箱形鋼骨柱型鋼組合結(jié)構(gòu)大跨度懸挑鋼連廊高空施工技術(shù)

劉興國(guó) 朱寶君

中建八局第二建設(shè)有限公司 山東 濟(jì)南 250022

1 工程概況

日照帆船基地是日照市標(biāo)志性建筑。項(xiàng)目占地44 000 m2，總建筑面積約51 000 m2，總建筑高度95.85 m，B區(qū)25層，C區(qū)23層，基礎(chǔ)類型為樁筏基礎(chǔ)，主體結(jié)構(gòu)為框剪結(jié)構(gòu)。工程設(shè)計(jì)采用了高低錯(cuò)落、逐級(jí)退臺(tái)的塔式建筑，宛若一艘乘風(fēng)破浪的時(shí)代之帆，塑造了日照水上運(yùn)動(dòng)之都的主體形象。

在建筑17層（61.5～64.7 m）和21層（71.9～75.5 m）設(shè)有鋼結(jié)構(gòu)空中連廊，采用箱形鋼骨柱型鋼組合結(jié)構(gòu)大跨度鋼連廊的結(jié)構(gòu)形式，既從外觀造型上滿足了帆船桅桿的設(shè)計(jì)，又從功能上滿足了2座主樓之間交通紐帶的作用。本文著重對(duì)鋼連廊的施工作一介紹和總結(jié)。

2 鋼連廊結(jié)構(gòu)形式

鋼連廊為箱形鋼骨柱與型鋼組合結(jié)構(gòu)，箱形鋼骨柱的截面尺寸有560mm×560mm×20mm×20mm、560mm×660mm×20mm×20mm這2種形式，標(biāo)高為53.90～75.55 m，總長(zhǎng)21.65 m；第1節(jié)長(zhǎng)4.8 m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長(zhǎng)3.6 m，最頂一節(jié)長(zhǎng)2.45 m，共6節(jié)（圖1）。

考慮到80 t·m塔吊的起重限額及經(jīng)濟(jì)效益等各方面原因，本工程利用現(xiàn)有塔吊資源，對(duì)于箱形鋼骨柱采用單機(jī)旋轉(zhuǎn)法吊裝，對(duì)于懸挑鋼連廊則采用空中分片拼裝的吊裝工藝。

由于型鋼組合結(jié)構(gòu)懸挑鋼連廊的施工涉及到箱形鋼骨柱和懸挑式鋼連廊制作、吊裝、箱形鋼骨柱內(nèi)自密實(shí)混凝土的澆筑以及框架結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土梁與箱形鋼骨柱連接等工序內(nèi)容，故在施工過(guò)程中如何保證型鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量、鋼骨柱腳抗剪件的錨固、箱形鋼骨柱（特別是牛腿）的安裝位置及標(biāo)高的準(zhǔn)確性、箱形鋼骨柱內(nèi)混凝土的澆筑質(zhì)量及箱形鋼骨柱、懸挑式鋼連廊的吊裝等都是要解決的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1-2]。

圖1 箱形鋼骨柱與懸挑鋼連廊示意

3 施工過(guò)程

3.1 箱形鋼骨柱及大跨度懸挑鋼連廊加工制作

1）放樣、劃線、號(hào)料。首先核對(duì)構(gòu)件各部分尺寸及安裝尺寸和孔距；以1∶1大樣放出節(jié)點(diǎn)，然后根據(jù)構(gòu)件的具體情況按實(shí)際劃線，并根據(jù)工藝要求預(yù)留切割余量、加工余量或焊接收縮余量。號(hào)料時(shí)必須根據(jù)工件形狀、大小和規(guī)格尺寸，利用預(yù)先計(jì)算法和顛倒插角法等合理布置進(jìn)行套裁，做到套材號(hào)料。號(hào)料用石筆劃線時(shí)，線條寬度不得大于0.5mm，用粉線打線時(shí)，線條寬度不得大于1mm。畫線號(hào)料所使用的符號(hào)，統(tǒng)一明確，所有施工人員能共同識(shí)別認(rèn)可。

2）切割。柱腹板、翼緣板采用多頭切割機(jī)下料，在切割機(jī)下料平臺(tái)上先找出90°線再劃出零件的長(zhǎng)度線及寬度線。長(zhǎng)度尺寸考慮焊接后的收縮量需要比理論長(zhǎng)度增加5～10mm，寬度尺寸要比理論寬度增加2～3mm，鋼板下料前要將切割表面的鐵銹、污物清除干凈，以保持切割件的干凈和平整。切割后清除熔渣和飛濺物，腹板坡口的加工使用小車式半自動(dòng)切割機(jī)，對(duì)一塊腹板同時(shí)用兩臺(tái)切割機(jī)進(jìn)行打坡口。保證同時(shí)受熱，鋼板不變形，還可以使用多頭切割機(jī)對(duì)一塊腹板的兩邊坡口同時(shí)打。

3）鋼結(jié)構(gòu)件制孔。構(gòu)件上的螺栓孔，用鉆孔和沖孔方法。構(gòu)件鉆孔前進(jìn)行試鉆，經(jīng)檢查認(rèn)可，方可正式鉆孔。構(gòu)件沖孔時(shí)，應(yīng)裝好沖模，檢查沖模之間間隙是否均勻一致，并用與構(gòu)件相同的材料試沖，經(jīng)檢查質(zhì)量符合要求后，用正式?jīng)_孔。沖孔的孔徑應(yīng)大于板厚。

4）焊接。本工程箱形鋼骨柱拼接和梁柱節(jié)點(diǎn)連接的焊縫質(zhì)量等級(jí)為一級(jí)，柱內(nèi)型鋼焊接采用全熔透焊接連接。鋼骨柱腹板與鋼骨翼緣及柱腳底板均采用完全熔透的坡口焊縫，懸挑鋼連廊中鋼管桿件均為相貫連接。焊接時(shí)注意焊接順序，采用防止和減少應(yīng)力與變形的可靠措施，具體措施為采用對(duì)稱施焊的方式，一條焊縫焊完一層后，必須焊與其相對(duì)稱的焊縫，確保變形最小。小量構(gòu)件或零星構(gòu)件則采半自動(dòng)焊或手工焊。

5）矯正。焊接完成后，檢查箱形柱是否產(chǎn)生變形。如發(fā)生變形，則利用壓力機(jī)進(jìn)行機(jī)械矯正或采用火焰矯正，火焰矯正時(shí)，加熱溫度控制在600～900 ℃。扭曲變形矯正時(shí)，一端固定，另一端采用液壓千斤頂進(jìn)行矯正。

3.2 箱形柱吊裝

3.2.1 地腳螺栓預(yù)埋及抗剪鍵預(yù)留孔的施工

鋼骨柱腳底板設(shè)置抗剪鍵（4φ42mm，長(zhǎng)度250mm），并與柱腳底板坡口焊。在預(yù)埋地腳螺栓時(shí)預(yù)留φ60mm的預(yù)留孔，事先按設(shè)計(jì)的柱腳底板的尺寸作一木模具，然后地腳螺栓和預(yù)留孔管子的位置按設(shè)計(jì)要求安裝并在模具上固定，待混凝土澆筑完畢達(dá)到一定強(qiáng)度后即拆除模具和預(yù)留洞管（圖2）。

圖2 箱形鋼骨柱腳節(jié)點(diǎn)示意

3.2.2 箱形柱吊裝

1）復(fù)核建筑物的定位軸線、鋼筋混凝土基礎(chǔ)的標(biāo)高、混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、地腳螺栓和抗剪鍵預(yù)留孔的位置；同時(shí)，全面檢查箱形柱的外形尺寸、螺栓孔直徑及位置、牛腿位置及角度、焊縫、高強(qiáng)螺栓摩擦面加工質(zhì)量等，符合要求后方可吊裝。

2）將鋼柱表面清理干凈，鋼印號(hào)與基礎(chǔ)鋼印號(hào)相符合。

3）吊裝設(shè)備采用現(xiàn)場(chǎng)的垂直運(yùn)輸設(shè)備80 t·m塔吊。首先，選用長(zhǎng)度適中的鋼絲繩，捆扎在鋼柱上部1/3處，起吊過(guò)程要平衡，吊機(jī)要與安裝人員協(xié)調(diào)，鋼柱下表面在距地腳螺栓上表面10 cm時(shí)稍停，安裝人員扶持鋼柱，在柱腳抗剪鍵相對(duì)處預(yù)留孔內(nèi)放入灌漿料，然后使底板孔與地腳螺栓相對(duì)，還有柱腳抗剪鍵（φ42mm的圓鋼）也要與柱腳處預(yù)留孔相對(duì)，經(jīng)復(fù)核無(wú)誤后，吊機(jī)緩緩下降，就位后，安裝人員觀察柱腳抗剪鍵相對(duì)處預(yù)留孔處灌漿料是否密實(shí)外溢，如孔內(nèi)灌漿料密實(shí)外溢，則迅速通過(guò)柱腳埋件螺栓調(diào)整孔（200mm×520mm兩側(cè)布置）蓋上墊塊，擰上螺母，待鋼柱調(diào)整好后擰緊螺母。如抗剪鍵孔內(nèi)灌漿料不密實(shí)外溢，則將孔內(nèi)灌漿料清理重新灌漿，直至符合要求再進(jìn)行下道工序施工（圖3）。

圖3 箱形鋼骨柱吊裝后效果

4）箱形鋼骨柱吊裝調(diào)整后，立即通過(guò)柱腳底板灌漿孔澆筑柱腳底板下灌漿料，然后檢查柱腳底板下灌漿料是否密實(shí)，若密實(shí)，則將底板墊片與底板角焊縫焊接，并對(duì)柱腳埋件螺栓調(diào)整孔進(jìn)行封堵（補(bǔ)洞用的鋼板可用開(kāi)洞時(shí)切下的鋼板）。

3.3 箱形鋼骨柱內(nèi)自密實(shí)混凝土施工

箱形鋼骨柱內(nèi)采用在鋼骨上部開(kāi)孔后澆混凝土的施工工藝。在工廠加工時(shí)，即在箱形鋼骨每樓層隔板開(kāi)孔作為混凝土澆筑口，開(kāi)孔尺寸為φ250mm。為保證混凝土澆筑密實(shí)，柱內(nèi)混凝土采用自密實(shí)預(yù)拌混凝土，并在隔板4角開(kāi)4個(gè)排氣孔，排氣孔φ30mm。同時(shí)在鋼骨柱腹板上在梁柱相交處開(kāi)排氣孔，間距1.5 m一個(gè)，梅花形布置，排氣孔φ10mm。

在鋼骨柱吊裝完成并經(jīng)焊縫檢測(cè)合格后，即可對(duì)鋼骨柱內(nèi)混凝土進(jìn)行澆筑?；炷翝仓?yīng)分層進(jìn)行，每層厚度控制在400～500mm以內(nèi)，每層間隔時(shí)間應(yīng)保證下層混凝土初凝前再完成上一層混凝土的澆筑，不允許留設(shè)任何規(guī)范允許之外的水平施工縫。

混凝土澆筑采用導(dǎo)管下料，使混凝土傾落自由高度小于2 m，以確保混凝土不發(fā)生離析，混凝土澆至出樓面0.8 m標(biāo)高處即可。觀察到鋼骨柱腹板上排氣孔有漿液外溢時(shí)，證明柱頭內(nèi)混凝土已密實(shí)，然后再進(jìn)行本樓層柱、梁、板混凝土的澆筑。本層梁板混凝土澆筑完成并達(dá)到一定強(qiáng)度后方可進(jìn)行第二榀箱形鋼骨柱的工地連接，順序同上。

3.4 框架結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土梁與箱形鋼骨柱的連接

箱形鋼骨柱每層與結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土梁或剛梁柱節(jié)點(diǎn)采用剛性連接，即在柱型鋼上設(shè)置長(zhǎng)700mm的H型鋼牛腿（規(guī)格為H600mm×160mm×12mm×16mm和H400mm×250mm×12mm×16mm），梁邊縱向鋼筋需穿過(guò)鋼骨腹板，伸入柱節(jié)點(diǎn)梁的縱向鋼筋的錨固長(zhǎng)度要≥1.15Lae；主筋的錨固長(zhǎng)度設(shè)計(jì)要求為911mm（1.15×36×22=910.8mm），而箱形柱截面尺寸為560mm×660mm，加上鋼骨外120mm，顯然梁縱向鋼筋直錨長(zhǎng)度還滿足不了設(shè)計(jì)要求，因此框架梁需穿過(guò)鋼骨腹板的梁邊縱向鋼筋下料時(shí)考慮彎錨的形式來(lái)滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，即先用彎錨的主筋從箱形鋼骨的另一側(cè)穿過(guò)鋼骨腹板，在符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求的接頭位置再用直螺紋接頭方式連接[3-4]。

另一部分梁中間縱向鋼筋直接焊于牛腿翼緣，其長(zhǎng)度滿足鋼筋內(nèi)力傳遞要求。梁的抗扭腰筋和構(gòu)造腰筋遇鋼骨腹板時(shí)彎折向下，抗扭腰筋要滿足錨固長(zhǎng)度，構(gòu)造腰筋要滿足15d；梁箍筋加密范圍為梁端至鋼牛腿端部以外2倍梁高范圍內(nèi)，應(yīng)在鋼牛腿腹板上預(yù)留柱箍筋的穿孔位置，鋼骨柱腹板上預(yù)留梁縱筋穿孔位置，開(kāi)孔直徑d＋4mm（d為鋼筋直徑）。

3.5 大跨度懸挑鋼連廊的施工

懸挑鋼連廊的上下均采用H型鋼梁，規(guī)格為H400mm×250mm×12mm×16mm，中間圓管φ168mm，整體質(zhì)量約5 t，與箱形鋼骨柱柱頭處牛腿進(jìn)行高強(qiáng)螺栓和焊接連接，螺栓為10.9級(jí)摩擦型高強(qiáng)度螺栓，摩擦面抗滑移系數(shù)0.45，鋼材等級(jí)均為Q235B。

懸挑鋼連廊安裝高度在17層（61.1～64.7 m）、21層（71.9～75.5 m）；考慮到塔吊吊重的極限及經(jīng)濟(jì)效益原因，未整體拼裝吊裝，而是采用單榀桁架吊裝方案，即把懸挑連廊分成兩片桁架梁進(jìn)行分別吊裝，然后采用高空散裝法安裝次梁形成穩(wěn)定整體，結(jié)構(gòu)吊裝完畢后鋪設(shè)樓承板及焊接栓釘。由于塔吊最大幅度的起重質(zhì)量2.8 t，而吊裝連廊桁架在此位置（幅度）處的起重質(zhì)量為2.0～2.5 t，為保證吊裝安全，在B、C樓22層處各設(shè)置纜風(fēng)繩配合吊裝。

3.5.1 懸挑鋼桁架吊裝

第1榀懸挑桁架吊裝方法采用垂直提升旋轉(zhuǎn)就位法，采用2點(diǎn)綁扎起吊，根據(jù)重心，選好綁扎點(diǎn)，綁扎結(jié)束后，同時(shí)把前后2根纜風(fēng)繩在桁架上弦的固定點(diǎn)固定牢固，把纜風(fēng)繩另一端引至桁架端部以方便吊裝到指定高度后作業(yè)人員取到。吊機(jī)在指揮人員指揮下起吊，首先進(jìn)行試吊，觀察吊機(jī)作業(yè)情況和懸挑桁架綁扎點(diǎn)重心選擇情況，確保一切正常后，開(kāi)始正式吊裝。起吊過(guò)程應(yīng)平衡，并與安裝人員相配合，待桁架在距柱牛腿頂80 cm左右時(shí)稍停，把纜風(fēng)繩取下就位，由安裝人員扶持桁架平緩就位、安裝。

離柱牛腿20～30 cm時(shí)，控制好桁架的安裝位置，上下弦鋼梁同時(shí)由安裝人員控制，使鋼梁中心與柱牛腿中心對(duì)準(zhǔn)，然后徐徐向牛腿方向靠近就位，與此同時(shí)，用線錘、卡尺或經(jīng)緯儀進(jìn)行垂直度校正，保持桁架處于垂直狀態(tài)。作業(yè)人員同時(shí)對(duì)上下弦鋼梁與牛腿用連接板和高強(qiáng)螺栓進(jìn)行初擰連接。通過(guò)纜風(fēng)繩的配合進(jìn)行就位調(diào)整，完全定位后，立即焊接上下弦鋼梁翼緣板，待焊接完成后再進(jìn)行腹板高強(qiáng)螺栓的終擰，避免殘余應(yīng)力影響。通過(guò)纜風(fēng)繩控制桁架的前后移位，并對(duì)桁架提供向上的拉力，以控制桁架產(chǎn)生下?lián)?。隨后，塔吊脫鉤，接著進(jìn)行腹桿吊裝就位焊接，保證焊接質(zhì)量。

第1榀懸挑桁架安裝完畢后，纜風(fēng)繩不能拆除，需繼續(xù)控制桁架位移，以防傾覆。然后，進(jìn)行第2榀懸挑桁架的安裝，步驟同上，吊裝采用垂直提升平行送進(jìn)旋轉(zhuǎn)就位法，避免第1榀懸挑桁架纜風(fēng)繩的影響。待第2榀懸挑桁架安裝完畢后，立即進(jìn)行桁架間次梁的安裝。

3.5.2 次梁吊裝

采用2點(diǎn)綁扎起吊，根據(jù)重心，選好綁扎點(diǎn)，在綁扎點(diǎn)放置護(hù)鐵。綁扎結(jié)束后，吊機(jī)在指揮人員指揮下起吊，起吊過(guò)程應(yīng)平衡，并與安裝人員相配合，鋼梁在距安裝位置頂80 cm左右時(shí)稍停，由安裝人員扶持鋼梁平緩就位、安裝。待次梁全部安裝完成形成空間穩(wěn)定體系后方可撤掉纜風(fēng)繩。

3.5.3 樓承板安裝

采用塔吊將樓承板按照每層的數(shù)量依次吊放在樓層內(nèi)，采用作業(yè)人員遞送方式鋪裝樓承板，第一塊樓承板鋪裝完畢后立即進(jìn)行栓釘焊接，全部焊接完畢后再進(jìn)行第二塊樓承板的鋪裝，依此類推，完成全部樓承板的鋪裝。鋪裝樓承板時(shí)，作業(yè)人員必須把安全帶與連廊鋼桁架可靠固定，保證作業(yè)人員安全作業(yè)。

3.5.4 安裝防護(hù)措施

由于懸挑桁架吊裝為高空作業(yè)，對(duì)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)情況做了相應(yīng)的防護(hù)措施，具體措施為：在連廊左右及下方用鋼索繩懸掛安全防護(hù)網(wǎng)（圖4）。

圖4 鋼連廊吊裝

4 結(jié)語(yǔ)

日照帆船基地的箱形鋼骨柱型鋼組合結(jié)構(gòu)大跨度懸挑鋼連廊高空施工，在設(shè)計(jì)做法、材料選取及施工等各個(gè)環(huán)節(jié)均做到了科學(xué)的部署、嚴(yán)格的管理和有效的控制，使建筑外立面既滿足了設(shè)計(jì)時(shí)代之帆桅桿的外觀造型要求（圖5），又從功能上滿足了2個(gè)主樓間連系通道的要求；施工質(zhì)量達(dá)到了設(shè)計(jì)要求和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，工程進(jìn)度得到了保證。

圖5 鋼連廊吊裝完成后效果