上下連體鋼結(jié)構(gòu)工程施工工藝及進(jìn)度保證措施

施 欣

（中交四航局江門航通船業(yè)有限公司，廣東 江門 529145）

0 引言

經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展背景下，我國鋼材產(chǎn)量近年來提升迅猛，大型公共建筑領(lǐng)域中鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用趨于廣泛，其結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜性不斷提升，有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)施工周期、質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益的要求也在不斷提升。侯振清等[1]在研究中發(fā)現(xiàn)以往高空連體鋼結(jié)構(gòu)施工中，通常都是在完成起止地面或空中模板支撐架的搭設(shè)后，通過起重設(shè)備逐一吊裝構(gòu)件并對位、焊接、組裝從而成型，不僅工程量大，且空中對接面臨較大的難度，很難保證焊接質(zhì)量，安全系數(shù)不高。在本研究中采取了上、下連體鋼結(jié)構(gòu)工程施工方案，該方案合理地利用空間高差，交錯施工，可保證連廊安裝按期完成，空間利用效率更高，能夠有效保障施工安全系數(shù)及質(zhì)量并減少成本支出對施工效果產(chǎn)生哪些影響，具有哪些作用。

1 工程概況

中交集團(tuán)南方總部基地C 區(qū)項目工程，采用框架—多核心筒結(jié)構(gòu)體系，主要包括兩棟塔樓（東塔和西塔），地下3 層，地上31 層，樓高約146.2m；建筑長度為175m，寬度為26m。東塔和西塔上下部通過鋼結(jié)構(gòu)連廊（下連體連廊和上連體連廊）連接，上、下連廊鋼結(jié)構(gòu)采用鋼桁架+鋼框架結(jié)構(gòu)，其中下連廊位于L2～L5 層（11.9～25.4m），上連廊位于L23～頂層（106.40～146.20m）。

上、下連體鋼結(jié)構(gòu)相對混凝土主體是相對獨立的兩個鋼結(jié)構(gòu)單體，構(gòu)成東、西塔樓上下兩個連接部分，形成“口”字的上下兩個橫線。C 區(qū)的上、下連體跨度為46.5m，下連體桁架間距15.5m，上連體桁架間距15.4m，重量合計約3 360t，占了整個C 區(qū)鋼結(jié)構(gòu)總量的一大半，上、下連體鋼結(jié)構(gòu)大量采用了材質(zhì)為Q420GJC 的鋼板，且很多都是40mm、50mm、60mm的厚板，核心筒箱型柱和上連體上弦端箱型的板厚甚至達(dá)到80mm。

2 工程施工工藝技術(shù)

2.1 上、下連體鋼結(jié)構(gòu)施工順序和計算

下連體是采用臨時胎架安裝的方法，上連體桁架是在下連體上拼裝，主要采用220t 和200t 汽車吊吊裝。上連體桁架就位采用提升工藝，上連體桁架就位后，上面的框架采用塔吊散裝的，如表所示1。

為了確保施工方案的安全，從下連廊吊裝開始，一直到上連廊提升，鋼框架吊裝，最終混凝土樓板澆筑，對每一施工步驟，上、下連廊桁架產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變進(jìn)行了計算。本計算采用Midas/GEN 有限元分析軟件，采用根據(jù)設(shè)計圖紙搭設(shè)的連廊和塔樓模型進(jìn)行整體計算。對計算過程中出現(xiàn)的提升端桿件和框架首節(jié)柱腳等幾個應(yīng)力較大的情況，分別采取提升桁架節(jié)點加固、提升點加固和對超標(biāo)柱腳進(jìn)行先鉸后剛的不同的處理辦法。

2.2 下連體施工方案

下連廊距地面12m，采用原位拼裝的方式。難點是大吊車要上地下室頂板，臨時支架沉降和卸載。此外下連廊還要滿足上連廊桁架段的拼裝承重需要，拼裝后提升受力轉(zhuǎn)化變化大等。

（1）安裝順序：地下室反頂—支架安裝—二層構(gòu)件—三層構(gòu)件—四層構(gòu)件—五層構(gòu)件—二～五層懸挑構(gòu)件—澆筑五層混凝土—下連廊支架卸載。

（2）吊車：大吊車沿連廊縱向行進(jìn)，每臺設(shè)4 個固定站位，吊車中心線和桁架中心線的距離為16.7m，最重節(jié)點吊裝半徑為18.32m，由于上連廊節(jié)點重量大，上弦端部節(jié)點單個重20t，高度為29.3m，最終選用220t 汽車吊。吊車行進(jìn)路線可保證50t 消防車行走，地下室采用定點鋼管加固，將吊車支腿反力傳到地下室底板上，經(jīng)計算確認(rèn)滿足施工要求。

（3）支架：每榀桁架中間設(shè)4 個支架，位于下連廊層間鋼柱的正下方。采用鋼管格構(gòu)柱，做成完整的二層平臺，以此保證二層施工人員的安全。支架頂部采用砂筒的形式，用來支撐桁架和保證同步卸載。為防止桁架的不斷加載導(dǎo)致混凝土樓板和臨時支架下沉，造成桁架預(yù)拱度不足，還對支架的下部也做了鋼管反頂。

表1 施工順序及主要內(nèi)容

（4）桁架分段：通常桁架分段為二層以上為柱梁分開施工，但下連廊分段小不能充分發(fā)揮吊車作用。下連體桁架采用各層桁架梁為主的分段方式，將鋼柱分在各個桁架梁分段上，可以保證正常運(yùn)輸（分段高度控制在3.5～3.7m），還可大大減少現(xiàn)場的拼裝節(jié)點。

（5）桁架焊接：本工程采用Q420GJ 的鋼板，編制了加工和施工的焊接工藝評定。焊工持證進(jìn)場，考試合格上崗施焊。采用對稱焊和厚板焊接工藝，確保焊縫質(zhì)量。

（6）現(xiàn)場施工情況：加工廠為確保桁架的完整性，桁架出廠前進(jìn)行了預(yù)拼裝，效果好?，F(xiàn)場安裝按計劃進(jìn)行，誤差小，預(yù)起拱值符合要求。熔透焊縫無損檢測一次合格率為99.2%。

2.3 上連廊桁架段拼裝提升

下連廊五層混凝土澆筑完畢后，在其頂部進(jìn)行上連廊桁架的拼裝。

（1）施工順序：拼裝下弦—下弦平臺梁、樓承板—拼裝斜腹桿—拼裝上弦—上弦平臺梁、樓承板—提升—補(bǔ)桿—上弦平臺混凝土澆筑。

（2）吊車：吊車的選型和站位和下連廊安裝一致。

（3）桁架分段：上連廊桁架截面大，鋼板厚（最厚80mm），只能按照節(jié)點和主梁分開，斜腹桿也是單獨構(gòu)件。

（4）預(yù)起拱值：上連廊桁架的預(yù)起拱值按照規(guī)范要求計算，桁架最大值為45mm。具體由三部分組成：桁架在下連廊頂部拼裝，下連廊的下沉值；桁架提升的受力轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的桁架下沉值；桁架提升到位后，不斷加載到完成后的下沉值[2]。

（5）桁架提升：桁架位于塔樓的23～25 層，提升高度為80m。桁架段拼裝后重量約820t，加上防火涂料、提升器軌道和連廊下吊頂?shù)闹亓?，提升重量約1 020t。本工程選用4 個提升點，上提升點設(shè)在桁架上弦牛腿上，下提升點設(shè)在桁架下弦的端頭。通過計算，對桁架和牛腿薄弱位置進(jìn)行加固[3]。每個提升點選用兩臺285t 提升器，每個提升器配19mm 鋼絞線13根。經(jīng)驗收，提升器的安全系數(shù)在2.14，鋼絞線的安全系數(shù)為3.07，均在規(guī)范范圍之內(nèi)。

提升過程堅持氣象監(jiān)測，應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測，同步監(jiān)測，桁架偏移監(jiān)測等，確保桁架提升一次就位。為防止提升過程風(fēng)載造成桁架擺幅過大，對桁架擺幅進(jìn)行了計算，還利用塔樓進(jìn)行了拉索等防風(fēng)措施。

（6）桁架精度控制：采用全站儀精準(zhǔn)測量牛腿端口坐標(biāo)，根據(jù)結(jié)果拼裝桁架，確保桁架端頭坐標(biāo)和牛腿端口坐標(biāo)一一對應(yīng)。提升前、試提升穩(wěn)定后均用三維掃描儀對牛腿端口和桁架端頭坐標(biāo)進(jìn)行二次測量，測量結(jié)果將對接精度控制在4mm 以內(nèi)。

2.4 上連廊框架安裝

（1）施工順序：26 層柱安裝—26 層平臺梁、樓承板安裝—27、28 層柱安裝—27、28 層平臺梁、樓承板安裝—29、30 層柱安裝—29、30 層平臺梁、樓承板安裝—31、天面層柱安裝—31、天面層平臺梁、樓承板安裝。

（2）吊機(jī)：由于上連廊框架在塔樓的26 層（+121m）以上，只能用塔吊（T600，R70）安裝。此時塔樓已封頂，可保證塔吊的使用時間。

（3）分段：由于塔吊吊裝性能的限制，左右塔吊離最遠(yuǎn)鋼柱的距離為50m，框架柱的分段重量必須控制在8t 以內(nèi)。

（4）先鉸后剛：經(jīng)計算，在施工過程不斷加載，框架首層四角的鋼柱根部的應(yīng)力超過設(shè)計應(yīng)力，為了避免可能的變形和破壞，必須對這幾根鋼柱的柱腳采用先鉸后剛的形式。把鋼柱柱腳設(shè)計成上下套管的形式，下管為小錐管，方便安裝，以確保鉸接要求，待全部受力完成后再對該根柱腳進(jìn)行燒焊，達(dá)到最終剛接目標(biāo)。

2.5 現(xiàn)場焊接工藝

2.5.1 焊前準(zhǔn)備

現(xiàn)場焊接主要采用CO2氣體保護(hù)焊，現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)突風(fēng)或下雨，對焊接影響極大，必須在焊接前采取保護(hù)措施。現(xiàn)場主要采用焊接防風(fēng)防雨棚，把焊口包起來，在棚里面焊接，不受惡劣天氣影響。為保證焊接質(zhì)量，盡量也要給焊工創(chuàng)造好的施焊條件，鋼柱對接、斜撐對接采用所有焊接位置為焊工都要設(shè)置作業(yè)平臺。

2.5.2 現(xiàn)場厚板焊接操作工藝

厚板焊接包含蓋面層、填充層與打底層，各自焊接工藝要求不同。

對接接頭根部焊接中，從焊口中線最低處10mm 處向構(gòu)件口中心線最高處起弧約10mm，封半個焊口的底焊后，用角向磨光機(jī)對前半部始焊與收尾處修磨，確認(rèn)為緩坡狀且沒有熔合現(xiàn)象后焊另一半，從前一半焊縫進(jìn)行始焊起弧并向結(jié)束處焊縫，封底焊接整個箱型管口[4]。焊接根部時，應(yīng)對方鋼管坡口及襯板部分熔合予以密切關(guān)注，并控制在3～3.5mm 范圍的焊肉。

填充焊接前，需將坡壁上粘連的粉塵和首層焊后焊道凸起部分剔除，細(xì)致查驗坡口邊沿是否存在凹陷夾角或未熔合的情況，若有則結(jié)合角向磨光機(jī)處理，切忌對坡口邊沿構(gòu)成損傷。時刻維持焊縫層間溫度為120℃～150℃，焊接過程需要著重突出連續(xù)性，針對施焊中開展清潔焊道或修理缺陷等作業(yè)時必須進(jìn)行停焊從而降低層間溫度的情況，應(yīng)當(dāng)結(jié)合加熱工具加熱，確保與規(guī)定值相符合后方可繼續(xù)焊接。與蓋面臨近時，應(yīng)預(yù)留1.5～2mm 的均勻深度，方便蓋面時可對兩側(cè)熔合情況觀察。

采取小直徑適中焊條的電壓和電流值，坡口兩邊需要維持稍長的熔合時間，垂直與斜固定口應(yīng)實施多層多道焊，水平固定口無需進(jìn)行多道面縫，貫徹落實多道焊接原則的實施，嚴(yán)格管控焊縫超寬的情況，保持余高0.5～3.0mm。焊接面層時，要想規(guī)避焊道過后引起過大的焊縫余高情況，焊接所用的焊接電壓應(yīng)適當(dāng)偏大。為避免焊縫內(nèi)金屬增加含碳量，清理焊道時盡可能規(guī)避碳弧氣刨的使用，防止刨后有無法清除的高碳晶粒附著在焊道表面從而增加焊縫含碳量并引起裂紋的情況。

2.5.3 高強(qiáng)螺栓安裝

吊裝前清除干凈摩擦面的浮銹、油污和塵土，保持整潔、干燥，切忌有污垢、焊疤、毛刺、飛邊、氧化鐵皮或焊接飛濺物等存在。若有，需借助鋼絲刷清理干凈，促進(jìn)其抗滑移系數(shù)的提高。作業(yè)不得在雨天進(jìn)行，雨后作業(yè)需提前利用壓縮空氣吹凈，確保干燥后才可開展。

初擰螺栓：選擇經(jīng)標(biāo)定合格的扭力扳手緊固高強(qiáng)螺栓，緊固時擰緊螺母即可。為促進(jìn)緊固工作開展有序性的提升，并確保能夠螺栓應(yīng)力分布均勻且正確，需要按照規(guī)定的順序施擰。建議從螺栓群中央順序出發(fā)向外擰緊，且終擰也需要在當(dāng)日完成。調(diào)整扳手扭矩值為70%的終擰扭矩。將螺栓緊固至初始扭矩值，標(biāo)記完成初擰的高強(qiáng)度螺栓。

終擰螺栓：調(diào)整扭力扳手扭矩值為規(guī)定值，將螺母緊固至最終扭矩。高強(qiáng)度螺栓經(jīng)終擰后，需量初擰標(biāo)記清除，并標(biāo)記好終擰。

檢查扭矩：標(biāo)記待檢查的螺栓頭和螺母，調(diào)整扭力扳手為平均后對扭矩檢查。最終擰緊螺帽的狀態(tài)下，結(jié)合平均對扭矩檢查并繼續(xù)將螺母擰緊。

3 工程施工進(jìn)度保證措施

（1）細(xì)化保障施工進(jìn)度的技術(shù)、設(shè)備、材料、勞動力及內(nèi)外部關(guān)系協(xié)調(diào)等措施；（2）加強(qiáng)宣傳教育、明確工期目標(biāo)[5]。設(shè)備操作人員和起重工等特殊工種必須持證上崗；（3）施工方案一定要提前編制，審核批準(zhǔn)后方可實施，杜絕無方案施工；（4）施工進(jìn)度采用網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)，編制施工進(jìn)度網(wǎng)絡(luò)計劃，對施工進(jìn)度實施動態(tài)管理，及時根據(jù)實際情況調(diào)整和控制進(jìn)度；（5）主要設(shè)備要采取招標(biāo)方式采購服務(wù)，必須嚴(yán)格按照方案中明確的設(shè)備型號選取，提前簽訂協(xié)議，設(shè)備進(jìn)場要嚴(yán)格按規(guī)定檢查設(shè)備文件和實物，確保設(shè)備能安全使用；（6）鋼結(jié)構(gòu)主要鋼構(gòu)件都是由公司下屬的制造中心加工，必須提前開工，嚴(yán)格按檢驗流程進(jìn)行檢查和驗收，確保到場構(gòu)件都能符合圖紙要求。其他采購材料由公司采購，嚴(yán)格按照中交采購流程，材料到現(xiàn)場及時按要求取樣送檢；（7）和勞務(wù)單位簽訂勞務(wù)合同，確定各階段時間和工種數(shù)量，盡快做好準(zhǔn)備工作，確保特殊工種人員持證上崗，對主焊縫焊接的焊工要進(jìn)行同位置焊接考試，考試通過人員發(fā)放確認(rèn)合格單，將來持合格單上崗焊接；（8）嚴(yán)格管理現(xiàn)場。暢通場內(nèi)道路，保證正常的水電供應(yīng)，確保物資準(zhǔn)時到場、機(jī)械維持良好狀況，避免物資機(jī)械出現(xiàn)異常導(dǎo)致停工待料、待機(jī)從而對進(jìn)度構(gòu)成影響；（9）科學(xué)組織施工，針對出現(xiàn)在施工中的問題需要及時協(xié)調(diào)，優(yōu)化組合資源，突出施工均衡性，保證施工不間斷人工連續(xù)施工，促進(jìn)勞動生產(chǎn)效率的提升，確保工期目標(biāo)按時完成。通過施工順序的科學(xué)安排，合力展開工作面，突出重難點，以配合安裝工期為宗旨嚴(yán)格開展技術(shù)管理等工作。

4 結(jié)論

本工程通過對上、下連體鋼結(jié)構(gòu)工程施工順序與方案及工程施工進(jìn)度保證措施等關(guān)鍵技術(shù)分析。在明確上、下連體鋼結(jié)構(gòu)施工順序并完成相關(guān)計算的基礎(chǔ)上，擬定下連體施工和上連廊桁架段拼裝提升方案，研究包含焊前準(zhǔn)備、現(xiàn)場厚板焊接操作工藝和高強(qiáng)螺栓安裝的現(xiàn)場焊接工藝，并提及工程施工進(jìn)度保證措施。通過本文研究，可在保證施工安全，技術(shù)可靠的基礎(chǔ)上，滿足工期進(jìn)度要求，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益，能為連體復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)工程施工提供一定的借鑒意義。