傘狀形鋼柱柱頂鋼梁對接施工技術(shù)研究

李 斌 （安徽三建工程有限公司，安徽 合肥 230022）

0 前言

隨著鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的推廣應(yīng)用和發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍越來越廣，除普通工業(yè)廠房、基礎(chǔ)設(shè)施、橋梁、展覽館、體育館等諸多方面外，超高層建筑、大型公共建筑等也越來越多地應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)，特別是一些造型獨(dú)特、空間異形結(jié)構(gòu)[1]。通常，空間異形鋼結(jié)構(gòu)中傘狀形鋼柱柱頂鋼梁現(xiàn)場對接施工時(shí)需搭設(shè)臨時(shí)支撐平臺，以確保鋼梁對接過程安全及對接質(zhì)量[2]。

1 傘狀形鋼柱柱頂鋼梁現(xiàn)場對接施工技術(shù)簡介

傘狀形鋼柱由一根Ф500*10 鋼管柱及三根Ф245*8 鋼管支撐構(gòu)成傘狀形，鋼管支撐一端與H 型鋼梁通過Ф70銷軸連接，另一端與鋼管柱通過焊接固定；其中，鋼管支撐在鋼柱上方多方向鋼梁對接完成后進(jìn)行安裝。

傘狀形鋼柱柱頂設(shè)計(jì)標(biāo)高與柱頂正上方鋼梁下表面設(shè)計(jì)標(biāo)高高差為2.5m,鋼柱加工長度較設(shè)計(jì)長度延長2.5m，至鋼梁下表面，頂部用鋼板封堵，作為柱頂上方多方向鋼梁對接施工臨時(shí)支撐平臺。鋼柱上方首根鋼梁安裝根據(jù)鋼柱頂部十字線進(jìn)行輔助定位，確保首根鋼梁定位準(zhǔn)確。鋼柱上方多方向鋼梁對接完成及三根鋼管支撐安裝完成后，切除鋼柱設(shè)計(jì)標(biāo)高以上鋼管柱，并用裝飾半球封堵鋼管柱。

2 傘狀形鋼柱柱頂鋼梁對接施工工藝原理

傘狀形鋼柱柱頂鋼梁對接施工，首先，復(fù)核鋼柱預(yù)埋螺栓尺寸，利用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀定位傘狀形鋼柱安裝十字線，確保鋼柱定位準(zhǔn)確后安裝傘狀形鋼柱，并用攬風(fēng)繩三邊固定鋼柱；其次，安裝傘狀形柱頂上方首根鋼梁[3]，鋼梁一端與普通鋼柱螺栓連接，另一端根據(jù)傘狀形鋼柱柱頂十字線位置臨時(shí)固定在延長柱頂頂部，鋼柱延長部位作為臨時(shí)支撐平臺，其余方向鋼梁依次安裝并完成對接；接著進(jìn)行三根傘狀鋼管支撐安裝施工；最后將傘狀形鋼柱設(shè)計(jì)標(biāo)高以上部位鋼柱切除，并用裝飾半球封堵。

3 施工工藝及施工操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

傘狀形鋼柱柱頂鋼梁對接施工工藝流程如圖1所示。

圖1 傘狀形鋼柱柱頂鋼梁對接施工工藝流程

3.2 施工操作要點(diǎn)

3.2.1 施工準(zhǔn)備

認(rèn)真熟悉圖紙，進(jìn)行二次深化設(shè)計(jì)并請?jiān)O(shè)計(jì)、甲方、監(jiān)理進(jìn)行圖紙確認(rèn)，編制施工機(jī)具設(shè)備需求計(jì)劃；吊裝路線規(guī)劃，起吊位置布設(shè)，構(gòu)件堆放場地平整；組織工具用具、機(jī)械吊裝設(shè)備和鋼板等進(jìn)場；根據(jù)實(shí)際吊裝高空對接情況編制安全技術(shù)交底書，組織召開安全技術(shù)交底會議，確保操作人員了解相關(guān)施工技術(shù)要求及安全防護(hù)措施。

3.2.2 測量放線

采用（激光）經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、線錘、墨斗等儀器工具，在混凝土短柱上彈出鋼柱安裝十字線，允許偏差為±5.0mm；根據(jù)施工廠區(qū)基準(zhǔn)點(diǎn)，確定標(biāo)高控制點(diǎn)。

3.2.3 傘狀形鋼柱安裝

根據(jù)鋼柱定位十字線安裝鋼柱，通過柱腳調(diào)平螺母調(diào)整鋼柱垂直度，調(diào)整完成后柱腳底板下方對稱墊設(shè)四塊斜鐵，并拉設(shè)攬風(fēng)繩三個(gè)方向固定鋼柱（見圖2）。

圖2 傘狀形鋼柱安裝固定示意圖

3.2.4 首根鋼梁臨時(shí)固定

傘狀形鋼柱安裝固定完成后進(jìn)行鋼柱上方多方向鋼梁中首根鋼梁臨時(shí)固定安裝，首根鋼梁與其余普通鋼梁區(qū)別在于：首根鋼梁在鋼柱上方對接位置處有多方向分叉接頭，以便普通鋼梁與其對接連接（見圖3）。首根鋼梁需定位準(zhǔn)確，否則影響其余普通鋼梁對接精度，甚至導(dǎo)致其余鋼梁無法對接。首根鋼梁通過點(diǎn)焊與傘狀形鋼柱延長部位頂部臨時(shí)固定（見圖4）。

圖3 首根鋼梁圖

圖4 首根鋼梁臨時(shí)固定示意圖

3.2.5 其他鋼梁對接

首根鋼梁臨時(shí)固定完成后，依次進(jìn)行剩余方向鋼梁高空對接，遵循先對接跨度小、截面大的鋼梁，后對接跨度大的鋼梁原則；在鋼梁對接節(jié)點(diǎn)剛接前需確保各方向鋼梁安裝精度，滿足要求后方可焊接固定（見圖5）。

3.2.6 鋼管支撐安裝

每根鋼管柱頂部有三根Ф245*8 鋼管支撐，與鋼管柱構(gòu)成傘狀形鋼柱。鋼管柱上方多方向鋼梁對接完成，剛接后，經(jīng)焊縫探傷檢測符合設(shè)計(jì)要求，方可進(jìn)行鋼管支撐安裝。鋼管支撐一端與鋼管柱上方鋼梁通過銷軸連接，為鉸接節(jié)點(diǎn)，另一端與鋼管柱通過焊接連接，為剛接節(jié)點(diǎn)，三根鋼管支撐與鋼管柱焊接節(jié)點(diǎn)位于同一標(biāo)高，安裝過程中需嚴(yán)格控制三根鋼管支撐底部標(biāo)高，確保三根鋼管支撐受力均勻（見圖6）。

圖6 鋼管支撐安裝示意圖

3.2.7 鋼柱設(shè)計(jì)標(biāo)高以上切除

①傘狀形鋼柱頂部三根鋼管支撐安裝完成后，進(jìn)行鋼柱設(shè)計(jì)標(biāo)高以上部位鋼柱切除工作，采用盤片切割機(jī)切除，切除作業(yè)時(shí)確保作業(yè)人員操作面安全，做好高空防墜、防火等相關(guān)安全措施。

②鋼柱設(shè)計(jì)標(biāo)高以上部位鋼柱切除后，需進(jìn)行鋼柱頂部封堵，封堵材料選用裝飾半球，壁厚同鋼管壁厚，與鋼柱頂部通過焊接固定，以確保鋼柱整體剛度符合設(shè)計(jì)要求（見圖7）。

圖7 鋼柱切除裝飾半球封堵

4 傘狀形鋼柱柱頂鋼梁對接施工質(zhì)量安全控制

4.1 原材料質(zhì)量控制

主鋼構(gòu)鋼材選用Q345B 鋼，其屈服強(qiáng)度fy ≥345N/mm2；手工焊時(shí)，采用E43XX 型焊條，自動焊接或半自動焊接時(shí)采用的焊絲和焊劑，應(yīng)與主體金屬的強(qiáng)度相匹配；高強(qiáng)度螺栓采用大六角頭型高強(qiáng)度螺栓,性能等級為10.9s，不同規(guī)格鋼板、鋼管、高強(qiáng)螺栓均見證取樣進(jìn)行檢測。

4.2 制作質(zhì)量控制

焊縫質(zhì)量的檢驗(yàn)等級：鋼梁鋼柱為二級，其余次要構(gòu)件為三級。所有梁、柱連接節(jié)點(diǎn)，凡是要求坡口等強(qiáng)連接的均應(yīng)設(shè)引弧板，施焊完成后可將引弧板割掉。

所有需要拼接的構(gòu)件一律要用等強(qiáng)拼接，上、下翼緣和腹板中的拼接焊縫位置應(yīng)錯(cuò)開，并避免與加勁板重合，腹板拼接焊縫與它平行的加勁板至少相距200mm，腹板拼接與上、下翼緣拼接焊縫至少相距200mm。

4.3 安裝過程中的質(zhì)量控制

①平面主梁施工時(shí)須考慮跨中起拱高度為60mm，現(xiàn)場起拱后，對起拱高度進(jìn)行檢查；

②傘狀形鋼柱上方多方向鋼梁安裝需消除積累誤差，確保沿鋼梁長度方向鋼次梁順利安裝；

③大跨度鋼梁安裝完成后，在整個(gè)鋼骨架未達(dá)到設(shè)計(jì)要求平面剛度之前，定期進(jìn)行變形、跨中撓度監(jiān)測，確保大跨度鋼梁變形、跨中撓度位于設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)[4]；

④鋼梁與鋼梁連接、鋼梁與鋼柱連接先利用高強(qiáng)螺栓連接臨時(shí)固定，后利用引弧板進(jìn)行焊接固定；高強(qiáng)螺栓初擰、復(fù)擰、終擰在24 小時(shí)內(nèi)進(jìn)行，并對終擰后高強(qiáng)螺栓隨機(jī)檢查扭矩值；

⑤傘狀鋼柱頂部三根鋼管支撐安裝時(shí)需嚴(yán)格控制鋼管支撐底部標(biāo)高及鋼管支撐與鋼梁通過銷軸連接質(zhì)量[5]；

⑥所有剛接節(jié)點(diǎn)施焊完成后，對焊縫焊渣進(jìn)行清理，經(jīng)檢查焊縫外觀質(zhì)量及焊縫探傷檢測合格后涂刷防銹底漆兩度。

4.4 吊裝階段安全措施

吊裝作業(yè)前做好安全技術(shù)交底、安全教育，特種作業(yè)人員持證上崗，未經(jīng)教育和交底的人員不準(zhǔn)上崗作業(yè)。施工現(xiàn)場電焊作業(yè)，必須按有關(guān)規(guī)定辦理用火審批手續(xù)，領(lǐng)取用火證，動火前要消除附近易燃物，并采取一定的防火措施，動火證當(dāng)日有效。

施工現(xiàn)場全體人員必須遵守勞動紀(jì)律和安全生產(chǎn)制度，上班前嚴(yán)禁喝酒，作業(yè)現(xiàn)場不準(zhǔn)吸煙。鋼梁吊裝前，在鋼梁上表面通長布設(shè)安全繩，高空作業(yè)人員需正確穿戴安全帶、安全帽，穿防滑鞋，安裝使用工器具及螺栓螺帽應(yīng)隨手入袋，以免墜落誤傷他人。

4.5 其他注意事項(xiàng)

鋼構(gòu)件吊裝之前應(yīng)復(fù)查鋼構(gòu)件加工尺寸圖及相應(yīng)安裝布置圖，確保鋼構(gòu)件安裝位置準(zhǔn)確；通過高強(qiáng)螺栓連接的鋼梁，嚴(yán)禁用氣割擴(kuò)孔，必須擴(kuò)孔時(shí)需經(jīng)設(shè)計(jì)單位同意后，采用鉸刀擴(kuò)孔。

鋼梁高空安裝過程中，操作人員工器具，如扳手、撬棍等應(yīng)裝入隨身攜帶的袋子里，以免掉落傷人；盡量避免在大風(fēng)、雨天進(jìn)行安裝，采取有效措施，防止鋼構(gòu)件尖銳棱角刺割鋼絲繩。

5 工程應(yīng)用分析

傘狀形鋼柱柱頂鋼梁對接施工技術(shù)應(yīng)用于南艷高科清華大學(xué)合肥公共研究院一期項(xiàng)目綜合實(shí)驗(yàn)大樓鋼結(jié)構(gòu)工程，綜合實(shí)驗(yàn)大樓中庭區(qū)域空間異形鋼結(jié)構(gòu)包含三根傘狀形鋼柱，傘狀形鋼柱上方共計(jì)15根鋼梁對接施工[6]。

本施工技術(shù)采用延長鋼柱設(shè)計(jì)長度至鋼梁下表面，以作為鋼柱上方多方向鋼梁對接施工時(shí)臨時(shí)支撐平臺施工工藝，可節(jié)省臨時(shí)支撐架體材料費(fèi)、施工機(jī)械臺班、以及人工等費(fèi)用，施工工期大大縮短。

成本分析如下：

①采用普通鋼管腳手架臨時(shí)支撐架體，架體搭設(shè)高度為20.8m，架體尺寸為3m×3m，所需材料租賃費(fèi)1500 元/月，地面硬化費(fèi)用4×4×0.1×350+12×4×4=752 元，搭設(shè)架體人工費(fèi)3×3×20.8×15=2808 元，一根傘狀形鋼柱柱頂鋼梁對接施工臨時(shí)支撐架體搭設(shè)所費(fèi)用合計(jì)為5060元；

②采用延長鋼柱設(shè)計(jì)長度至鋼梁下表面，以作為鋼柱上方多方向鋼梁對接施工時(shí)臨時(shí)支撐平臺所需材料費(fèi)1280元，切除鋼柱延長部分及進(jìn)行封堵所需人工費(fèi)400 元，一根傘狀形鋼柱柱頂鋼梁對接所需費(fèi)用合計(jì)為1680元。

同比節(jié)約（5060-1680）×3=10140元。

6 結(jié)論

本文以南艷高科清華大學(xué)合肥公共研究院一期項(xiàng)目綜合實(shí)驗(yàn)大樓鋼結(jié)構(gòu)工程為實(shí)例，對傘狀形鋼柱柱頂鋼梁對接施工技術(shù)的工藝原理、施工工藝、質(zhì)量控制、成本效益等進(jìn)行分析和研究，得出：利用鋼管柱自身作為鋼柱上方多方向鋼梁對接施工臨時(shí)支撐平臺，避免搭設(shè)高支撐平臺，節(jié)省施工空間，施工安全系數(shù)高、綜合成本低、便于施工，可以大大縮短施工工期，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益、工期效益、社會效益。