長懸挑鋼結構安裝質量控制的一點探討

陶曙文，趙 鐘

(1.西部礦業股份有限公司，青海 西寧 810001;2.中國五冶集團工程技術分公司，四川 成都 610066)

鋼結構正廣泛應用于城市的異型建筑之中。主體鋼結構的安裝是鋼結構工程項目施工中的重要環節，其安裝質量的優劣，直接關系到后工序如墻面板和屋面板能否順利施工，更關系到整個建筑的結構安全性和穩定性。

本文以成都地區一標志性建筑的長懸挑鋼結構安裝工程為例，簡單闡述了長懸挑鋼結構施工過程中影響工程質量的各工序的安裝特點和難點，并針對各特點、難點所制定的相應的質量控制措施。

1 工程概況及特點

1.1 工程概況

本工程是成都地區一標志性建筑，地處繁華鬧市，建筑面積共計22×104m2，地上建筑面積13×104m2，地下建筑面積9×104m2。其中臨街的一棟建筑是龍頭昂首向東的造型，龍頭部分為上部長懸挑鋼結構。本文即以此建筑為對象，簡單闡述了長懸挑鋼結構安裝過程中關鍵環節的質量控制。

該建筑群由4層裙房和13層主樓組成(其中主樓和裙房共用大地下室)，采用鋼框架結構體系。屋面標高56.4 m，主樓體型復雜，平面和立面均不規則。整體效果如圖1所示，臨街的建筑即是龍頭昂首向東造型的異型鋼結構建筑。

圖1 主體結構效果圖

本工程從5層(26.5 m標高)處開始向外懸挑，龍頭昂首向東，龍頭部分懸挑總長26.5 m，寬24 m，共8層。在5～7層之間形成兩層樓高的桁架體系。節點連接為栓焊組合，懸挑鋼構件最長21.6 m，最大構件單重約18 t，懸挑鋼構件總重約800 t。

1.2 工程特點和難點

該建筑體型復雜，施工難度大。針對該工程概況總結出了以下特點和難點。

(1)懸挑層數多達9層，長為26.7 m，高約30 m，懸挑底距地面26.5 m，高空作業多。

(2)懸挑安裝過程中需搭設鋼支撐。由于支撐架搭設高度較高，因此，支撐架的搭設是本工程施工的重點之一。

(3)因該建筑地處鬧市，施工場地小，限制了汽車起重機行走范圍，致使大構件吊裝難度增加。

(4)鋼結構構件重量大。本工程懸挑部分全部由箱型梁、箱型柱、箱型斜撐、H形截面構件組成，跨度比較大，造成每一個構件單重也非常大，利用現場塔吊無法完成所有構件的吊裝，需要布置大型汽車起重機配合吊裝。

(5)結構復雜，節點眾多，焊縫質量等級要求高，安裝精度要求高，且鋼構件受氣候及焊接變形的影響大，難以控制。

(6)反變形預調后，應力消除、位移控制是關鍵。臨時支撐架卸載對結構穩定的不確定性也是質量控制的關鍵。

以上特點和難點增加了懸挑結構安裝的難度，為解決以上難題從而保證工程質量，必須制訂相應的施工組織措施和技術措施來實現預定目標。

2 安裝工藝及流程

鋼結構安裝工藝流程如圖2所示。

圖2 鋼結構安裝工藝流程

3 懸挑結構安裝質量控制措施

3.1 組織控制措施

3.1.1 鋼構件現場管理

施工現場良好管理秩序是工程施工的前提，針對此工程，要做好以下現場管理。

(1)依據現場場地條件、塔吊起重能力和汽車式起重機作業范圍來確定構件堆放的位置。

(2)堆放地基要堅實，在樓板上堆放構件時，不能超過樓板設計荷載允許值，且應注意成品保護。

(3)現場構件盡量分類單層擺放，堆場須留出吊裝機械通道，以便于起吊。

(4)現場堆放造成的鋼構件變形及涂層脫落，應進行矯正和修補。

3.1.2 大型構件的吊裝

此工程懸挑部位最大構件尺寸為:長×寬×高=21404.1 mm×1270.2 mm×2016.0 mm，重約15.777 t，構件較大而施工場地受限，致使構件無法直接運至場地內。根據施工場地周邊環境，在保證方便施工和安全的前提下，在場外借道臨時設置一大型構件吊裝點，用停在場地內的180t(或200t)汽車吊，直接吊裝圍墻外大型構件。

現場吊裝點臨近交通主干道，因此在構件吊裝前要報請業主及相關部門做好各方面協調工作，其吊裝示意見圖3。

圖3 大型構件場外吊裝示意

3.1.3 鋼構件的分段

本工程施工場地狹小，限制了汽車起重機的行走范圍，且鋼構件單重大，不適宜整體吊裝。結合施工圖和現場起重設備的吊裝能力，從高效和安全等角度出發，為保證結構安裝質量，對懸挑構件做了分段處理。

根據施工圖和現場起重設備工況計算結果，將部分軸線的鋼柱按兩層一節或三層一節進行分段。此外，部分軸線的箱型梁也分段制作，從而保證構件重量在現場吊裝設備的承載能力范圍內。懸挑構件的分段位置如圖4所示。

3.1.4 支撐架的設置

由于懸挑構件單重大，從經濟性和安全性等方面考慮，并結合懸挑結構特點及現場環境，考慮在懸挑區域正下方搭設通高支撐架，作為懸挑結構的拼裝胎架。

圖4 懸挑構件分段示意

支撐架設置雙排，由8根鋼管柱、鋼梁和斜撐共同組成，鋼管柱定位在地下室的8根混凝土柱頂，柱腳設計成鉸支座，僅傳遞豎向軸力。支撐架頂部設置胎架梁，可承受5層箱型梁傳遞下來的荷載，此支撐架布置如圖5所示。

圖5 支撐架布置示意

3.1.5 結構的安裝

3.1.5.1 桁架主構件安裝

懸挑結構安裝前，主體結構的施工進度及已完構件的安裝質量和承載能力應滿足懸挑構件的安裝條件。要確保鋼支撐搭設完畢，并復驗各節點焊接質量，以及軸線和標高是否正確，確保已完成安裝的結構尺寸可與懸挑結構尺寸閉合。

本工程懸挑結構在6層以上，懸挑構件安裝前，要完成5層箱型梁、主梁及水平支撐的安裝，校正后，擰緊螺栓(但不焊接)。此工程中懸挑桁架結構分3跨進行遞進安裝，為保證質量在安裝過程中梁上柱垂直于箱型梁，鋼柱安裝就位后要校正軸線柱，然后安裝主梁。

主桁架體系形成后，要復核水平軸線和標高，然后進行預期回調。回調過程中要隨時觀察構件的變形情況，經確認變形在預期范圍內之后才可進行桁架的焊接工作。

3.1.5.2 桁架次構件安裝

桁架主構件焊接驗收合格后，進行桁架次構件、五層箱型梁根部的三角加勁及上部構件的安裝和焊接工作，上部構件的安裝依然遵循從下至上、從里至外的遞進式安裝方式。

安裝過程中要隨時觀測構件變形情況，利用全站儀控制好各構件的安裝精度，變形經復核無誤后，才可繼續進行上部構件的安裝。

3.1.6 鋼結構支撐體系卸載

所謂卸載是指將鋼結構從支撐體系受力狀態下轉換到鋼結構自由受力狀態的過程。卸載過程中，桿件的內應力隨時變化，所以在選擇卸載工況時，必須保證將桿件內應力控制在設計允許范圍內，且盡量保證每一個卸載點同步卸載。

針對工程安裝順序，卸載分兩次進行，每個千斤頂作為一個卸載點。根據支撐架的布置，共設置8個千斤頂，每榀桁架下部設置2個。此支撐體系的卸載點布置如圖6所示。

圖6 卸載點布置

3.2 技術控制措施

3.2.1 鋼結構測量

在鋼結構施工中，垂直度、軸線和標高的偏差是衡量安裝質量的重要指標，測量作為工程質量的控制手段，要為工程施工檢查提供依據。該工程懸挑部分安裝測量精度要求高，工作難度大，工作量大，且結構節點復雜，所以工程質量要從施工過程中的安裝測量、變形測量和驗收測量等幾方面進行整體控制，且要選用專業的測量人員。

施工中通過對基礎的預埋、構件的拼裝和提升、支撐架變形等要實施即時測量來監控結構的安裝質量。通過對基礎沉降、鋼結構變形也要實施即時監測來保證工程結構的安全性和穩定性。

3.2.2 鋼結構焊接

本工程大懸挑鋼結構總量大，節點構造復雜，懸挑桁架均采用斜交斜放，易出現累計偏差，且構件大部分要求高空散裝焊接，焊接難度大。

針對工程特點及鋼材材質、焊接位置、坡口形式等，選定合適的焊接材料、焊接參數，并進行現場焊接試驗。但要控制好焊接質量，還要做好現場管理，讓焊接人員嚴格遵照焊接工藝流程和相關焊接規范或標準要求施焊，保證該打磨的一定要打磨干凈，該預熱的一定要預熱，控制好層間溫度，做好焊后保溫，控制好焊接過程中各環節質量，從而保證整個鋼結構工程的焊接質量。

3.2.3 計算機全過程模擬分析

為保證結構安裝的質量，施工前采用鋼結構深化設計軟件將懸臂安裝所需的各項臨時穩固措施和定位校正措施納入懸臂深化設計模型。采用有限元分析軟件模擬施工各步驟，模擬各階段的力學計算，以及最不利工況條件下各階段結構的變形和受力特征，確定出臨時支撐措施的工作性能，從而判定安裝步驟分區、分跨、階段延伸安裝的安全性、可靠性，用以指導施工，以確保整個工程質量的安全可靠。

4 結束語

工程質量優良的保障，是施工中各環節質量優良的疊加和累計結果。本工程在長懸挑鋼結構安裝施工中運用了項目管理中“三控制二管理一協調”內容對工程進行了良好項目管理，針對工程特點制定了相應的技術措施和組織措施，對鋼構件的材料質量、鋼結構的安裝精度和鋼結構的焊接質量等環節進行了質量控制，保證了整個工程質量。

本文僅對長懸挑異型鋼結構安裝過程中的質量控制措施做了簡要闡述。實際上質量控制點除了文中所述方面外，結構的應力消除、構件的位移控制、支撐架的變形控制等也都是質量控制的關鍵環節。某些技術措施筆者在后續文章中再探討。