大型公用建筑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究與應(yīng)用

陳征國(guó)

上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080

1 工程概況

上海世外附屬海口學(xué)校綜合樓屋頂平面尺寸為27.900 m×28.875 m，采用主桁架和H型鋼連系梁組成屋蓋體系，主桁架跨度27.25 m，高度3.10 m；次梁為H型鋼，跨度10.5 m，2榀主桁架單榀質(zhì)量為33 t，吊裝作業(yè)擬采用整榀桁架吊裝，吊裝作業(yè)單件超過30 t，為超過一定規(guī)模的危大工程。

綜合樓屋面位于③—⑥/ D— G 軸之間，安裝高度為17.9 m；由E 軸、 F 軸兩榀跨度為27.25 m、高度為3.10 m的鋼桁架構(gòu)成主要承重構(gòu)件，鋼桁架之間采用上下弦連系梁和連系桁架連接，構(gòu)成框架結(jié)構(gòu)體系。鋼桁架上弦桿為H型500 mm×450 mm×36 mm×36 mm，下弦桿為H型500 mm×450 mm×36 mm×36 mm，腹桿為H型300 mm×300 mm×20 mm×20 mm。鋼桁架之間的連系梁采用焊接H型鋼，跨度為10.5 m，主要截面為BH450 mm×200 mm×14 mm×14 mm、BH450 mm×200 mm×10 mm×10 mm，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 綜合樓主桁架立面布置示意

2 鋼結(jié)構(gòu)施工重、難點(diǎn)分析

1）構(gòu)件多處與土建預(yù)埋件連接，對(duì)土建施工精度要求較高，需要在土建結(jié)構(gòu)施工時(shí)，配合完成預(yù)埋件的安裝，使誤差滿足要求，便于后期鋼結(jié)構(gòu)順利就位[1-3]。

2）場(chǎng)地狹小，到現(xiàn)場(chǎng)后立即吊裝就位，避免現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件囤積在場(chǎng)地上，保證現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的施工效率。

3）安裝高度較大，所有作業(yè)都是高空作業(yè)，必須采取安全防護(hù)措施，創(chuàng)造安全作業(yè)環(huán)境。

4）吊裝作業(yè)期間，其他單體和專業(yè)仍在施工中，交叉作業(yè)管控難度大，必須加強(qiáng)安全監(jiān)督與巡視。

5）安全管控難度大，現(xiàn)場(chǎng)主要為鋼結(jié)構(gòu)吊裝，吊裝作業(yè)、交叉作業(yè)，點(diǎn)多、面廣，需加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全管控。

3 鋼結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 鋼結(jié)構(gòu)施工總體部署

由于綜合樓屋面桁架跨度較大，達(dá)到27 m，高度達(dá)到3.1 m，無法整體出廠。因此考慮加工制作、運(yùn)輸?shù)纫蛩兀_定在加工廠預(yù)制時(shí)，對(duì)于單榀主桁架擬分兩段出廠，寬度不分段。運(yùn)輸時(shí)桁架平放在拖車上出廠，到現(xiàn)場(chǎng)后卸貨，在平臺(tái)上進(jìn)行拼裝，起吊時(shí)翻身就位。鋼結(jié)構(gòu)施工整體部署順序如圖2所示。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)施工整體部署

3.2 鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)吊裝工況分析

3.2.1 施工機(jī)械選型

綜合樓屋面吊裝時(shí)，履帶吊只能停機(jī)于東側(cè)。綜合樓主桁架的最大質(zhì)量為33 t，長(zhǎng)度27 m，高度3.1 m，安裝高度21 m，選用徐工XGC300 t履帶吊作為吊裝機(jī)械，采用無臂端滑輪重型主臂主鉤工況，中心配重40 t，轉(zhuǎn)臺(tái)配重115 t，作業(yè)半徑按照30 m計(jì)取，扒桿接長(zhǎng)57 m，起吊高度21 m，滿足要求。

綜上，綜合樓鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)吊裝采用1臺(tái)XGC300 t履帶吊吊裝主桁架，汽車吊配合卸車及拼裝；構(gòu)件的堆場(chǎng)可在汽車吊吊裝區(qū)域內(nèi)設(shè)置1個(gè)。鋼結(jié)構(gòu)吊裝機(jī)械的具體規(guī)格、數(shù)量和用途見表1。

表1 鋼結(jié)構(gòu)吊裝機(jī)械

3.2.2 吊裝工況分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，綜合樓桁架吊裝采用XGC300 t履帶吊作為吊裝機(jī)械。由于構(gòu)件質(zhì)量較大（33 t），且起吊高度較高，下部混凝土梁、柱已經(jīng)完成，綜合考慮構(gòu)件質(zhì)量、作業(yè)半徑、起吊高度等因素，避免起吊過程中扒桿與混凝土結(jié)構(gòu)相碰，準(zhǔn)備采用超起工況進(jìn)行吊裝，吊裝工況為作業(yè)半徑30 m，額定起吊質(zhì)量39.3 t，扒桿長(zhǎng)度58 m（圖3）。

圖3 鋼結(jié)構(gòu)吊裝工況示意

3.2.3 地基處理

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，綜合樓下部有1層地下室，因此履帶吊停機(jī)時(shí)，盡量遠(yuǎn)離地下室外墻位置，以減小對(duì)側(cè)墻的壓力。停機(jī)面處理：先用16 t壓路機(jī)對(duì)結(jié)構(gòu)至道路之間履帶吊開行的區(qū)域進(jìn)行路面壓實(shí)，澆筑厚150 mm的C30混凝土。履帶吊就位時(shí)，自帶8塊3.0 m×5.0 m×0.2 m的路基箱。停機(jī)中心位距建筑邊線至少9 m，根據(jù)壓力45°角擴(kuò)散的原則，保證對(duì)地下室外墻的側(cè)壓力較小。

按最大起重量300 t進(jìn)行地基承載力計(jì)算，只要滿足最大起重量時(shí)的要求，則其他情況也滿足要求。吊車自重為260 t，最大起重量時(shí)的臂長(zhǎng)19.5 m，臂質(zhì)量為6.2 t，吊鉤質(zhì)量為3.9 t，動(dòng)載系數(shù)取1.1，吊車單履帶下鋪設(shè)路基箱4塊，面積利用系數(shù)為0.75，單履帶的觸地面積按45 m2計(jì)算。本場(chǎng)地土層分層為黏土層、強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r，區(qū)域黏土層較厚，地下水位較低，因此土層按單一黏土層考慮，在壓實(shí)土層表面澆筑厚150 mm的C30混凝土，按路基箱接觸截面3 m×5 m作為基礎(chǔ)驗(yàn)算模型，驗(yàn)算地基極限承載力。經(jīng)計(jì)算，地基承載力符合要求。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)吊裝施工順序

按照結(jié)構(gòu)桁架主梁、桁架間連系梁、桁架外側(cè)懸挑結(jié)構(gòu)、壓型鋼板施工的次序完成全部結(jié)構(gòu)的安裝工作，具體安裝順序如下（圖4～圖7）：

圖4 E 軸吊裝平面布置示意

圖5 F 軸吊裝平面布置示意

圖6 次梁吊裝平面布置

圖7 桁架框架結(jié)構(gòu)吊裝及屋頂壓型鋼板鋪設(shè)

1） E 軸桁架結(jié)構(gòu)安裝。 E 軸桁架由下弦構(gòu)件、上弦桁架及腹桿等部件組成， E 軸桁架整體質(zhì)量約33 t，采用XGC300 t履帶吊吊起構(gòu)件移位。

2） F 軸桁架結(jié)構(gòu)安裝。 F 軸桁架由下弦構(gòu)件、上弦桁架及腹桿等部件組成， F 軸桁架整體質(zhì)量約33 t，采用XGC300 t履帶吊吊起構(gòu)件移位。

3）桁架間次梁安裝。采用XGC300 t履帶吊由下到上逐層進(jìn)行次梁移位及安裝。

4）桁架框架結(jié)構(gòu)吊裝及屋頂壓型鋼板鋪設(shè)。采用XGC300 t履帶吊由下到上逐層進(jìn)行次梁及其他構(gòu)件安裝；完成桁架框架結(jié)構(gòu)后，屋頂鋪設(shè)壓型鋼板。

3.4 狹小空間下操作平臺(tái)設(shè)計(jì)

由于場(chǎng)地限制，本工程不能采用高空車進(jìn)行涂裝作業(yè)，擬采用搭設(shè)鋼管滿堂腳手架操作平臺(tái)的方法以滿足安全要求和安裝、涂裝作業(yè)的需要。

②軸—③軸、⑤軸—⑥軸之間沒有下弦桿，搭設(shè)高度12.2 m，③軸—⑤軸之間搭設(shè)到下弦桿底0.3 m，搭設(shè)高度為10.5 m。采用單立桿，橫向、縱向縱距為0.9 m，橫桿步距0.9 m；每3跨設(shè)置橫、縱向剪刀撐一道。施工荷載2.0 kN/m2，模板滿鋪，自重取0.35 kN/m2，連墻方式采用與四周框架柱扣接。

4 結(jié)語

上海世外附屬海口學(xué)校綜合樓屋頂大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工時(shí)面臨場(chǎng)地狹小、高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大、吊裝施工期間與其他單體交叉作業(yè)管控難度大等難題。通過綜合分析作業(yè)場(chǎng)地實(shí)際情況以及吊裝機(jī)械的作業(yè)需求，在分析狹小場(chǎng)地不移機(jī)及最不利施工工況的基礎(chǔ)上，綜合考慮構(gòu)件質(zhì)量、作業(yè)半徑、起吊高度等因素，同時(shí)避免起吊過程中扒桿與混凝土結(jié)構(gòu)相碰，確定選用XGC300 t履帶吊作為吊裝機(jī)械。

同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，制定了結(jié)構(gòu)桁架主梁、桁架間連系梁、桁架外側(cè)懸挑結(jié)構(gòu)、壓型鋼板的安裝作業(yè)次序，通過搭設(shè)滿堂腳手架工作平臺(tái)，解決了鋼結(jié)構(gòu)高空涂裝作業(yè)受限的難題。

[1] 吳文平,蔣躍楠,蔡蕾,等.復(fù)雜環(huán)境中大型鋼結(jié)構(gòu)工程的施工技術(shù)分析[J].空間結(jié)構(gòu),2021,27(1):29-36.

[2] 王冰.大型鋼結(jié)構(gòu)廠房中鋼結(jié)構(gòu)的制作與安裝施工技術(shù)[J].城市建筑,2020,17(33):136-138.

[3] 成繼紅,劉明路,何月峰,等.某大型美術(shù)館鋼結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)[J].施工技術(shù),2017,46(14):79-82.