城市更新工程屋面采光頂鋼結(jié)構(gòu)滑移施工關(guān)鍵技術(shù)研究

張志凱 錢海濱 于海澤 蔡志濤 張俊海

目前，如何更好地進(jìn)行城市更新工程中鋼結(jié)構(gòu)的改造施工，是施工單位面臨的挑戰(zhàn)。鋼結(jié)構(gòu)施工需要充分考慮運(yùn)營(yíng)和施工的需求，選擇適宜的施工方法，提升施工效率和質(zhì)量，彰顯工程品質(zhì)。本文以匯京雙子座大廈改造工程為載體，闡述了鋼結(jié)構(gòu)滑移施工的實(shí)際應(yīng)用。

項(xiàng)目地處建外街道，白天不允許支吊車，僅夜晚會(huì)延長(zhǎng)施工時(shí)間，而且計(jì)劃支吊車的位置為負(fù)一層地庫的頂板，無法承載載重過大的吊車。為了應(yīng)對(duì)場(chǎng)地狹小、無法一次拼裝整體滑移的現(xiàn)場(chǎng)條件，項(xiàng)目采用牽引式滑移施工方法[1]。

1 項(xiàng)目介紹

匯京雙子座大廈改造工程位于北京朝陽區(qū)建國(guó)門外大街乙12 號(hào)，改造范圍為負(fù)1層至5層局部?jī)?nèi)裝修工程。

此項(xiàng)目需要拆除原結(jié)構(gòu)中K 軸與L 軸之間的玻璃頂以及左右相鄰兩跨的屋面結(jié)構(gòu)，將其改造為24 m×25 m的穹頂。穹頂?shù)闹髁簽樽兘孛婧附愉摴?，其截面尺寸?20 ～975 mm×200 mm×20 mm。次梁為焊接鋼管，規(guī)格為855 mm×200 mm×20 mm。主檁條為焊接鋼管，規(guī)格為300 mm×100 mm×12 mm。次檁條為焊接鋼管，規(guī)格為160 mm×100 mm×6 mm。以上所有構(gòu)件材質(zhì)均為Q355B。

2 本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)安裝的支撐結(jié)構(gòu)和措施

2.1 鋼結(jié)構(gòu)滑移施工方式選擇

雙子座大廈四周的施工場(chǎng)地有限，大噸位吊車無法進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，但小噸位吊車由于覆蓋面積有限無法滿足吊裝需求，項(xiàng)目的鋼結(jié)構(gòu)屋蓋為單跨且質(zhì)量較小，因此可以選擇牽引式滑移施工方法。牽引式滑移適用于吊裝場(chǎng)地有限，屋蓋跨數(shù)為1 ～3 跨，整體質(zhì)量較小的屋蓋結(jié)構(gòu)[2]。

牽引式滑移具有以下優(yōu)點(diǎn)：占用場(chǎng)地小；減少高空作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)；節(jié)約架設(shè)工具，降低成本；焊接條件好，能確保屋架拼裝和焊接質(zhì)量；可以與土建專業(yè)交叉作業(yè)，縮短工期；滑移設(shè)備簡(jiǎn)單，措施費(fèi)用低。

2.2 滑移軌道安裝

滑移軌道通過限制鋼屋架的水平位移來保證滑移順利進(jìn)行。軌道采用H 型鋼，支撐在支架上，H 型鋼的規(guī)格和下部的支撐布置要根據(jù)計(jì)算確定?；栖壍赖匿佋O(shè)誤差必須符合要求，同一條軌道的軌頂，允許高差要控制在l mm 以內(nèi)，軌道接頭處中心線的偏差要控制在3 mm 以內(nèi)。在軌道側(cè)面標(biāo)注長(zhǎng)度，可以作為滑移時(shí)同步控制的輔助措施。軌道摩擦表面要涂抹黃油以減少摩擦阻力[3]。

2.3 軌道支座回頂措施

屋架滑移軌道的支座點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在J軸與3 ～7 軸交點(diǎn)的左側(cè)800 mm 處，以及M 軸與3 ～7 軸交點(diǎn)的右側(cè)800 mm處。經(jīng)原設(shè)計(jì)單位復(fù)核，需要在屋面層與5 層之間設(shè)置回頂措施，采用300 mm×300 mm 的HW 型鋼支撐在屋面支座點(diǎn)底部，作為回頂立柱。立柱間距為9 m，底部通過膨脹螺栓固定在樓板上，頂部與原結(jié)構(gòu)鋼梁焊接固定?；仨斨瘟⒅贾脠D，如圖1所示。

圖1 回頂支撐立柱布置圖（來源：作者自繪）

2.4 滑移牽引裝置及措施

鋼結(jié)構(gòu)跨度為24 m，屬于中等跨度，因此使用卷揚(yáng)機(jī)作為牽引動(dòng)力，可以滿足施工要求。卷揚(yáng)機(jī)布置在滑移軌道端頭，水平牽拉滑移單元。卷揚(yáng)機(jī)固定端的結(jié)構(gòu)荷載和支座反力，需要滿足牽引施工的荷載要求，保證牽引安全。牽引使用2 臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)，要保證卷揚(yáng)機(jī)的牽引同步和電流一致，避免滑移出現(xiàn)偏差[4]。

3 施工工藝的技術(shù)要點(diǎn)

3.1 鋼結(jié)構(gòu)施工流程

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，采用25 t 汽車起重機(jī)將采光頂?shù)踹\(yùn)至屋頂北側(cè)的拼裝區(qū)進(jìn)行預(yù)拼裝。預(yù)拼裝完成后，采用整體滑移方案安裝屋頂。在大廈大堂搭設(shè)滿堂盤扣式腳手架至屋面層作為工人作業(yè)面。

3.2 吊裝機(jī)械選型和吊裝工況分析

吊裝作業(yè)采用25 t 汽車起重機(jī)，每個(gè)支腿使用標(biāo)準(zhǔn)支墊，墊木使用硬質(zhì)木方，最好為枕木。墊木下方需要鋪設(shè)20 mm 厚，2 m×6 m 的鋼墊板，同時(shí)要配備具有專業(yè)證書的信號(hào)工指揮吊裝作業(yè)。單根鋼梁的最大質(zhì)量為3 t，鋼絲繩等吊具的質(zhì)量取值為0.3 t，總計(jì)吊重為3.3 t，動(dòng)力系數(shù)取1.15，計(jì)算可得提升荷載為3.75 t。汽車起重機(jī)在主樓北側(cè)廣場(chǎng)，吊車主臂為41 m，以70°仰角在地面起吊，就位半徑為12.5 ～15.0 m，其額定吊重為4.4 t，大于提升荷載，滿足吊裝要求。

3.2.1 滑移軌道鋪設(shè)和卷揚(yáng)設(shè)備安裝

滑移軌道位于J 軸左側(cè)800 mm，M 軸右側(cè)800 mm，立柱位于3 ～7 軸與J 軸和K 軸相交的位置。牽引卷揚(yáng)機(jī)安裝于J 軸和M 軸盡端上翻混凝土梁上。卷揚(yáng)機(jī)固定布置圖，如圖2所示。

圖2 卷揚(yáng)機(jī)固定布置圖（來源：作者自繪）

3.2.2 屋面拼裝區(qū)預(yù)拼裝

本工程主梁為變截面箱型梁，跨度為24 m，共4 榀。為方便運(yùn)輸，將每榀鋼梁分成7.7 m、9 m 和7.7 m 的3 段。在工廠制作完成后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，在拼裝區(qū)進(jìn)行焊接，如圖3所示。

圖3 主梁分段及焊接示意圖（來源：作者自繪）

3.2.3 屋面安裝

首先，安裝完成第1 榀主梁并滑移6.390 m 到達(dá)指定位置，其次，用汽車起重機(jī)將第2 榀主梁吊裝至指定位置，最后，安裝第1 和第2 榀鋼梁之間的次梁、主龍骨和副龍骨。同時(shí)，以同樣的方法依次吊裝第3 榀和第4榀鋼梁，以及鋼梁之間的次梁、主龍骨和副龍骨。主梁的對(duì)接焊縫和次梁與主梁之間的焊縫均為一級(jí)焊縫，應(yīng)100%進(jìn)行超聲波探傷檢測(cè)，需要滿足《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50205—2020）的要求。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)滑移

3.3.1 鋼結(jié)構(gòu)安裝滑移流程

鋼結(jié)構(gòu)安裝滑移流程。首先進(jìn)行滑移軌道鋪設(shè)和卷揚(yáng)設(shè)備安裝，然后進(jìn)行屋面拼裝區(qū)預(yù)拼裝，第1 榀主梁安裝完成后將其滑移6.39 m（主梁間距為6.39 m）。通過汽車吊將第2 根主梁吊至指定位置，再安裝第1 和第2 榀鋼梁之間的次梁以及主龍骨和副龍骨。依次吊裝第3 榀、第4 榀鋼梁，主梁間距依次為9.00 m 和8.39 m。主梁對(duì)接焊縫和次梁與主梁之間的焊縫均為一級(jí)焊縫，需100%超聲波探傷檢測(cè)，滿足《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50205—2020）的要求。

3.3.2 滑移糾偏

鋼屋架滑移時(shí)，受滑移速度和拉力大小等影響會(huì)產(chǎn)生偏移，需要進(jìn)行滑移糾偏。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)滑移軸線偏移小于5 cm 時(shí)，可采用邊滑移邊糾偏的方式，即偏移大的導(dǎo)軌一端先滑移一定距離后停止滑移，偏移小的導(dǎo)軌一端再進(jìn)行滑移，以此方法重復(fù)多次，直至恢復(fù)正常滑移。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)偏移軸線大于5 cm 時(shí)，需在滑移軌道端部增加手拉葫蘆，與卷揚(yáng)機(jī)配合，調(diào)整糾偏。

3.4 鋼結(jié)構(gòu)卸載

鋼屋架滑移到圖紙要求位置后，先采用千斤頂進(jìn)行頂升，然后移出導(dǎo)軌位置，將支座落在設(shè)計(jì)位置，再回落千斤頂使支座板穿入地腳錨栓，完成鋼屋架的就位。此外，卸載所需千斤頂?shù)男吞?hào)和數(shù)量要經(jīng)過計(jì)算確定，如果滑移過程中選用的軌道高度超出千斤頂?shù)母叨瓤刂品秶梢圆捎梅侄涡遁d法，還可以根據(jù)情況需要加設(shè)卸載措施[5]。卸載順序?yàn)橄韧叫遁d左側(cè)J 軸的軌道，再同步卸載M 軸的軌道。為保證卸載過程的安全性，要分多次卸載。每個(gè)卸載點(diǎn)的豎向荷載最大為15 t，卸載采用8 臺(tái)50 t 行程為600 mm 的液壓千斤頂，卸載總高度為568 mm，分多次卸載，每次卸載行程不應(yīng)大于50 mm。

4 施工過程監(jiān)測(cè)

4.1 鋼梁變形監(jiān)測(cè)

鋼梁變形測(cè)量點(diǎn)選在鋼梁的跨中和兩端。先架設(shè)好水準(zhǔn)儀并調(diào)平，再架設(shè)塔尺測(cè)量鋼梁，對(duì)鋼梁兩端和跨中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集[6]。

4.2 滑移偏移監(jiān)測(cè)

采用2 臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)牽引滑移鋼屋架，由于支座處的摩擦阻力和牽拉力不同，會(huì)導(dǎo)致滑移存在偏差，需要采取措施保證滑移同步[7]。

一方面，在滑移軌道上設(shè)置刻度尺，每1 m 為一個(gè)區(qū)格，并且各柱間為1 個(gè)控制單元，安排人員分別觀測(cè)2 條軌道的滑移距離，同時(shí)，向卷揚(yáng)機(jī)控制總臺(tái)報(bào)數(shù)。當(dāng)兩側(cè)偏差超出20 mm 時(shí)要進(jìn)行預(yù)警，如果不同步值超出限值，要進(jìn)行停滯處理。另一方面，滑移時(shí)每條滑軌要安排專人管理，及時(shí)監(jiān)測(cè)兩側(cè)的同步情況，并用對(duì)講機(jī)溝通滑移距離，及時(shí)糾偏[8]。

監(jiān)測(cè)步驟如下：測(cè)量點(diǎn)選在鋼梁跨中，架設(shè)三腳架，打開機(jī)器，對(duì)全站儀進(jìn)行水準(zhǔn)調(diào)平；將測(cè)量模式置于無棱鏡模式，進(jìn)入測(cè)量作業(yè)操作界面，確定測(cè)站點(diǎn)的位置坐標(biāo)、鏡高，選定后視點(diǎn)進(jìn)行后視定位，開始測(cè)量作業(yè)。對(duì)鋼梁的測(cè)量，分別選取鋼梁兩端和跨中一點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

5 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)滑移施工適用于有剛性縱梁的重型對(duì)稱鋼結(jié)構(gòu)，特別是場(chǎng)地受限無法整體安裝和構(gòu)件質(zhì)量大無法吊裝的情況。本文以匯京雙子座大廈改造工程為案例，從人、機(jī)、料、法等方面闡述了鋼結(jié)構(gòu)滑移施工的施工方法，分析施工的技術(shù)要點(diǎn)，提出了施工過程的檢測(cè)措施，以保證鋼結(jié)構(gòu)的正常施工。滑移施工方法不僅避免吊裝作業(yè)對(duì)北側(cè)運(yùn)營(yíng)道路的影響，還能提高施工效率，保證施工質(zhì)量。