淺析沿海地區(qū)大跨度重型鋼結(jié)構(gòu)廠房施工技術(shù)

中國水利水電第四工程局有限公司 石國宏

隨著國家大力發(fā)展裝配式鋼結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的混凝土建筑逐步被模塊化的鋼結(jié)構(gòu)建筑所代替，尤其在大跨度、超高層、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑中，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用更是廣泛。通過在居住建筑、公共建筑、工業(yè)建筑、農(nóng)業(yè)建筑等中合理使用鋼結(jié)構(gòu)，不僅可以將復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為單元預(yù)制模塊，減少施工時(shí)間，提高工程建設(shè)進(jìn)度，還能改變建筑物的使用空間、減低造價(jià)成本和對周圍環(huán)境的影響。大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房的推廣使用，對于刺進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)和改善人們生活水平有著積極的作用，大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房的施工技術(shù)非常關(guān)鍵，只有科學(xué)合理的制定施工過程才能保證鋼結(jié)構(gòu)建筑的經(jīng)濟(jì)、安全和可持續(xù)發(fā)展[1]。

1 施工重難點(diǎn)分析及方案再設(shè)計(jì)

福建三峽海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)園LM廠房主廠房結(jié)構(gòu)形式為全鋼結(jié)構(gòu)單層工業(yè)廠房，主廠房長218.4m、寬90m、基本柱距9m，寬度方向兩連跨，DE跨、EF跨跨度均為43.8m，柱頂標(biāo)高22.000m，屋脊標(biāo)高24.190m。鋼柱為階型柱，下柱采用分離式格構(gòu)柱，上柱為焊接H型鋼柱，屋面為鋼屋架，共50榀，建筑面積19963.3㎡，工程總重量3800t。

本工程屬于典型的大跨度、超高的重型鋼結(jié)構(gòu)廠房，同時(shí)施工現(xiàn)場距離海岸不足200m，日常風(fēng)力在3～4級，且經(jīng)常出現(xiàn)6～8級的陣風(fēng)，增加了施工難度和現(xiàn)場安全管理難度；鋼柱采用格構(gòu)柱和焊接H型鋼組成的階型柱，最大長度25.09m，單件重量11.6t，構(gòu)件細(xì)長容易產(chǎn)生形變，且基礎(chǔ)形式采用杯口基礎(chǔ)，因此鋼柱吊裝是本工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)；廠房屋面采用鋼屋架，跨度43.8m，屋架最大長度48m，最大重量12.4t，屬于長度超限構(gòu)件，需要采用安全、可靠的施工方案和技術(shù)保證鋼屋架工廠預(yù)制、運(yùn)輸及吊裝。

根據(jù)本工程特殊的作業(yè)環(huán)境和施工重難點(diǎn)分析，結(jié)合BIM技術(shù)對施工方案進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化和再設(shè)計(jì)，最終確定施工方案為：鋼柱采用廠內(nèi)整體制作、整根運(yùn)輸、現(xiàn)場一次吊裝的方案；鋼屋架因結(jié)構(gòu)超長，確定為將細(xì)長的鋼屋架梁分為三個(gè)拼裝單元在廠內(nèi)完成制作，分段運(yùn)輸，在施工現(xiàn)場采用“臥式胎架法”拼焊后整體再通過雙機(jī)抬吊方式吊裝。采用上述施工方案后，主要構(gòu)件都通過廠內(nèi)制作和現(xiàn)場地面完成拼裝及焊接工作，大幅降低了運(yùn)輸難度和現(xiàn)場高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，而且拼裝精度可以得到保障，安全、質(zhì)量和工期得以保證。安裝工藝流程為：基礎(chǔ)復(fù)測→前期預(yù)埋→構(gòu)件進(jìn)場→鋼柱及柱間支撐安裝→中柱吊車梁安裝→屋架拼焊、安裝→邊柱安裝→屋面支撐安裝→墻屋面維護(hù)結(jié)構(gòu)安裝→零星構(gòu)件安裝→防火涂料施工→收尾交驗(yàn)[2]。

2 關(guān)鍵部位施工工藝

2.1 施工準(zhǔn)備

施工機(jī)械選擇。機(jī)械設(shè)備是保證廠房安裝施工順利進(jìn)行的前提，在安裝之前，要根據(jù)工程實(shí)際、現(xiàn)場施工條件和施工難易程度選擇優(yōu)質(zhì)、高效的機(jī)械設(shè)備。機(jī)械設(shè)備要根據(jù)施工現(xiàn)場安裝進(jìn)度和需要適時(shí)進(jìn)場。選擇吊裝設(shè)備時(shí)要根據(jù)安裝人員的施工經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)水平選擇合適的設(shè)備，同時(shí)要了解和掌握吊裝設(shè)備的特性[3]；基礎(chǔ)復(fù)測。根據(jù)土建主控網(wǎng)各控制點(diǎn)的坐標(biāo)，在鋼結(jié)構(gòu)施工前測量工程平面控制網(wǎng)，并用墨線在地面作出明顯標(biāo)識并長期保留，直至安裝工作全部結(jié)束。在安裝期間，需要通過這些控制網(wǎng)線檢查構(gòu)件的定位準(zhǔn)確性。

2.2 鋼柱安裝

鋼柱進(jìn)場驗(yàn)收合格后進(jìn)行安裝工作。本項(xiàng)目基礎(chǔ)形式為杯口基礎(chǔ)，鋼柱安裝前提前在鋼柱下階柱外側(cè)焊接安裝定位板，定位板高度根據(jù)杯口標(biāo)高+50mm進(jìn)行設(shè)置，定位板制備兩組φ30圓孔；同時(shí)，在混凝土杯口外側(cè)與定位板平齊位置設(shè)置化學(xué)錨栓，下階柱兩側(cè)各設(shè)置1組、每組2個(gè)化學(xué)錨栓，錨栓上下設(shè)置調(diào)整螺母。鋼柱安裝時(shí)只需將鋼柱定位板與錨栓連接，通過調(diào)整調(diào)節(jié)螺母即可對鋼柱垂直度、標(biāo)高等控制，極大地提高了施工速度和準(zhǔn)確性。施工原理如圖1所示。

圖1 化學(xué)錨栓施工原理示意圖

鋼柱采用一臺50t汽車吊進(jìn)行吊裝，吊裝前安裝人員將鋼柱的吊點(diǎn)、柱腳、基礎(chǔ)杯口的中心點(diǎn)置于汽車吊的作業(yè)半徑線上，并在鋼柱的柱腳端面設(shè)置一塊滑板，在鋼柱吊裝時(shí)，使鋼柱端部隨著吊車提升而滑移至吊車的作業(yè)半徑線內(nèi)。當(dāng)鋼柱較長時(shí)可通過雙機(jī)抬吊的方式將鋼柱豎立。鋼柱起吊時(shí)，將綁扎好的鋼柱緩慢提升起離地面200mm后暫定，起重作業(yè)人員檢查吊索和吊車是否穩(wěn)定可靠。檢查無誤后將鋼柱下放至離安裝面40～100mm的位置，并使其對準(zhǔn)安裝基準(zhǔn)線，然后指揮吊車將鋼柱插入杯口，使鋼柱定位板置于化學(xué)螺栓處并進(jìn)行臨時(shí)固定。然后用經(jīng)緯儀配合鋼柱調(diào)整，使鋼柱初校正后的垂直度偏差控制在10mm范圍內(nèi)，并將鋼柱前后左右四根纜風(fēng)繩固定在預(yù)埋處，固定完成后將起重機(jī)吊鉤脫離，然后進(jìn)行鋼柱準(zhǔn)確校正[4]。

2.3 鋼屋架安裝

鋼屋架組焊。根據(jù)鋼屋架梁總體尺寸，首先在地面上放出屋架大樣，根據(jù)大樣尺寸在地面鋪設(shè)拼裝胎架，并將胎架進(jìn)行整體調(diào)平。然后將屋架平鋪在胎架上，使用機(jī)械千斤頂對鋼屋架梁進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其與地面大樣重合，并檢查對角、長度、高度、起拱。確保與圖紙尺寸一致后，對接頭采用碼板進(jìn)行固定、焊接。T型鋼腹板采用平焊，翼緣板采用立焊，背面加陶瓷襯墊，單面焊接雙面成型，焊縫應(yīng)符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。由于焊接施工現(xiàn)場長期有風(fēng)沙，在焊接時(shí)制作防風(fēng)罩進(jìn)行焊接作業(yè)，保證焊縫一次合格率。

鋼屋架吊裝。鋼屋架梁翻身就位后需要進(jìn)行多次試吊并及時(shí)調(diào)整，鋼屋架梁綁扎使用4根鋼絲繩作為索具，采用2分支+雙機(jī)抬吊的方法，用索具直接連接在鋼屋架梁的安裝吊耳上。試吊時(shí)吊車起吊一定要緩慢上升，做到各吊點(diǎn)位置受力均勻并以構(gòu)件不變形為最佳狀態(tài)，達(dá)到要求后即可起吊至設(shè)計(jì)位置，再由人工在地面拉動(dòng)預(yù)先扣在構(gòu)件上的控制繩，轉(zhuǎn)動(dòng)到位后螺栓連接、調(diào)節(jié)水平。鋼屋架梁吊起就位，接頭處安裝孔對準(zhǔn)后，先安裝2條螺栓將鋼屋架頂部與鋼柱頂部相連，待鋼屋架調(diào)整完成后，將屋架下弦桿端部與鋼柱翼板連接位置用螺栓連接固定。鋼屋架量吊裝時(shí)，確保周邊鋼立柱已完全形成穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)。

綜上，通過對施工方案再設(shè)計(jì)，并結(jié)合先進(jìn)的BIM管理技術(shù)對整個(gè)廠房進(jìn)行了三維建模和節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)，同時(shí)在關(guān)鍵施工工藝上進(jìn)行了施工過程動(dòng)畫模擬，有效地避免了施工問題的發(fā)生。本工程實(shí)踐表明，采取有效的管理和先進(jìn)的施工技術(shù)措施，可以對重點(diǎn)施工部位得到有效控制，在保證安全的前提下節(jié)約了施工工期?？偠灾?，在建筑行業(yè)迅猛發(fā)展的當(dāng)今社會，大跨度、重型鋼結(jié)構(gòu)施工建筑越來越得到追捧和青睞，尤其是沿海、沿江地區(qū)的船舶、冶金和海上風(fēng)電工程建設(shè)項(xiàng)目，大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房使用越來越廣泛，有效、高質(zhì)量的施工技術(shù)方案結(jié)合現(xiàn)代管理方法和管理模式，可實(shí)現(xiàn)建設(shè)效益最大化。