大中型文化場(chǎng)館的鋼結(jié)構(gòu)施工管理措施
——以上海程十發(fā)美術(shù)館項(xiàng)目為例

夏超群（上海市工程建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司，上海 200433）

0 引 言

上海市于 2016年8月公布的《上海市城市總體規(guī)劃（2016—2040）》提出，上海將在 2040年建成卓越的全球城市，國(guó)際經(jīng)濟(jì)、金融、貿(mào)易、航運(yùn)、科技創(chuàng)新中心和文化大都市，成為令人向往的創(chuàng)新之城、人文之城和生態(tài)之城。與此同時(shí)，《上海市“十三五”時(shí)期文化改革發(fā)展規(guī)劃》也明確提出，未來上海將努力建設(shè)全國(guó)文化中心，到 2020年基本建成文化要素集聚、文化生態(tài)良好、文化事業(yè)繁榮、文化產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)、文化創(chuàng)新活躍、文化英才薈萃、文化交流頻繁、文化生活多彩的國(guó)際文化大都市?！笆濉睍r(shí)期是上海建成國(guó)際文化大都市的沖刺階段，上海文化建設(shè)將進(jìn)一步聚焦功能、提升能級(jí)，建成一批具有國(guó)際水準(zhǔn)的文化設(shè)施。程十發(fā)美術(shù)館作為該批文化場(chǎng)館之一，其建設(shè)正體現(xiàn)了上海這座城市對(duì)文化的一種不懈追求，是提升地區(qū)文化軟實(shí)力，推動(dòng)上海建設(shè)具有國(guó)際化、現(xiàn)代化的文化設(shè)施體系建設(shè)、推進(jìn)并落實(shí)上海卓越的全球城市戰(zhàn)略目標(biāo)的需要。

1 項(xiàng)目概況

程十發(fā)美術(shù)館新建工程擬建項(xiàng)目選址位于上海市長(zhǎng)寧區(qū)古北社區(qū)規(guī)劃 W040502 單元 A3-03 地塊，東至伊犁南路，北至虹橋路，南側(cè)和西側(cè)毗鄰古北 SOHO 商業(yè)項(xiàng)目。

項(xiàng)目規(guī)劃用地面積約 7 129 m2，總建筑面積 11 500 m2。該項(xiàng)目為大中型文化場(chǎng)館，按照“國(guó)家重點(diǎn)美術(shù)館”標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。其中：地上建筑 3 層，建筑面積 7 570 m2，包括展示陳列用房、公眾服務(wù)用房、業(yè)務(wù)研究用房、管理保障用房及設(shè)備等；地下室 1 層，建筑面積 3 930 m2，包括藏品庫(kù)房、報(bào)告廳、停車庫(kù)、設(shè)備機(jī)房等。項(xiàng)目總投資 5 億元（含土地費(fèi)用）。

2 項(xiàng)目特點(diǎn)和難點(diǎn)

2.1 項(xiàng)目特點(diǎn)

與住宅和辦公樓等普通民用建筑造型方正規(guī)整不同，大中型文化建筑需要彰顯其獨(dú)特的視覺效果。設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)文化建筑造型時(shí)，加入了概念型的設(shè)計(jì)構(gòu)思，使得整個(gè)建筑別具一格，程十發(fā)美術(shù)館也不例外。

程十發(fā)美術(shù)館所處地理位置較特殊，南側(cè)和西側(cè)毗鄰古北 SOHO 商業(yè)項(xiàng)目，被 176 m 高的主樓和 54 m 的高裙房所環(huán)繞，而美術(shù)館高度僅為 24 m，若無(wú)獨(dú)特的設(shè)計(jì)造型，則很容易被誤認(rèn)為是周邊商業(yè)項(xiàng)目的附屬設(shè)施。為此，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)緊扣“疊院-拾徑”的設(shè)計(jì)構(gòu)思，用石材、玻璃疊加的虛實(shí)體塊來表現(xiàn)錯(cuò)落有致的韻味，用幾個(gè)大小不一的“方盒子”呈現(xiàn)出空間層次交錯(cuò)的視覺效果，使美術(shù)館與毗鄰商業(yè)建筑形成鮮明對(duì)比，彰顯其建筑氣質(zhì)。

鋼結(jié)構(gòu)因其抗震性能優(yōu)、結(jié)構(gòu)自重輕、構(gòu)件形式靈活多樣、有利于建筑造型的標(biāo)新立異而被廣泛使用。程十發(fā)美術(shù)館也采用了大空間、大懸挑的鋼結(jié)構(gòu)形式，這一設(shè)計(jì)更加凸顯美術(shù)館的別具匠心。

2.2 項(xiàng)目難點(diǎn)

（1）施工場(chǎng)地狹小，交通組織困難。本工程緊鄰市中心，施工用地緊張；基坑?xùn)|西側(cè)、南側(cè)緊靠用地紅線，場(chǎng)地?zé)o法形成雙車道環(huán)通道路，交通組織難度高，施工機(jī)械、材料堆場(chǎng)布置困難?，F(xiàn)場(chǎng)僅有東南側(cè) 1 號(hào)施工大門可供機(jī)械及車輛出入，基坑西北側(cè) 2 號(hào)大門不能用于施工車輛進(jìn)出，在僅有一道施工大門出入的情況下，對(duì)交通組織要求較高。

（2）懸挑區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)施工控制要求高。本工程地上3 層為鋼結(jié)構(gòu)，北側(cè)第 2 層存在懸挑桁架結(jié)構(gòu)。此處位于塔吊吊點(diǎn)最遠(yuǎn)端，在狹小場(chǎng)地條件下，如何確保懸挑部位鋼結(jié)構(gòu)安全施工，如何做好質(zhì)量管理工作，是整個(gè)工作中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。另外，懸挑鋼結(jié)構(gòu)區(qū)域跨度為 2-5 軸/H-K軸，面積約為 280 m2，如何確保此處鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中的變形量控制及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定也是本工程的一大難點(diǎn)。

3 鋼結(jié)構(gòu)施工管理措施

3.1 鋼結(jié)構(gòu)概述

本項(xiàng)目首層及以上為全鋼結(jié)構(gòu)形式，選用鋼框架結(jié)構(gòu)。柱子采用焊接圓鋼管 Φ400 mm/Φ600 mm/Φ800 mm/Φ1 000 mm 及 H300×200，構(gòu)件材料為 Q390GJB。鋼梁采用 H 型鋼梁，框架梁高 500 mm～2 300 mm，樓面次梁高 400 mm，構(gòu)件材料為 Q345B。樓板采用壓型鋼板組合樓板。

針對(duì)施工場(chǎng)地狹小、交通組織困難的問題，項(xiàng)目部科學(xué)安排施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地，通過頂板加固措施設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)堆場(chǎng)和鋼結(jié)構(gòu)拼裝場(chǎng)地。鋼結(jié)構(gòu)吊裝階段結(jié)合塔吊起重能力，合理布置現(xiàn)場(chǎng)堆場(chǎng)和拼裝場(chǎng)地。

按平面層將本項(xiàng)目劃分為 3～4 個(gè)施工段，每 2 層 1 節(jié)柱，加配套的框架梁形成穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)為一個(gè)施工段。合理安排鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的進(jìn)場(chǎng)時(shí)間、構(gòu)件的進(jìn)場(chǎng)順序，確保場(chǎng)地的周轉(zhuǎn)和土建及各專業(yè)的交叉施工，按規(guī)劃區(qū)域需求構(gòu)件清單來安排材料的加工發(fā)運(yùn)計(jì)劃。

3.2 鋼柱和鋼梁的施工管理措施

3.2.1 鋼柱的施工管理措施

鋼柱安裝前，應(yīng)對(duì)下部結(jié)構(gòu)的標(biāo)高與軸線進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，超出規(guī)范的偏差應(yīng)立即修正。吊裝前，對(duì)鋼柱的長(zhǎng)度、斷面、側(cè)彎的標(biāo)高進(jìn)行預(yù)檢，以便及時(shí)采取措施。

起吊前應(yīng)進(jìn)行試吊，剛吊離地面 5 cm～10 cm 時(shí)，停止起吊，觀察其穩(wěn)定性，確定鋼絲繩和吊索安全穩(wěn)定后方可起吊。鋼柱須捆扎牽引繩以便控制其方向，起吊過程應(yīng)緩慢且穩(wěn)定。鋼柱起吊后，第一段鋼柱當(dāng)柱腳距地腳螺栓 30 cm～40 cm 時(shí)扶正，使柱腳對(duì)準(zhǔn)柱底板中心線，緩慢落鉤就位。吊點(diǎn)使用鋼柱頂端的連接板，連接板上吊耳螺孔為 φ40，鋼柱吊裝使用 5 t 合金卸扣（4 只），鋼柱在吊裝之前應(yīng)標(biāo)記鋼柱的方向線（現(xiàn)場(chǎng)完成）和鋼柱的中心線（加工廠完成）。柱兩端設(shè)置臨時(shí)連接耳板，待鋼柱對(duì)接焊接完成且驗(yàn)收合格后，采用現(xiàn)場(chǎng)氣割的形式，將上下連接板割除，割除時(shí)連接板在鋼柱上預(yù)留 10 mm 左右，永久留存在鋼柱上，嚴(yán)禁氣割時(shí)傷及母材。鋼柱安裝就位后立即進(jìn)行初校（垂直度和位移），校驗(yàn)完畢后方可拆除索具，以確保其施工質(zhì)量和安全性。

3.2.2 鋼梁的施工管理措施

鋼梁在吊裝前需要對(duì)其尺寸和質(zhì)量進(jìn)行全面檢查，對(duì)制作遺留的缺陷，以及運(yùn)輸中發(fā)生的變形和損壞進(jìn)行校準(zhǔn)和修復(fù)。鋼梁吊裝采用兩點(diǎn)綁扎吊裝，吊升中必須保證鋼梁處于水平狀態(tài)。吊裝鋼梁同樣需要進(jìn)行試吊，吊離地面 5 cm～10 cm 時(shí)，應(yīng)觀察其穩(wěn)定性，確定鋼絲繩和吊索安全穩(wěn)定后方可起吊。鋼梁兩端須捆扎牽引繩以便控制其方向，起吊過程應(yīng)緩慢且穩(wěn)定，不允許與鋼柱相撞。鋼梁就位后需要進(jìn)行多次試吊并及時(shí)重新綁扎吊索，試吊時(shí)起吊一定要緩慢上升，做到各吊點(diǎn)位置受力均勻并以鋼梁不變形為最佳狀態(tài)，達(dá)到要求后即可吊升旋轉(zhuǎn)到設(shè)計(jì)位置，再由人工拉動(dòng)預(yù)先扣在鋼梁上的牽引繩，轉(zhuǎn)動(dòng)到安裝位置就位。垂直度是鋼梁的主要檢驗(yàn)指標(biāo)，可用掛線垂進(jìn)行檢驗(yàn)，符合要求后方可施焊固定鋼梁。

對(duì)于剛接節(jié)點(diǎn)，鋼梁采用腹板高強(qiáng)螺栓、上下翼緣焊接的連接形式，施工時(shí)先用普通螺栓緊固，再用高強(qiáng)螺栓加固，最后焊接。凡此類接口必須按“先栓后焊”進(jìn)行作業(yè)。首先連接腹板，先用普通螺栓或沖釘定位，再換上高強(qiáng)螺栓并進(jìn)行初擰，復(fù)查鋼柱兩個(gè)方向的垂直度，若超差，則調(diào)整至符合驗(yàn)收規(guī)范，即可進(jìn)行終擰。最后進(jìn)行翼緣焊接，在鋼梁就位時(shí)盡量避免強(qiáng)拉硬拽，以免柱子局部發(fā)生側(cè)彎。對(duì)于鉸接節(jié)點(diǎn)，螺栓安裝可參照以上方法，而上下翼緣板無(wú)需焊接。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)焊接管理措施

鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)所用母材為 Q345B、Q390B，當(dāng)板厚大于40 mm 時(shí)，母材有 Z15 向性能要求。鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)焊接方法為CO2氣體保護(hù)焊（THY-51B 型藥芯焊絲直徑為 Ф1.2 mm，保護(hù)氣體為 CO2，純度應(yīng)不低于 99.9%），對(duì)焊接質(zhì)量等級(jí)要求如下。

（1）鋼板、型鋼、圓鋼管對(duì)接焊縫為一級(jí)焊縫，其余的坡口全熔透焊為二級(jí)焊縫，角焊縫為三級(jí)焊縫。

（2）鋼管等空心構(gòu)件端部采用 6 mm 厚鋼板封頭并施以連續(xù)焊縫密閉，使內(nèi)外空氣隔絕，同時(shí)確保組裝和安裝過程中構(gòu)件內(nèi)部不積水。

（3）選擇焊接順序的注意事項(xiàng)：使焊接變形和收縮量最小，使焊接過程中加熱量平衡，收縮量大的部位先焊，收縮量小的部位后焊，盡量采用對(duì)稱焊法；焊縫必須滿焊，焊透，不得有夾渣、氣泡、咬肉、裂紋和凹陷等缺陷。

（4）焊縫質(zhì)量等級(jí)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB 50205－2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）的規(guī)定；二級(jí)焊縫應(yīng)進(jìn)行抽檢，比例不小于 20%，其合格等級(jí)應(yīng)為現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 11345－2013《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)》B 級(jí)檢驗(yàn)的 Ⅲ 級(jí)及Ⅲ 級(jí)以上。若發(fā)現(xiàn)焊縫有缺陷，則按《規(guī)范》的規(guī)定進(jìn)行處理，檢查數(shù)量的百分比也按照《規(guī)范》的規(guī)定。

（5）所有焊接材料形成的熔敷金屬的力學(xué)性能必須達(dá)到相應(yīng)母材材質(zhì)的指標(biāo)。

3.4 高強(qiáng)螺栓連接管理措施

本工程所用高強(qiáng)度螺栓為摩擦型大六角高強(qiáng)度螺栓，其施工工藝流程為：抗滑移系數(shù)復(fù)驗(yàn)→摩擦面檢查→處理安裝臨時(shí)螺栓→置換為高強(qiáng)度螺栓→高強(qiáng)度螺栓初擰→高強(qiáng)度螺栓終擰→自檢合格→報(bào)監(jiān)驗(yàn)收。

安裝前應(yīng)對(duì)摩擦面進(jìn)行檢查，清除表面的水漬和油污等臟物。同時(shí)應(yīng)確認(rèn)已進(jìn)行抗滑移試驗(yàn)且試驗(yàn)結(jié)果合格。高強(qiáng)度螺栓的穿入方向以方便施工為準(zhǔn)并力求一致。在本工程中暫作以下規(guī)定：腹板高強(qiáng)度螺栓的穿入方向?yàn)槌蜉S線編號(hào)小的方向；安裝高強(qiáng)度螺栓時(shí)，嚴(yán)禁強(qiáng)行穿入螺栓（如用錘敲打）；若不能自由穿入，則使用鉸刀對(duì)該孔進(jìn)行修整，并且確保最大孔徑不大于 1.2 倍的螺栓直徑；為了防止鐵屑落入板迭縫中，鉸孔前應(yīng)將四周的螺栓孔全部擰緊，使板迭密貼后再進(jìn)行修孔；一個(gè)節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)孔數(shù)量不宜多于該節(jié)點(diǎn)孔數(shù)的 1/3；嚴(yán)禁使用氣割擴(kuò)孔。

高強(qiáng)螺栓的擰緊分為初擰和終擰，依次進(jìn)行。擰緊時(shí)應(yīng)采用電動(dòng)扭矩扳手，初擰扭矩應(yīng)由試驗(yàn)確定，一般為終擰扭矩的 50%。初擰后的高強(qiáng)度螺栓應(yīng)用顏色做出標(biāo)識(shí)，然后根據(jù)試驗(yàn)確定的扭矩系數(shù)計(jì)算出最終扭矩，進(jìn)行終擰。終擰結(jié)束后，用另一種顏色進(jìn)行標(biāo)識(shí)。高強(qiáng)度螺栓在初擰和終擰時(shí)，連接處的螺栓應(yīng)按一定順序施擰，一般由螺栓群中央順序向外擰緊。初擰、終擰應(yīng)在 24 h 內(nèi)完成。

高強(qiáng)度大六角頭螺栓連接副終擰完成后 1 h～48 h 內(nèi)應(yīng)進(jìn)行終擰扭矩檢查，檢查結(jié)果應(yīng)符合《規(guī)范》的規(guī)定。報(bào)驗(yàn)時(shí)應(yīng)有抗滑移試驗(yàn)資料、初擰和終擰原始記錄和施工質(zhì)量檢查驗(yàn)收記錄等原始資料。

3.5 懸挑區(qū)域大桁架的施工管理措施

針對(duì)本項(xiàng)目懸挑區(qū)域施工控制要求高的特點(diǎn)，項(xiàng)目部協(xié)調(diào)組織施工單位、設(shè)計(jì)單位和監(jiān)理單位相關(guān)專業(yè)監(jiān)理，著重圍繞此處鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中的變形量控制及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等問題展開討論、共同協(xié)商。在此期間，僅施工組織專項(xiàng)方案就召開了多次專題會(huì)議，經(jīng)多次討論，制定出以下應(yīng)對(duì)措施。

（1）研究分析桁架區(qū)域的構(gòu)件組成，拆分構(gòu)件單元，摸清單個(gè)及拼接桁架構(gòu)件的分段重量，制定合適的吊裝方法。若現(xiàn)場(chǎng)塔吊不能滿足起吊重量要求，則采取汽車吊配合施工。

（2）確定合理的施工順序。先施工主體結(jié)構(gòu)形成框架體系，再開始施工大懸挑桁架；施工大懸挑桁架前，在結(jié)構(gòu)頂板柱頂位置預(yù)埋鋼板埋件，設(shè)置格構(gòu)柱作為大懸挑的臨時(shí)支撐（見圖1），支撐定位在下方有混凝土柱的地方。

圖1 懸挑支撐示意圖

（3）按圖紙要求，須先在地面整體拼裝、再進(jìn)行上部拼裝的構(gòu)件。先在地面進(jìn)行拼裝，確保其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，然后制定合適的拼裝對(duì)接方式，以免因荷載增加而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形。

（4）懸挑結(jié)構(gòu)安裝前，先進(jìn)行變形量的軟件分析，做好變形量的計(jì)算。對(duì)于需要預(yù)起拱的構(gòu)件，應(yīng)采取相關(guān)處理措施，同時(shí)在安裝完畢后做好觀測(cè)工作，待變形穩(wěn)定后再實(shí)施拆撐工作。

3.6 鋼結(jié)構(gòu)安全管理措施

安全管理是鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的重要環(huán)節(jié)。本項(xiàng)目樓層雖低，但鋼構(gòu)件質(zhì)量大，地面人員數(shù)量多且流動(dòng)大，一旦發(fā)生構(gòu)件和人員墜落，就極易引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。為了杜絕此類安全事故的發(fā)生，應(yīng)首先對(duì)各單位項(xiàng)目經(jīng)理、負(fù)責(zé)人及專職安全員等管理人員進(jìn)行安全管理考核；其次聯(lián)合施工單位和監(jiān)理單位，在施工現(xiàn)場(chǎng)成立安全文明施工監(jiān)督小組，連同各單位專職安全員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行嚴(yán)格管理；同時(shí)制定詳細(xì)的相關(guān)安全管理?xiàng)l例，記錄每周的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督情況。此外，總承包單位須對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)承擔(dān)主要責(zé)任，加強(qiáng)對(duì)各分包單位的管理；分包單位也應(yīng)制定相應(yīng)的安全制度，設(shè)立相關(guān)的安全機(jī)構(gòu)，配備專職安全員。施工人員是決定建筑鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量和安全的直接因素，因此，定期對(duì)施工人員進(jìn)行培訓(xùn)，以增強(qiáng)其安全意識(shí)，提高其專業(yè)水平，是鋼結(jié)構(gòu)施工管理的重中之重。監(jiān)督小組的專職安全員每天施工前對(duì)施工人員進(jìn)行安全教育，使其樹立“安全第一” 的思想；采取特殊的經(jīng)濟(jì)手段，引導(dǎo)施工人員規(guī)范施工；邀請(qǐng)專家定期為施工人員開展安全文明培訓(xùn)講座，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況和相關(guān)施工案例，讓施工人員掌握專業(yè)技能的同時(shí)，理解安全文明施工的重要性；運(yùn)用動(dòng)畫和視頻演示，更生動(dòng)形象地幫助施工人員掌握相關(guān)技能，教導(dǎo)他們?cè)谟龅教厥馇闆r時(shí)采取合理規(guī)范的避險(xiǎn)措施，以免因驚慌失措而發(fā)生嚴(yán)重事故。

3.7 運(yùn)用 BIM 技術(shù)協(xié)同管理

本項(xiàng)目建立了專門的協(xié)同平臺(tái)，施工階段充分利用了該平臺(tái)的相關(guān)功能，且有效運(yùn)用了 BIM 技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工之間的協(xié)同管理。利用 BIM 相關(guān)軟件，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行建模，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化，再根據(jù)導(dǎo)出的加工圖進(jìn)行構(gòu)件加工。此外，運(yùn)用鋼結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行吊裝模擬，提前進(jìn)行吊裝演示，用于對(duì)工人進(jìn)行交底，以提高鋼結(jié)構(gòu)的施工效率。

為了保證模型與施工現(xiàn)場(chǎng)的一致性，在加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量監(jiān)督的同時(shí)，還要結(jié)合移動(dòng)設(shè)備和平臺(tái)資料，反饋現(xiàn)場(chǎng)工況。一旦發(fā)現(xiàn)模型與施工現(xiàn)場(chǎng)相矛盾，即刻組織各方召開協(xié)調(diào)溝通會(huì)，討論解決辦法，及時(shí)將解決方案落實(shí)到 BIM模型和現(xiàn)場(chǎng)施工中。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過介紹程十發(fā)美術(shù)館項(xiàng)目的背景，分析其外形特點(diǎn)和項(xiàng)目難點(diǎn)，充分闡明了大中型文化場(chǎng)館工程建設(shè)要求高、技術(shù)難的特點(diǎn)。以該項(xiàng)目的主要施工難點(diǎn)—鋼結(jié)構(gòu)施工為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)施工過程中的技術(shù)和安全管理作了詳細(xì)描述，使讀者更形象地了解到大中型文化建筑的施工管理工作，同時(shí)為相關(guān)從業(yè)管理者提供相關(guān)的參考資料和類似經(jīng)驗(yàn)。