鋼結構施工工藝優化研究

龍 偉， 魏 波， 羅 林

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

筆者以西昌陽光學校南山校區項目為依托，利用PKPM軟件對西昌陽光學校南山校區工程的主體施工進行了分析，研究了在主體工程施工過程中產生的構件開孔、切角、加螺栓等情況，提出了優化的鋼結構施工措施，優化了鋼結構施工工藝。在保障安全的前提下，達到了質量合格、縮短工期、節約成本的目的。同時，將該優化措施推廣應用到其他工程的鋼結構安裝工程中，取得了較好的效果。

2 對施工過程中出現的問題進行分析

2.1 施工中出現的問題

在教學樓1-G與1-H軸之間鋼梁安裝過程中出現了測量誤差，進而導致工人擅自在鋼梁上切割、開孔、擴孔等情況，為確保工程質量，對于存在氣割切割、開孔、擴孔的鋼梁進行了返廠處理而延誤了工期(圖1)。

2.2 分析問題的思路

圖1 擴孔與切割的鋼梁示意圖

分析問題的技術線路如圖2所示。

2.3 原因分析

(1)施工順序。

受場地實際情況的限制，鋼結構安裝未能按照從中間向兩邊安裝施工的順序進行，導致累計誤差在1-G與1-H軸的鋼梁安裝時集中反映。

(2)測量誤差。

土方開挖方案不合理。教學樓為獨立基礎，基礎土方開挖采用獨立基礎開挖方式，鋼柱地腳螺栓預埋放線時，軸線不能通視，造成放線誤差。

3 采取的主要解決措施

3.1 建模分析

采用PKPM軟件建模，從空間上選擇科學合理的安裝順序以及吊車行走路線。本次建模重點研究了教學樓、行政樓和綜合實驗樓。

圖2 技術路線圖

通過建模分析，確定了構件的安裝順序，平面上應從中間向四周擴展，豎向應由下向上逐漸安裝。

3.2 測量控制

框架柱的定位測量可采用內控法和外控法，每節柱的定位軸線應從地面控制軸線引上來，不能從下層柱的軸線引出。采用空間三維坐標定位測量方法解決復雜的結構定位，制作時在加工廠提供高精度的定位軸線、觀測點，在施工過程中進行跟蹤觀測控制。

3.2.1 埋件的預埋

根據土建坐標定位放線，待軸線閉合后根據螺栓布置圖紙確定預埋件的位置(鋼筋與模板已加固牢靠)。根據已加工好的定位板定位螺栓位置，待螺栓位置布置好后，用直徑為16 mm的鋼筋焊接于承臺鋼筋籠之間，焊接時需注意：不能傷及鋼筋與螺栓母材。

3.2.2 鋼柱的測量定位

采用經緯儀測控鋼柱的垂直面，用全站儀、鋼卷尺測量鋼柱上、下節點與以核心筒為依托的垂直線的距離測量傾斜度的空間三維坐標定位測量方法，徹底解決了每節柱的測量問題。

(1)測量選用的儀器和工具必須準備齊全，其中經緯儀、水準儀及大盤尺等重要儀器、工具必須定期經過計量所檢定，同時保留相應的檢驗合格證備查。

(2)為了控制安裝誤差且基于該工程特殊的結構形式，對每根柱均進行了測量控制。鋼柱具有的特點是在一個方向上是垂直的，在一個方向上是傾斜的。根據其特點，采用垂直度的測控和傾斜度的控制，在核心筒上柱的傾斜方向設置一根垂直線，其與中心軸線的距離是固定的，然后用鋼尺量測基準點與垂直線的距離L1、L2，其距離值與理論值的比較即為傾斜度的誤差。

(3)鋼柱高強螺栓終擰前、終擰后軸線偏差的測定。

3.2.3 鋼梁的測量定位

在安裝過程中，可以通過平臺上的定位線(經緯儀或全站儀)對各曲形梁的位置進行定位，通過柱子上的標高，用水準儀對各梁節點進行高程控制。

當頂層平臺安裝完畢，將半球體中心線投放到頂層平臺上，并將半球體中心曲形梁在頂層平臺上的投影線投放在平臺上、做好標記，將標高控制點投放在頂層平臺的柱子上并做好標記。

3.3 鋼柱的安裝

鋼柱的起吊采用吊車回轉法起吊，柱根部必須墊好枕木，不能使柱底端與地面發生拖拉現象。

(1)對柱基的定位軸線間距、柱基面標高和地腳螺栓預埋位置進行檢查，復測合格并將螺紋清理干凈，在柱底設置臨時標高支承塊后即可進行鋼柱的吊裝。

(2)對吊裝鋼柱的根部必須墊實，盡量做到回轉扶植、根部不拖。起吊時，鋼柱必須垂直，吊點設在柱頂，利用臨時固定在連接板上的螺孔，起吊回轉過程中應注意避免同其他已吊好的構件相碰撞，吊索應具有一定的有效高度。

(3)鋼柱安裝前，應將登高爬梯固定在鋼柱的預定位置，起吊就位后臨時固定地腳螺栓，用攬風繩、經緯儀校正垂直度，并利用柱底墊板對底層鋼柱標高進行調整。

3.4 鋼梁的安裝

在所有梁吊裝前，應核查型號并選擇吊點，吊索的角度不能小于60°，構件吊點處采用麻布或橡膠皮進行保護。鋼梁水平吊至安裝部位，用兩端控制纜繩旋轉對準安裝軸線，隨之緩慢落鉤。為防止梁因自重下垂而發生錯孔現象，梁兩端臨時安裝螺栓(不得少于該節點螺栓數的1/3，且不少于2顆)并擰緊。鋼梁找正就位后用高強螺栓固定，固定穩妥后方可脫鉤。

(1)在地面帶上梁兩端的連接板及高強螺栓，高強螺栓用工具包牢，距梁頭的距離為1 m以內。

(2)按照先安下層主梁，再安中層主梁，最后安裝上層主梁的順序，每根梁的吊索要掛在吊鉤內，用鋼絲繩按下、中、上將梁捆綁好。

(3)主梁起吊到位、對正，先用撬棍、再用沖頭調整好構件的準確位置并予以固定，待主梁全部吊裝完畢進行高強螺栓的初擰和終擰連接。

(4)對于梁頭掛吊欄，先進行上層主梁的校正、檢查、初擰、終擰高強螺栓，再進行下層梁的校正、初擰、終擰高強螺栓。

(5)安裝梁時預留好經試驗確定好的焊縫收縮量。

4 實施后取得的主要成果和結論

4.1 實施樓棟的選擇

對于教學樓鋼結構安裝過程中出現的諸多問題，經過分析和研究，在土方開挖、測量控制、預埋件、鋼柱和鋼梁的安裝等方面提出了優化措施，從現場時間、情況出發以及對吊車的行走路線方面考慮，行政樓和綜合實驗樓為緊接著教學樓施工的樓棟，同時由于綜合樓體量大、吊車行走路線較為復雜、構件較多，因此，其優化措施的實施樓棟選擇為行政樓和綜合樓。

4.2 實施情況

行政樓體量較小，鋼結構安裝量為550 t，安裝時間為3月20日至4月20日。由于施工場地狹窄，在投入一臺吊車的情況下，安裝量為18 t/d。在優化措施施工過程中，沒有出現鋼梁和鋼柱安裝不上、擴孔、氣割等情況發生。根據探傷報告，鋼梁焊接質量良好。

綜合實驗樓鋼結構安裝量為950 t，安裝時間為4月1日至5月15日。由于場地西側高邊坡的影響，吊車行走路線受到限制，在投入一臺吊車的情況下，安裝量為21 t/d。在優化措施施工過程中，沒有出現鋼梁和鋼柱安裝不上、擴孔、氣割等情況發生。根據探傷報告，鋼梁焊接質量良好。

4.3 取得的主要成果和結論

表1 鋼結構安裝對比表

由于行政樓、綜合實驗樓與宿舍樓、食堂同時施工，因此，在材料堆放、吊車行進、機械調運等方面均有所限制。從對教學樓與行政樓、綜合實驗樓鋼結構安裝的實際情況進行對比分析不難發現，對于鋼結構安裝工藝，在對土方開挖、測量放線、預埋件、吊裝、吊車行進路線進行優化后，在工程質量良好的情況下，工期亦有所保證。鋼結構安裝對比情況如表1所示。

5 結 語

隨著現代化建設的不斷深入，建筑科技水平也在日新月異的發展，在眾多的建筑工程學科中，鋼結構一直以其具有的顯著優點應用于國家建設的各個領域，發揮著重要作用。由于鋼結構具有施工速度快、強度高、自重輕、整體剛性好、變形能力強等特點，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特別適宜。但鋼結構的安裝步驟繁多，因此，如何布置施工、利用好有效的時間，對工程的質量和進度起著決定性的影響，故對鋼結構的施工工藝進行優化研究具有重要的工程實踐意義。