計支撐點、格構(gòu)柱和埋件等，確保拼裝胎架能夠有效傳遞荷載，控制施工結(jié)構(gòu)變形，確保支撐體系的可靠性。鋼梁吊裝時，首先，要用墊木墊平拼接場地。其次，在地面拼接組裝鋼梁，并用水準(zhǔn)儀測量標(biāo)高，確保高差控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)，并進(jìn)行拼裝起拱和焊接質(zhì)量控制。再次，拼裝結(jié)束后要用水準(zhǔn)儀復(fù)測鋼梁水平度，確認(rèn)無誤后用高強(qiáng)螺栓固定，并進(jìn)行磨光、除銹和補(bǔ)漆。最后，將鋼梁吊至合適位置，并校正基座中心、柱頂定位軸線、鋼梁垂直度以及側(cè)向彎曲，校正無誤后松開吊鉤。

緊固高強(qiáng)度螺栓要選擇合適的機(jī)具設(shè)備，并檢查和修復(fù)栓孔孔徑。裝配和緊固接頭時，應(yīng)從安裝完成端或剛性端向自由端進(jìn)行。此外，高強(qiáng)螺栓的初擰和終擰要按照緊固順序進(jìn)行，由螺栓群中間向兩邊對稱逐個擰緊。

鋼梁吊裝到位后，應(yīng)及時夾好連接板，對于孔洞存在偏差的接頭，應(yīng)采用沖釘配合調(diào)整跨間距，再用安裝螺栓擰緊[5]。連廊鋼梁吊籃由圓鋼制成，在地面驗收合格后吊至鋼梁側(cè)邊，便于現(xiàn)場安裝和校正。吊裝前需在鋼梁兩端上翼位置各安裝1 根圓鋼防護(hù)立桿，在2 根立桿間設(shè)置鋼絲繩，以確保施工人員行走安全。

3 鋼構(gòu)連廊獨(dú)立柱混凝土梁高大支模安全施工方案

3.1 高大模板支撐設(shè)計

本工程鋼構(gòu)連廊獨(dú)立柱和梁的模板施工采用木模板+腳手架的支撐形式。獨(dú)立柱及3 層和4 層的混凝土梁均采用扣件式鋼管腳手架，其中3 層梁采用高支模架體搭設(shè)，4 層梁采用普通扣件式鋼管支模架搭設(shè)。現(xiàn)澆梁支模采用木方次梁+鋼管主梁的方式，采用鋼管立柱支撐。支模形式為不共用梁板立柱，單獨(dú)支撐為頂托雙鋼管，掃地桿距地面200 mm，其步距為1100 mm，頂托伸出立桿長度不應(yīng)超過200 mm，頂托和立桿的自由端不應(yīng)超出最上道水平橫桿500 mm，梁側(cè)采用木方和雙鋼管，使用對拉螺桿固定。

3.2 高大模板施工工藝和注意要點

3.2.1 高大模板施工工藝

梁模板分為底模板和側(cè)模板，均采用木膠合板，用鐵釘拼接。梁模板安裝施工流程如下：排桿—放線和彈線—搭架—調(diào)整標(biāo)高并安裝板底模—安裝梁底模—放置和綁梁鋼筋—安裝側(cè)?！Ｕ龢?biāo)高—驗收并移交混凝土工種。搭設(shè)承重支架前應(yīng)在立桿下墊木墊板，安裝梁底模板時應(yīng)拉通線找直。在腳手架搭設(shè)完畢后，應(yīng)先檢查插件和扣件的緊固性，并在立桿上標(biāo)出標(biāo)高以控制梁板支模高度，然后用線錘吊引梁邊位置，并用鐵釘固定，最后安裝梁側(cè)模和板模[6]。當(dāng)梁高達(dá)到700 mm 及以上時，應(yīng)先預(yù)留梁一側(cè)模板不封閉，在梁鋼筋綁扎完后再進(jìn)行封閉。

在高大支模架驗收合格后澆筑混凝土，應(yīng)先澆筑豎向構(gòu)件。對于高大截面梁可采用分層澆筑的方式，以先柱后梁的順序依次澆筑。在混凝土澆筑時，需嚴(yán)格控制每一層的澆筑高度，優(yōu)化原材料配合比，控制荷載效應(yīng)，降低澆搗速度。對于高度超過5 m 的鋼構(gòu)連廊獨(dú)立承重柱結(jié)構(gòu)，應(yīng)分層澆筑，若一次性澆筑則會因壓力過大出現(xiàn)爆模和混凝土離析現(xiàn)象。多次分層澆筑時應(yīng)盡量延長分層沉實時間，避免吊模處出現(xiàn)掉角等質(zhì)量缺陷。在澆筑完成后，需在24 h 內(nèi)進(jìn)行澆筑養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)周期不得少于14 d。

3.2.2 高大模板施工注意要點

高大支模架搭設(shè)采用扣件式鋼管腳手架技術(shù)，其施工注意要點如下：第1，在架體支設(shè)前應(yīng)進(jìn)行技術(shù)交底，立桿底部支撐結(jié)構(gòu)要具備荷載支承能力。第2，沿架體外圈和內(nèi)部縱向和橫向設(shè)置剪刀撐，并采用搭接方式，搭接長度不得小于1 m，且旋轉(zhuǎn)扣件不應(yīng)少于3 個。第3，架體立桿需在垂直和水平方向按50%錯開接頭，所有立桿必須落地，掃地桿應(yīng)距離地面200 mm，底部支撐立桿下應(yīng)設(shè)置木墊板。第4，應(yīng)在3 層梁凝土梁內(nèi)留設(shè)預(yù)埋鋼管，沿梁跨方向每3.6 m 設(shè)置1道，作為連墻件與架體連接，以增強(qiáng)架體穩(wěn)定性。第5，在施工4 層梁支模操作架時，可在3 層獨(dú)立柱處加強(qiáng)抱柱措施。高大支模搭設(shè)時，應(yīng)在地下室頂板區(qū)域加強(qiáng)回頂架抱柱措施，抱柱拉結(jié)不應(yīng)少于3 道。第6，架體外圍應(yīng)滿掛安全網(wǎng)，每3.6 m掛設(shè)1道，此外在梁底要掛設(shè)1 道安全網(wǎng)。第7，架體安裝完成后，應(yīng)檢查支架扣件擰緊度是否合格，立桿和水平桿搭設(shè)是否符合方案要求，避免施工安全隱患。

3.3 高大模板拆除工藝

在施工模板拆除后，應(yīng)觀測構(gòu)件的撓度變形情況。模板拆除時的結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度要求，如表1 所示。

表1 模板拆除時混凝土強(qiáng)度要求

拆模時混凝土的強(qiáng)度不應(yīng)小于1.2 MPa。在混凝土達(dá)到拆模強(qiáng)度前，應(yīng)保留梁底立桿支撐不拆除，對于截面超大的梁，除梁底支撐立桿外梁側(cè)應(yīng)至少保留1 根立桿不拆除。已拆除模板和支架的結(jié)構(gòu)，應(yīng)在混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，能夠承受全部計算荷載。梁模拆除順序為先拆除梁底木枋，其次拆除梁側(cè)模，最后拆除梁底模。在拆模作業(yè)前應(yīng)進(jìn)行安全技術(shù)交底，在拆模過程中應(yīng)嚴(yán)格落實各項安全措施，施工區(qū)域下方嚴(yán)禁站人。模板拆除后應(yīng)按規(guī)格大小整齊堆放，并及時回收扣件、螺桿和螺帽等，不得隨意處置建筑垃圾，以確保整體施工滿足綠色施工規(guī)范要求。

4 結(jié)語

大型鋼連廊結(jié)構(gòu)施工技術(shù)較為復(fù)雜，在施工作業(yè)中需要嚴(yán)格進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)吊裝和高大支模的施工管理，確保有效控制整體施工質(zhì)量。在施工過程中，必須要強(qiáng)化對施工質(zhì)量控制的重視程度，不斷優(yōu)化施工技術(shù)，構(gòu)建完善的施工方案，從而確保項目實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。