裝配式大跨度鋼結(jié)構(gòu)的安裝工藝

鄭晟++陳錫寶

摘要：大跨度鋼結(jié)構(gòu)進行施工時，根據(jù)各工程的施工特點，可選擇多種施工工藝進行施工，如可根據(jù)工程的場地條件、結(jié)構(gòu)體系、起重機械的性能、施工成本、施工質(zhì)量等進行選擇，可將其歸納為高空散裝法、分條（分塊）安裝法、整體提升（頂升）法、滑移安裝法、單元或整體安裝法五類施工方法。通過對裝配式大跨度鋼結(jié)構(gòu)的安裝特點進行分析，得到各種施工方法對應(yīng)的工程特點及該施工方法的優(yōu)缺點，為以后相關(guān)裝配式大跨度鋼結(jié)構(gòu)安裝提供相應(yīng)的理論及技術(shù)參考。

DOI：10.3969/j.issn.1674-7739.2017.02.020

隨著科技的發(fā)展和施工技術(shù)水平的提高，我國的裝配式大跨度鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)從普通的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)發(fā)展至網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，再發(fā)展至空間管桁結(jié)構(gòu)，再發(fā)展至張弦結(jié)構(gòu)、索膜結(jié)構(gòu)等。大跨度鋼結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于體育館、車站、機場候機廳、工業(yè)廠房等人流量較大或其他工業(yè)設(shè)備密集的工業(yè)建筑的屋蓋結(jié)構(gòu)中。大跨度鋼結(jié)構(gòu)進行施工時，根據(jù)各工程的施工特點，可選擇多種施工工藝進行施工，如可根據(jù)工程的場地條件、結(jié)構(gòu)體系、起重機械的性能、施工成本、施工質(zhì)量等進行選擇。

GB 50755-2012[1]中根據(jù)大跨度鋼結(jié)構(gòu)的特點及施工環(huán)境，共提供了七種施工方法。將這七種施工方法進行歸納總結(jié)，可將其歸納為高空散裝法、分條（分塊）安裝法、整體提升（頂升）法、滑移安裝法、單元或整體安裝法[2-4]五類施工方法。

一、高空散裝法

高空散裝法的特點是將散裝零件或小拼單元根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙直接進行高空現(xiàn)場安裝的施工方法，這種方法主要包括兩種施工方法：全支架法和懸挑法。全支架法主要是將散裝零件進行拼裝安裝，懸挑法主要是將小拼單元進行高空安裝。由于所安裝的零件多數(shù)為小型構(gòu)件，其他局部為大型零散構(gòu)件，安裝時需采用臨時支撐進行安裝或采用吊裝設(shè)備進行高空吊裝安裝。針對大懸挑結(jié)構(gòu)，可不用臨時支撐進行安裝，直接使用吊裝設(shè)備進行高空拼裝即可。

在進行高空散裝施工作業(yè)時，應(yīng)注意以下問題：①根據(jù)該施工項目的特點，選擇恰當(dāng)?shù)陌惭b順序，安裝時實時控制所安裝零件的累積誤差；②為避免施工完成后的施工偏差滿足規(guī)范要求，需在安裝時對所安裝的零件位置進行觀測、復(fù)測及調(diào)整；③對大懸挑結(jié)構(gòu)進行施工時，確保分段施工后懸挑部分的剛度及穩(wěn)定性；④對螺栓球節(jié)點進行施工時，將球節(jié)點上的螺栓均擰緊至規(guī)定扭矩后再將定位螺栓擰緊；⑤高空安裝時，采取有效措施確保施工人員的安全，做到安全施工。

二、分條（分塊）安裝法

分條（分塊）安裝法的特點是將屋蓋鋼結(jié)構(gòu)劃分為條狀或塊狀的小單元，再將小單元吊裝至設(shè)計位置，最后將單個的條狀或塊狀小單元連接成整體的施工方法。這種施工方法的拼裝及焊接等工作是在地面上進行，不僅可確保施工質(zhì)量，同時也可縮短施工工期、減少施工人員高空作業(yè)的任務(wù)量。采用這種施工方法的條狀或塊狀的小單元自身需具備較高的剛度及幾何尺寸穩(wěn)定性。

施工作業(yè)時，應(yīng)注意以下問題：①拼裝單元自身剛度較大，拼裝完成后的尺寸偏差較小，具有較好的穩(wěn)定性。若小單元的剛度較小，則需采用臨時支撐的方法進行支設(shè)，以確保施工質(zhì)量及安全施工。②吊裝施工時，根據(jù)所吊裝單元的重量選擇起重機的型號，避免因所吊單元的自重較大而起重機的起吊載荷較小而產(chǎn)生傾覆等險情。當(dāng)所吊裝的部件為條狀單元時，條狀單元在起吊過程中所受荷載為自身的自重，此時的手里狀態(tài)幾乎為平面結(jié)構(gòu)，需選擇選擇吊裝的位置及數(shù)量，以確保吊裝施工后上部屋蓋產(chǎn)生較大的撓度，從而影響施工質(zhì)量。③吊裝施工前，若所拼裝的單元較小，可在地面上增大單元的數(shù)量及體積，以免因單個單元安裝完成后其撓度過大而產(chǎn)生一定的尺寸偏差，影響后續(xù)施工過程中節(jié)點的安裝。④當(dāng)屋蓋需進行起拱施工時，可采用增加臨時支撐的臺架高度進行起拱，支撐高度調(diào)整完成后需注意支撐對鋼結(jié)構(gòu)屋架中節(jié)點的影響。

三、整體提升（頂升）法

整體提升法的特點是將屋架零件在地面上基本全部安裝完畢后，使用多臺起吊設(shè)備（頂升設(shè)備）將屋蓋起吊（頂升）至指定位置，最后將屋架與結(jié)構(gòu)主體進行有效連接。頂升法又包括整體提升、整體頂升和整體吊裝三種施工方法。提升法和頂升法的原理相同，不同之處在于所使用的機械不同、起吊或提升的位置不同。提升是將起吊設(shè)備置于結(jié)構(gòu)及屋蓋上方進行提升，而頂升法是通過在屋蓋下部、結(jié)構(gòu)內(nèi)部安裝千斤頂?shù)瓤沙惺茌^大荷載的頂升設(shè)備進行頂升施工。提升法適用于屋蓋面積較小、自重較小的工程，而頂升法適用于大型鋼結(jié)構(gòu)屋蓋工程中。

這種安裝方法與上述兩種安裝方法相比，具有較多的優(yōu)點，如：①屋蓋零件按照屋蓋設(shè)計位置的投影位置進行安裝施工，避免了因較多零件在高空進行安裝而產(chǎn)生較多的安全隱患，以盡可能減少施工人員的高空作業(yè)量；②在進行下部主體結(jié)構(gòu)施工過程中即可進行屋蓋的組裝，縮短了施工工期，節(jié)約施工成本；③由于屋蓋構(gòu)件在地面上進行拼裝，拼裝完成后直接使用提升或頂升的方法進行安裝，減少了臨時支撐的使用量，極大地縮短了因安裝臨時支撐而延長的工期，且減輕了臨時支撐安裝而產(chǎn)生的相關(guān)費用；④節(jié)約了施工成本，縮短了施工工期，減少了相對能耗的產(chǎn)生，且拼裝屋蓋在主體結(jié)構(gòu)內(nèi)部，減輕了因施工而造成的噪聲污染，具有良好的經(jīng)濟效益及社會效益。

施工作業(yè)時，應(yīng)注意以下問題：①應(yīng)對屋蓋四周的異性部位進行吊裝安裝完成后再安裝，避免因主體結(jié)構(gòu)中部的造型突變而影響起吊施工；②起吊時控制所有起吊設(shè)備或頂升設(shè)備的垂直度，避免因起吊設(shè)備吊索或液壓柱的偏移而影響最后施工的安裝精度偏差；③起吊時控制吊車或頂升設(shè)備的上升速度，避免因屋蓋的剛度不均、屋蓋受力點的局部應(yīng)力過大，而影響所吊裝屋蓋的尺寸；④吊裝時，盡可能增加起吊設(shè)備或頂升設(shè)備的數(shù)量，使屋蓋在起吊時達到受力點相對均勻的狀態(tài)，避免產(chǎn)生應(yīng)力集中而使屋蓋產(chǎn)生局部破壞，從而影響施工精度；⑤在地面上所拼裝的屋蓋應(yīng)小于原設(shè)計屋蓋，當(dāng)將屋蓋起吊至指定位置后再增大屋蓋的外形，使其達到設(shè)計形狀，避免因屋蓋面積較大而主體結(jié)構(gòu)較小而導(dǎo)致起吊過程中產(chǎn)生碰撞，從而影響施工質(zhì)量及施工進度。

四、整體吊裝

整體吊裝同整體提升法類似，不同之處在于拼裝屋蓋時，將屋蓋在建筑主體外部進行拼裝，拼裝完畢后將其吊裝平移至屋蓋的設(shè)計位置處。采用整體吊裝的方法安裝焊接網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)屋蓋時，可將屋蓋與鋼柱進行錯位總拼。在地面上直接進行整體焊接施工，可確保焊接網(wǎng)架具備良好的焊接質(zhì)量和總體尺寸。采用該方法的缺陷在于需使用大型的吊裝設(shè)備，且對放置起吊設(shè)備底部的地表承載力要求較高，并且因起吊安裝網(wǎng)架時影響主體結(jié)構(gòu)的施工，所以不能同時進行安裝。

五、滑移安裝法

滑移安裝法主要是通過滑軌或?qū)к墝⒔M合好的條狀單元傳送至設(shè)計指定位置進行安裝的一種方法。采用滑移安裝法進行施工時，其下部主體結(jié)構(gòu)也可不受上部結(jié)構(gòu)安裝施工的影響，上下交錯施工影響較小，可一定程度上縮短安裝施工工期。使用滑移安裝法施工時，無需使用大型起吊設(shè)備和其他大型牽引設(shè)備，但需在安裝施工前安裝、鋪設(shè)導(dǎo)軌等滑移裝置。

蘇州火車站位于蘇州市城區(qū)北端護城河北岸，始建于1906年。隨著蘇州站客流量的逐年增大，需對蘇州站進行改造擴建。其中對其站房屋蓋進行改造是改造工程中的一大部分。改造時根據(jù)站房的特點，其南區(qū)站房和北區(qū)站房均采用累積滑移技術(shù)進行施工。蘇州火車站站房分為南區(qū)、北區(qū)和候車大廳三部分，該站房的屋面改造后均為大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋面，屋面外觀呈工字形，其中南北向最長為352.2米，東西向最長198米，整個屋架搭設(shè)于16組V型斜鋼柱上，鋼柱通過球形節(jié)點連接于下部混凝土柱上。如站房的南區(qū)屋蓋南北向總長為152.2米，東西向總長198米，共由14榀桁架構(gòu)成，屋蓋的總重達到4 000噸，施工時進行分段滑移施工，首先將12榀桁架屋蓋均分為6個滑移區(qū)和1個原位拼裝區(qū)，一共布置八道滑移軌道，軌道總長為650米。所滑移的桁架在滑移前在地面上進行拼裝，采用吊車吊裝至滑移軌道上運送至指定位置后，再將分段的桁架進行拼裝施工，安裝完成后再將其與斜鋼柱進行有效連接。安裝完成后將前11榀桁架進行卸載施工，對接剩余2榀桁架后再將所有桁架進行固定連接。

目前在裝配式大跨度鋼結(jié)構(gòu)實際施工應(yīng)用中主要采用五種施工方法，每種方法均有自身的優(yōu)點及缺點，在實際施工時需根據(jù)工程特點及項目本身的工期要求等選擇適當(dāng)?shù)氖┕し椒ǎ_保所安裝工程施工進程的正常、穩(wěn)定與安全。

說明：本文系上海市高職高專土建類專業(yè)2017-2018年度教育教學(xué)課改項目【2017-TJ12】系列成果之一。

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