建筑鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工技術(shù)分析

余相懿 涂敏祥 卓玉霞

現(xiàn)代工程領(lǐng)域存在多種類(lèi)型的建筑結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)是其中常見(jiàn)的一種。相對(duì)于其他類(lèi)型建筑結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、自重輕、可靠性強(qiáng)、制造機(jī)械化程度高等優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用到現(xiàn)代建筑工程領(lǐng)域，有利于提升建筑工程建設(shè)質(zhì)量。但需要注意，對(duì)于不同建筑工程來(lái)說(shuō)，鋼結(jié)構(gòu)存在較大差異。因此在實(shí)際施工時(shí)，應(yīng)該針對(duì)建筑特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出最佳的吊裝施工方案。本文以“建筑鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工技術(shù)分析”為課題進(jìn)行分析，為提升鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工質(zhì)量打下良好的基礎(chǔ)。

1 工程概況

西昌西站項(xiàng)目的建筑總面積約為4 萬(wàn)m2，共由4 部分構(gòu)成，分別為側(cè)式站房、高架站房、站臺(tái)雨棚、無(wú)柱雨棚。其中，側(cè)式站房共2 層，主體結(jié)構(gòu)為型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，屋蓋為弧形鋼桁架；高架站房2 層，局部4 層，主體結(jié)構(gòu)為鋼框架結(jié)構(gòu)和鋼桁架結(jié)構(gòu)，屋蓋為鋼桁架結(jié)構(gòu)；站臺(tái)雨棚為單柱懸挑和雙柱懸挑的單層鋼結(jié)構(gòu)雨棚；無(wú)柱雨棚為單層鋼結(jié)構(gòu)。整個(gè)建筑均為鋼結(jié)構(gòu)，但各模塊結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)并不相同，因此需要采用不同的吊裝施工方案。

高架站房屋的蓋鋼結(jié)構(gòu)，由6 榀橫向主桁架、8 榀縱向主桁架、36 榀次桁架組成。其中，單桁架跨度最大為53 m，長(zhǎng)度最大為63 m，最大重量為18 t，截面為空間三角形桁架，矢高為34.7 m；桁架桿件規(guī)格共有8 種，分別是φ219×12、φ219×10、φ159×8、φ180×8、φ140×6、φ325×16、φ245×12、φ400×20；支座為半球形支座，鋼柱采用箱型柱結(jié)構(gòu)，鋼梁采用H 型鋼梁和箱型梁，鋼材強(qiáng)度等級(jí)均為Q355B，根據(jù)不同位置的使用需求，選擇不同規(guī)格的鋼柱與鋼梁。

2 工程特點(diǎn)與難點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較為復(fù)雜，周邊已建成高架橋項(xiàng)目，吊裝條件并不理想，很難通過(guò)機(jī)械吊裝方式完成整個(gè)工程，且選擇分段吊裝方案時(shí)，需要搭建承載性高的臨時(shí)支撐，對(duì)吊裝精度要求較高，會(huì)對(duì)整個(gè)吊裝施工造成一定干擾。建筑柱腳處，采用鉸軸連接方式，檢測(cè)難度較大，需應(yīng)用先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備。

3 確定吊裝方案

施工過(guò)程中，需要根據(jù)工程特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)類(lèi)型，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境情況等因素，設(shè)計(jì)出最佳方案[1]。車(chē)站主體結(jié)構(gòu)吊裝過(guò)程中，將吊裝機(jī)固定在結(jié)構(gòu)外側(cè)，主桁架吊裝時(shí)，采用的是2臺(tái)320 t 履帶吊和2 臺(tái)80 t 汽車(chē)吊，次桁架、檁條等結(jié)構(gòu)吊裝時(shí)，采用4 臺(tái)50 t 汽車(chē)吊；軌行區(qū)鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工時(shí)，采用2 臺(tái)25 t 輪胎吊。

4 準(zhǔn)備工作

4.1 構(gòu)件運(yùn)輸

工廠按照施工需求加工出鋼構(gòu)件后，通過(guò)運(yùn)輸車(chē)的方式運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)，構(gòu)件的裝卸與整個(gè)運(yùn)送過(guò)程中，均要對(duì)構(gòu)件予以保護(hù)，避免車(chē)輛顛簸、碰撞等情況使構(gòu)件出現(xiàn)損傷。建筑工程中需要大量的檀條、支撐等次要構(gòu)件，且這些構(gòu)件剛度低。因而運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)將同類(lèi)型構(gòu)件打包到一起，共同運(yùn)送，不可散裝，以免出現(xiàn)發(fā)運(yùn)混亂的問(wèn)題。構(gòu)件在車(chē)廂內(nèi)的位置應(yīng)保持對(duì)稱，避免一邊高、一邊低導(dǎo)致構(gòu)件運(yùn)輸與裝載時(shí)出現(xiàn)磕碰。此外，構(gòu)件下方還應(yīng)該鋪設(shè)一層墊木，并通過(guò)鋼絲繩將構(gòu)件的四角固定，以提升構(gòu)件的穩(wěn)定性，避免運(yùn)輸中隨意移動(dòng)而出現(xiàn)損傷。

4.2 構(gòu)件堆放

將構(gòu)件運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)后，應(yīng)按照相關(guān)規(guī)定要求對(duì)構(gòu)件材質(zhì)、性能等檢測(cè)，以判斷構(gòu)件是否符合要求。若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，要求廠家更換構(gòu)件，或是更換廠家。確保構(gòu)件無(wú)任何問(wèn)題后，將構(gòu)件堆放到平整、干燥、潔凈的位置處。在構(gòu)件的下方，需鋪設(shè)一層5 ～10 cm 的墊木，防止構(gòu)件與大地接觸，以免構(gòu)件受潮出現(xiàn)腐蝕等問(wèn)題。同時(shí)，注重構(gòu)件堆放的高度，次要構(gòu)件一般控制在1 m 以內(nèi)，而重型構(gòu)件則要單層堆放，以免對(duì)其他構(gòu)件造成損傷。相鄰兩構(gòu)件堆間應(yīng)該保持2 m以上的距離，以免一堆構(gòu)件堆倒塌后給周邊其他構(gòu)件堆帶來(lái)破壞。此外，在每個(gè)構(gòu)件顯眼的位置，分別粘貼對(duì)應(yīng)的編號(hào)，為后續(xù)構(gòu)件快速吊裝使用提供支持。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量

根據(jù)相關(guān)規(guī)定要求，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，以此為后續(xù)吊裝施工活動(dòng)提供指導(dǎo)。其中主要包括2 方面：一方面，對(duì)基礎(chǔ)施工單位或建設(shè)單位提供的定位軸線，應(yīng)同建設(shè)單位、土建單位、基礎(chǔ)施工單位及其他有關(guān)單位一起對(duì)定位軸線進(jìn)行交接驗(yàn)線、做好記錄，對(duì)定位軸線進(jìn)行標(biāo)記，并做好保護(hù)；另一方面，根據(jù)建設(shè)單位提供的水準(zhǔn)點(diǎn)，用水準(zhǔn)儀進(jìn)行閉合測(cè)量。

4.4 設(shè)備準(zhǔn)備

本工程鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工時(shí)，主要采用了如表1 所示的機(jī)械設(shè)備。

表1 西昌西站項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工機(jī)械設(shè)備表

5 主桁架拼裝

加工場(chǎng)根據(jù)吊裝方案，分批分段完成鋼桿件的加工制造工作，將鋼桿件運(yùn)輸?shù)焦こ态F(xiàn)場(chǎng)后，由現(xiàn)場(chǎng)施工人員對(duì)桿件進(jìn)行拼裝。施工過(guò)程中，為了提升整個(gè)吊裝的精確性，在原有基樁控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行加密，同時(shí)對(duì)鋼構(gòu)件采用三維坐標(biāo)定位，確定各結(jié)構(gòu)的標(biāo)高、平面位置等信息。在拼裝場(chǎng)地，鋪設(shè)一層路基板，以此當(dāng)作拼裝基礎(chǔ)，減小混凝土地面不平整對(duì)拼裝精度的影響。同時(shí)，穩(wěn)定不沉降的基礎(chǔ)還可以提升各桿件間的焊接質(zhì)量，防止出現(xiàn)較大的應(yīng)力變形。拼接結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 主桁架拼裝結(jié)構(gòu)圖（來(lái)源：西昌西站施工項(xiàng)目書(shū)）

6 吊裝工序流程

6.1 桁架分段

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本工程采用分段吊裝方案。施工前，對(duì)屋蓋桁架進(jìn)行合理分段，即每半榀橫向主桁架為一個(gè)吊裝段，再依據(jù)橫向主桁架對(duì)縱向主桁架、次桁架進(jìn)行分段。合理的分段吊裝，不僅減少了吊裝的難度，還能夠減少臨時(shí)支撐數(shù)量及空中對(duì)接焊縫數(shù)量，可提升整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量，并降低工程總建設(shè)成本。

6.2 吊裝工藝

6.2.1 選擇索具

索具是整個(gè)吊裝施工中的重要工具，其性能好壞直接關(guān)系到整個(gè)吊裝施工的質(zhì)量。所以為了確保吊裝施工順利進(jìn)行，應(yīng)該選擇最佳的索具[2]。通過(guò)測(cè)量本工程的橫向主桁架結(jié)構(gòu)可知，每榀總長(zhǎng)度為63 m，呈上拱形，為了提高吊裝精度，應(yīng)選擇適當(dāng)長(zhǎng)度和型號(hào)的索具。通過(guò)傳統(tǒng)方法確定構(gòu)件重心時(shí)，流程較為復(fù)雜，且很難確定準(zhǔn)確的準(zhǔn)吊點(diǎn)。

主桁架截面大，需要將吊索之間的夾角控制在45°～60°，以降低索具上的拉力，避免桁架在吊裝過(guò)程中產(chǎn)生不可逆的形變。本工程采用Takla對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模、深化和分段，并對(duì)每個(gè)分段進(jìn)行吊裝、拼裝工況的模擬分析，獲得的吊點(diǎn)更準(zhǔn)確，受力更合理。由相應(yīng)工況模擬分析可知，構(gòu)件吊裝安全性高，變形較小，且均為彈性形變。

6.2.2 吊裝流程

本工程鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工時(shí)，先安裝支座，然后搭設(shè)臨時(shí)支撐，之后按照橫向主桁架、縱向主桁架、次桁架、檁條等結(jié)構(gòu)進(jìn)行吊裝，具體施工流程如圖2 所示。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)吊裝流程（來(lái)源：西昌西站施工項(xiàng)目書(shū)）

6.2.3 支座安裝

支座作為屋蓋的傳力構(gòu)件，其施工質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到后續(xù)吊裝施工的精度。若支座標(biāo)高不準(zhǔn)確，水平位置不合理，則會(huì)影響主桁架的吊裝質(zhì)量，可能會(huì)影響結(jié)構(gòu)的安全性。安裝支座時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行臨時(shí)固定，通過(guò)千斤頂調(diào)整支座的水平位置和標(biāo)高，確保其標(biāo)高和水平位置在設(shè)計(jì)和規(guī)范偏差允許范圍內(nèi)，待焊縫檢測(cè)合格后進(jìn)行桁架吊裝施工[3]。

6.2.4 搭設(shè)臨時(shí)支撐

支座吊裝結(jié)束后，構(gòu)建臨時(shí)支撐，其高度一般較低，通常控制在約8 m，用于承載鋼構(gòu)件吊裝產(chǎn)生的應(yīng)力。構(gòu)建臨時(shí)支撐時(shí)，不僅要保證支撐位置符合預(yù)期要求，還應(yīng)具備較高的承載性。根據(jù)工程特點(diǎn)最終確定2 種臨時(shí)支撐方案：一種為2000 mm×2000 mm的格構(gòu)式柱，由實(shí)心鋼管制成；另一種為立柱，由φ273×8的無(wú)縫鋼管制成。施工過(guò)程中，以50 t 汽車(chē)吊為主要工具，在站臺(tái)兩側(cè)完成吊裝操作。吊裝后，分別用4根纜繩從4個(gè)方面進(jìn)行固定。整個(gè)吊裝操作均通過(guò)專業(yè)儀器設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，判斷臨時(shí)支撐位置是否精確，若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)調(diào)整。此外，為避免道床板出現(xiàn)損傷，還應(yīng)在支座與支撐之間鋪設(shè)模板。

一榀橫向主桁架采用4 個(gè)臨時(shí)支撐，縱向主桁架、次桁架均不需要臨時(shí)支撐。施工過(guò)程中，臨時(shí)支撐先采用320 t 履帶吊從站臺(tái)吊運(yùn)至高架站房候車(chē)大廳，再采用80 t 汽車(chē)吊吊運(yùn)至設(shè)計(jì)位置。吊裝過(guò)程中，邊吊裝邊進(jìn)行位置校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后采用4 根纜風(fēng)繩對(duì)臨時(shí)支撐架進(jìn)行加固。此外，為保證鋼墊板的受力更均勻，在樓板與鋼墊板之間鋪設(shè)一層15 mm 厚的模板。

6.2.5 橫向主桁架吊裝

待臨時(shí)支撐固定好后，再進(jìn)行主桁架的吊裝施工。先采用320 t 履帶吊將半榀橫向主桁架從加工場(chǎng)吊運(yùn)至候車(chē)大廳，候車(chē)大廳至設(shè)計(jì)位置的吊裝，采用2 臺(tái)80 t 吊車(chē)進(jìn)行抬吊[4]。調(diào)整好姿態(tài)后進(jìn)行起吊，起吊過(guò)程中，先吊離至地面1 m 后暫停，監(jiān)測(cè)主桁架的形變，確保形變?cè)谝?guī)范允許偏差范圍內(nèi)，然后再吊運(yùn)至臨時(shí)支撐架頂部，對(duì)桁架進(jìn)行定位測(cè)量，確定標(biāo)高、位置均符合設(shè)計(jì)偏差要求后，及時(shí)將桁架焊接固定在臨時(shí)支撐上。半榀吊采用同樣的施工方法吊裝完成后立即進(jìn)行桁架間的焊接，當(dāng)一榀桁架焊接完成后，再將桁架與支座焊接在一起。

6.2.6 縱向主桁架吊裝

橫向主桁架作為縱向主桁架的支座，吊裝完成2 榀后插入縱向主桁架的吊裝，及時(shí)形成空間受力體系，以提升桁架的安全性。每榀縱向主桁架長(zhǎng)度約23.5 m，采用50 t 汽車(chē)吊施工，當(dāng)縱向主桁架吊裝就位后，由吊車(chē)吊在空中進(jìn)行測(cè)量定位，調(diào)整好位置和標(biāo)高后，及時(shí)將縱向桁架焊接在橫向桁架上，焊接完成后再松開(kāi)吊具。

6.2.7 其他構(gòu)件吊裝

完成上述工序后，按照類(lèi)似方式完成次桁架等其他構(gòu)件的吊裝操作。先吊裝中間區(qū)域的構(gòu)件，再吊裝兩側(cè)的構(gòu)件。其中，對(duì)于中間區(qū)域的構(gòu)件，通過(guò)軌行區(qū)上的25 t汽車(chē)吊進(jìn)行吊裝。

6.2.8 焊接施工

鋼桁架的主要連接方式為焊接，焊接質(zhì)量的高低，直接關(guān)系到工程質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)的安全性。本工程共有一級(jí)焊縫7236 條，二級(jí)焊縫5155 條，焊接工作規(guī)模龐大。材料均為Q355B低碳合金鋼，電焊材料采用的是E5015 系列焊材。為保證質(zhì)量，結(jié)合當(dāng)?shù)卮箫L(fēng)天氣較多的情況，在施工現(xiàn)場(chǎng)搭建了焊接擋風(fēng)棚，焊接采用CO2氣體保護(hù)焊。同時(shí)，為確保每條焊縫合格，還采用三檢制度對(duì)整個(gè)焊接工作進(jìn)行管理。焊縫自檢合格后，由第三方機(jī)構(gòu)檢測(cè)進(jìn)行復(fù)檢，其中一級(jí)焊縫全部檢測(cè)，二級(jí)焊縫抽檢20%，檢測(cè)合格后才能進(jìn)入下道工序，確保最終所有焊縫均符合要求[5]。

7 卸載

屋蓋鋼結(jié)構(gòu)焊縫檢測(cè)合格后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行卸載工作。卸載過(guò)程是力的傳遞與受力體不停轉(zhuǎn)換的過(guò)程。為了確保整個(gè)卸載過(guò)程安全進(jìn)行，應(yīng)保證卸載平穩(wěn)且均勻。

卸載時(shí)，一榀一榀進(jìn)行卸載，同時(shí)進(jìn)行撓度和變形監(jiān)測(cè)，4 個(gè)工人同時(shí)對(duì)臨時(shí)支撐頂部進(jìn)行切割，每次切割10 mm，讓桁架緩慢下擾，直至桁架與臨時(shí)支撐完全分離，再用吊車(chē)將臨時(shí)支撐吊走。卸載結(jié)束之后，經(jīng)過(guò)測(cè)量，撓值在60 ～80 mm，能夠滿足規(guī)范要求。

8 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑施工過(guò)程中，應(yīng)注重吊裝施工技術(shù)的選擇，只有這樣，才能縮短施工工期，提升施工質(zhì)量，降低施工成本。本文針對(duì)西昌西站項(xiàng)目的特點(diǎn)，制訂出“整體分段拼裝、整體分段吊裝、單側(cè)整體吊裝與散件吊裝相結(jié)合”的施工方案，為該項(xiàng)目的順利實(shí)施奠定基礎(chǔ)。