大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)及質(zhì)量控制

陳 亮

(東莞市茶山鎮(zhèn)城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃辦公室，廣東 東莞 523380)

·質(zhì)量控制·

大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)及質(zhì)量控制

陳 亮

(東莞市茶山鎮(zhèn)城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃辦公室，廣東 東莞 523380)

以東莞市茶山鎮(zhèn)體育館鋼結(jié)構(gòu)工程為例，系統(tǒng)介紹了大跨度空間鋼桁架的施工總體思路，并對(duì)大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工控制的技術(shù)要點(diǎn)及其質(zhì)量保證措施進(jìn)行了詳細(xì)分析，可為類(lèi)似工程提供借鑒和參考。

大跨度鋼結(jié)構(gòu)，安裝，施工技術(shù)，質(zhì)量控制

1 工程背景

東莞市茶山鎮(zhèn)體育館為多功能體育館，位于茶山新商貿(mào)中心區(qū)，安泰路與沿江路交匯處，本工程總建筑面積約12 018.4 m2，主體為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)部分建筑面積為6 033 m2，主體建筑高約24.06 m，最大跨度54.3 m。鋼結(jié)構(gòu)主體為管桁架結(jié)構(gòu)，桁架分段處采用法輪盤(pán)螺栓節(jié)點(diǎn)連接，屋面圍護(hù)檁條為方通。該體育館屋面鋼架造型為3個(gè)不同高度的斜面組成相交階梯式造型，其中B區(qū)⑤軸、C區(qū)⑧軸的主鋼桁架(包括中間的連接鋼架)幾何尺寸(長(zhǎng)×寬×高)為60.7 m×2.0 m×4.410 m，重量約33 t，在本鋼結(jié)構(gòu)工程中跨度和重量均最大，主桁架圓管最大截面為φ351×14 mm，材質(zhì)為Q345B。

2 施工過(guò)程控制

大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)工程的現(xiàn)場(chǎng)施工是指鋼構(gòu)件在工廠加工、制作、運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后，采用不同的施工工藝和施工方法將零散的鋼構(gòu)件組裝成滿足設(shè)計(jì)要求的、具有使用功能的空間結(jié)構(gòu)過(guò)程。大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工控制的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題主要有兩個(gè)方面:第一，保證永久結(jié)構(gòu)與臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的安全與穩(wěn)定；第二，保證結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的狀態(tài)在可控范圍，并最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求的完整結(jié)構(gòu)狀態(tài)[1]。本工程的鋼桁架其最長(zhǎng)為60.7 m，重約33 t，因鋼桁架跨度大，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝，吊裝、安裝難度比較大，擬采用兩臺(tái)500 t的汽車(chē)吊進(jìn)行鋼桁架的吊裝，以及兩臺(tái)25 t汽車(chē)吊來(lái)配合安裝。

1)鋼桁架吊裝與安裝。

考慮吊裝高度及吊裝范圍，③軸～⑩軸的鋼桁架分三次吊裝，并設(shè)置胎架作為臨時(shí)支撐，擬采用兩臺(tái)500 t的汽車(chē)吊進(jìn)行吊裝；為考慮鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，先吊裝主鋼桁架，然后吊裝臨近的主鋼桁架，接著吊裝兩主鋼桁架之間的次鋼桁架，依此順序吊裝其他的鋼桁架，以確保整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)吊裝的穩(wěn)定性；主鋼桁架跨度大，高度較高，故分三次吊裝，靠近混凝土柱兩側(cè)的鋼桁架采用單機(jī)吊，因中間段距離建筑外圍太遠(yuǎn)，考慮吊裝高度及吊裝范圍，需采用雙機(jī)抬吊，抬吊過(guò)程中更需要兩臺(tái)吊機(jī)的充分配合。兩臺(tái)起重機(jī)的吊鉤，都應(yīng)該基本保持垂直狀態(tài)。

根據(jù)吊機(jī)工況、運(yùn)輸長(zhǎng)度、施工場(chǎng)地狀況將主桁架分成3個(gè)施工區(qū)域，其中C區(qū)為第一施工區(qū)域，B區(qū)為第二施工區(qū)域，A區(qū)為第三施工區(qū)域；按第一施工區(qū)域→第二施工區(qū)域→第三施工區(qū)域的順序施工。每個(gè)施工區(qū)域分段吊裝和安裝，對(duì)于第一施工區(qū)域應(yīng)先吊裝并固定好C-K/軸、有柱間支撐的CHJ-02，而后安裝⑩軸的CHJ-01，然后吊裝⑩軸和軸之間鋼桁架，依此順序，按軸→⑧軸的順序吊裝C區(qū)范圍內(nèi)其余鋼桁架，⑧軸～軸的鋼桁架隨著C-K軸的鋼桁架的安裝而交替安裝，最后安裝檁條和屋面板；吊點(diǎn)必須設(shè)在屋架三匯交節(jié)點(diǎn)上。屋架起吊時(shí)離地50 cm時(shí)暫停，檢查無(wú)誤后再繼續(xù)起吊。鋼桁架就位后的垂直度控制及側(cè)向穩(wěn)定保證措施為：第一榀屋架就位后，在其兩側(cè)各設(shè)置兩道纜風(fēng)繩做臨時(shí)固定，并用纜風(fēng)繩來(lái)校正垂直度，以后的各榀屋架采用木方和鋼絲繩臨時(shí)固定和校正屋架。為消除屋架旁彎對(duì)垂直度的影響，可用掛線卡子在屋架下弦一側(cè)外伸一段距離拉線，并在上弦用同樣距離掛線錘檢查。鋼桁架的臨時(shí)固定及側(cè)向穩(wěn)定措施如圖1所示。鋼桁架吊裝就位后，應(yīng)及時(shí)系牢支撐及系桿，在未能系牢前，應(yīng)設(shè)置臨時(shí)纜風(fēng)繩以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，設(shè)置的臨時(shí)纜風(fēng)繩等支撐體系安裝完畢才能拆除。

為保證優(yōu)質(zhì)、安全、高效完成吊裝任務(wù),把整個(gè)工程按單位工程劃成吊裝單元,嚴(yán)格按鋼結(jié)構(gòu)吊裝流程圖施工，如圖2所示。

2)吊裝驗(yàn)算。

為保證鋼桁架在吊裝過(guò)程中的安全與穩(wěn)定，需進(jìn)行吊裝驗(yàn)算。

鋼桁架吊裝過(guò)程中，最長(zhǎng)為L(zhǎng)=60.7 m，分三段吊裝，三段長(zhǎng)度分別為22.8 m，15.1 m和22.8 m，其中22.8 m的鋼桁架采用單機(jī)吊，受力如圖3所示。長(zhǎng)度為15.1 m的鋼桁架(鋼桁架中間部分)采用雙機(jī)抬吊，受力如圖4所示。鋼桁架自身的均布荷載為q=5.44 kN/m，鋼桁架整體截面面積A=444.66 cm2。

22.8 m鋼桁架驗(yàn)算如下：

由彎矩圖可知，22.8 m水平支撐梁的最大彎矩：Mmax=116.55 kN·m，I=2.107 8×10-4m4，W=2.402×10-3m3，因此，抗彎強(qiáng)度：σ=46.211 N/mm2，小于205.0 N/mm2,滿足要求。剪力：τmax= 2.27 N/mm2<50 N/mm2，滿足要求。簡(jiǎn)支段撓度：vmax=0.01 mm≤[v]=la/400=39.5 mm，符合要求。 懸臂段撓度：vmax= 3.27 mm≤[v]=la/400=9.5 mm,符合要求。

由彎矩圖可知，15.1 m水平支撐梁的最大彎矩：Mmax=35.25 kN·m，I=2.107 8×10-4m4，W=2.402×10-3m3，因此，抗彎強(qiáng)度：σ=13.98 N/mm2，小于205.0 N/mm2,滿足要求。剪力：τmax= 0.92 N/mm2<50 N/mm2，滿足要求。簡(jiǎn)支段撓度：vmax=6.35 mm≤[v]=la/400=19.75 mm，符合要求。 懸臂段撓度：vmax=3.11 mm≤[v]=la/400=9.0 mm，符合要求。

3)臨時(shí)支墩的安全計(jì)算。

本工程中采用的臨時(shí)支墩均為胎架，胎架采用鋼管、角鋼和工字鋼固定，由 4鋼管及工字鋼焊接而成，鋼管水平間距4.0 m，步距2 m，每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)限位板，并以空間三角形桁架加強(qiáng)穩(wěn)定。為保證鋼架安裝施工中臨時(shí)支墩具有足夠強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，確保施工安全，以受力方面最不利的最重鋼架，進(jìn)行受力驗(yàn)算分析，臨時(shí)支墩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用容許應(yīng)力法。鋼材均采用Q235b，[σ]=140 MPa，[τ]=80 MPa。施工荷載及偏載系數(shù)采用1.4。

最重鋼桁架總重為63 t，考慮兩端混凝土柱和2個(gè)胎架分擔(dān)荷載，每個(gè)胎架承受的荷載約為20 t。橫梁為工字鋼截面，I=46 470 cm4，W=1 860 cm3，E=206 000 mm2，自重q=936 N/m，荷載q=140 kN，設(shè)計(jì)強(qiáng)度σ=215 N/mm2，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖5所示。鋼管立柱h=2 m，A=0.007 3 m2，i=0.102 9 cm；長(zhǎng)細(xì)比λ=14.35，ψ=0.983，胎架h=18 m，A=0.029 2 m2，i=1.254 3 m胎架自重為7.3 t，胎架軸力273 kN，安全系數(shù)取1.4。

經(jīng)計(jì)算可得:最大彎矩:Mmax=140.76 kN·m。

最大撓度:vmax=7.34 mm≤[v]=10.00 mm，滿足要求。

立柱樁軸力:Nmax=70.76 kN，應(yīng)力：σ=9.861 MPa<[σ]=205 MPa，滿足要求。

胎架的穩(wěn)定承載力:σ=13.21 MPa<[σ]=205 MPa，滿足要求。

臨時(shí)支墩要安全使用，鋼管立柱地基承載力也必須滿足要求，本臨時(shí)支墩底部墊尺寸為4 500 mm×4 500 mm的鋼板，然后鋼板與首層板用螺栓栓緊。當(dāng)臨時(shí)支墩落在樓板上時(shí)，直接采用預(yù)制的鋼板頂住樓板底部，然后與胎架底板的鋼板用螺栓栓緊，保證其穩(wěn)定性。為了防止樓板的承載力不夠，在樓板以下的樓層應(yīng)層層采用扣件式立桿回頂，立桿步距1.5 m，橫距0.8 m，縱距0.8 m。上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂面的軸向力設(shè)計(jì)值N=382.2 kN，基礎(chǔ)底面面積A=20.25 m2，因此，立桿基礎(chǔ)底面的平均壓力p=18.87 kN/m2，由于首層板采用C30鋼筋混凝土梁板，地基承載力的計(jì)算滿足要求。

4)鋼桁架整體拼接。

對(duì)于有柱間支撐的鋼桁架吊裝，應(yīng)對(duì)鋼桁架進(jìn)行分段吊裝，分段長(zhǎng)度為兩柱之間的距離，待兩段鋼桁架吊裝完成后，在兩端鋼桁架交接處進(jìn)行拼接，拼接完成后松開(kāi)吊鉤，卸去荷載后方可進(jìn)行下一段鋼桁架的吊裝。對(duì)于跨度較大的鋼桁架吊裝，鋼桁架吊裝前應(yīng)先安裝并固定好臨時(shí)支墩(即胎架)，胎架頂端應(yīng)平鋪木方，木方與胎架頂端的工字鋼綁扎固定，鋼桁架的吊裝分成三段，第一段桁架吊裝并分別放置在混凝土柱和胎架上并用短木方和鋼絲繩臨時(shí)固定桁架，穩(wěn)定后再吊裝鋼桁架第二段并放置在胎架上，吊裝完成后在鋼桁架交接處進(jìn)行拼接，同理完成第三段桁架的吊裝，然后安裝該榀鋼桁架與上一榀鋼桁架之間的鋼桁架，依此順序，待整個(gè)架體安裝穩(wěn)定后，用千斤頂把鋼桁架頂起，然后同步移除鋼桁架下方胎架的木方，從而卸走胎架的荷載，移走胎架。

構(gòu)件安裝采用焊接或螺栓連接的節(jié)點(diǎn)，安裝定位焊縫不需承受荷載時(shí)，焊縫厚度不少于設(shè)計(jì)焊縫厚度的2/3，且不大于8 mm，焊縫長(zhǎng)度不宜小于25 mm，位置應(yīng)在焊道內(nèi)。

3 質(zhì)量控制

1)施工準(zhǔn)備過(guò)程的質(zhì)量控制。

在施工準(zhǔn)備過(guò)程中，需優(yōu)化施工方案和合理安排施工程序，做好每道工序的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和施工技術(shù)交底工作，搞好圖紙審查和技術(shù)培訓(xùn)工作；嚴(yán)格控制進(jìn)場(chǎng)原材的質(zhì)量；合理配備施工機(jī)械；采用質(zhì)量預(yù)控法，把質(zhì)量管理的事后檢查轉(zhuǎn)變?yōu)槭虑翱刂乒ば蚣耙蛩兀_(dá)到“預(yù)控為主”的目標(biāo)。

2)施工過(guò)程中的質(zhì)量保證措施。

由于本工程鋼結(jié)構(gòu)施工難度大、質(zhì)量要求高，必須加強(qiáng)質(zhì)量管理的領(lǐng)導(dǎo)工作，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行控制施工，把施工質(zhì)量放在首位，精心管理，精心施工，保證質(zhì)量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，編寫(xiě)本工程鋼結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵工序作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，嚴(yán)格按作業(yè)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行交底和施工操作，做到施工有序控制和監(jiān)控檢查，使施工過(guò)程的每一道工序，每一個(gè)部位都處于受控狀態(tài)，保證工程的整體質(zhì)量水平。

4 結(jié)語(yǔ)

大跨度鋼結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)，較之一般建筑結(jié)構(gòu)具有工程量大、施工要求高等特點(diǎn)，本工程通過(guò)精心組織施工方案,成功地解決了鋼桁架吊裝與安裝、臨時(shí)支墩設(shè)計(jì)以及大面積鋼結(jié)構(gòu)支撐胎架同步卸載等難題,保證了工程施工質(zhì)量，可為類(lèi)似工程提供借鑒和參考。

[1] 馬鵬輝.大跨度及空間鋼結(jié)構(gòu)施工控制技術(shù)分析[J].科技傳播，2012(2)：96-97.

The construction technology and quality control of large span steel structure

Chen Liang

(DongguanChashanTownUrbanConstructionandPlanningOffice,Dongguan523380,China)

Taking the Dongguan Chashan Town Stadium steel structure project as an example, this paper system introduced the construction overall thought of long span steel truss, and analyzed in detail the technology key points and quality guarantee measures of large span spatial steel structure construction control, could provide reference for similar engineering.

large span steel structure, installation, construction technology, quality control

2015-01-19

陳 亮(1983- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)09-0213-03

TU758.16

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