復(fù)雜高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工綜合技術(shù)研究

陳偉

1.工程概況

案例工程武漢市軌道交通8號(hào)線趙家條配套綜合開發(fā)項(xiàng)目一期鋼結(jié)構(gòu)工程安全等級(jí)和防火等級(jí)均為一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，抗震設(shè)防分類為重點(diǎn)設(shè)防類(乙類)，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g。結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)：核心筒為一級(jí)；鋼管混凝土框架為一級(jí)；鋼梁抗震等級(jí)為一級(jí)。主樓結(jié)構(gòu)采用“圓鋼管混凝土柱、鋼梁—鋼筋混凝土核心筒”混合結(jié)構(gòu)體系，鋼結(jié)構(gòu)工程總量約1.3萬t。

2.施工重點(diǎn)難點(diǎn)分析

2.1 深化設(shè)計(jì)

深化設(shè)計(jì)是復(fù)雜高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工的重難點(diǎn)，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：（1）高層建筑鋼結(jié)構(gòu)規(guī)模大，鋼結(jié)構(gòu)分布面廣，交叉作業(yè)頻繁，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)與其他專業(yè)碰撞的處理難度大，深化設(shè)計(jì)過程中與各專業(yè)的協(xié)調(diào)管理及確保鋼結(jié)構(gòu)與其他相關(guān)專業(yè)的交叉作業(yè)的順利實(shí)施，是施工重難點(diǎn)之一[1]。（2）外框柱截面大，連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜、形式多樣，對(duì)此類復(fù)雜構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)的深化設(shè)計(jì)同樣是深化設(shè)計(jì)重難點(diǎn)。因此必須完善設(shè)計(jì)組織，做好各專業(yè)間的信息溝通和技術(shù)交底，完善圖紙審核制度和流程，并通過三維實(shí)體模型提前進(jìn)行模擬驗(yàn)證。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的制作加工

該項(xiàng)目鋼柱大多為圓管柱，且柱上部牛腿較多，同一柱與梁的連接節(jié)點(diǎn)最多有六個(gè)牛腿，這就要求嚴(yán)格控制鋼結(jié)構(gòu)的制作精度，以便后續(xù)安裝焊接。對(duì)此，需要抓好兩個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)：（1）從源頭工序上進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，下料時(shí)控制好尺寸，特別是零件坡口尺寸，組立時(shí)要控制好定位和坡口間隙的精度。（2）采取合理的工藝措施，控制組對(duì)精度，并利用BIM進(jìn)行三維模擬。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)吊裝

本項(xiàng)目施工場地狹小，吊裝區(qū)域附近臨近其他超高層建筑，而且存在超長構(gòu)件，最長構(gòu)件達(dá)到33.6m。這就給吊裝工作帶來很大的難度。因此，必須在施工前做好充足的裝備：（1）吊裝前做好構(gòu)件的進(jìn)場、驗(yàn)收與堆放順序安排；（2）起重機(jī)械選型以及吊裝方案結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，并采用BIM技術(shù)進(jìn)行三維模擬吊裝，避免出現(xiàn)卡桿現(xiàn)象以及吊車超負(fù)荷狀況；（3）對(duì)超長構(gòu)件，采取合理分段并經(jīng)設(shè)計(jì)單位審核；（4）為保障吊裝的安全性和安裝的穩(wěn)定性，局部大跨度簡支梁和懸挑梁在吊裝前需搭設(shè)臨時(shí)支撐，待支撐及次梁安裝完畢，結(jié)構(gòu)具有一定的強(qiáng)度、整體性后方可拆除。

3.施工方案設(shè)計(jì)

3.1 施工條件分析

施工環(huán)境對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)施工有很大的影響和制約，所以在制定施工計(jì)劃之前，首先要做好施工條件的分析，包括區(qū)域環(huán)境的氣候特征、晝夜溫差、雨季期、日照等情況，施工場區(qū)的地下水分布情況，施工場地的巖土結(jié)構(gòu)，臨時(shí)用水、電、場內(nèi)道路等問題[2]。

3.2 做好施工場地基礎(chǔ)處理

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝施工，地基處理是最為關(guān)鍵的基礎(chǔ)性工作，安裝之前必須做好地基處理和質(zhì)量驗(yàn)收。質(zhì)量控制的重點(diǎn)包括混凝土基礎(chǔ)的強(qiáng)度、基礎(chǔ)軸線標(biāo)志、標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)，以及預(yù)埋的地腳螺栓的位置，預(yù)埋件與混凝土的牢固程度、緊貼性等。要嚴(yán)格檢查驗(yàn)收基礎(chǔ)支承面和地腳螺栓位置尺寸，誤差值必須控制在允許的偏差范圍內(nèi)。以本工程為例，具體標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)參見表1。

表1 基礎(chǔ)支承面、地腳螺栓的允許偏差值范圍

4.鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)要點(diǎn)分析

4.1 預(yù)埋件安裝

預(yù)埋件安裝主要包括柱腳錨栓預(yù)埋測量校正與核心筒預(yù)埋件安裝兩個(gè)部分。（1）柱腳錨栓預(yù)埋測量校正。鋼結(jié)構(gòu)安裝施工的第一道工序就是柱腳錨栓的預(yù)埋安裝，質(zhì)量控制的重點(diǎn)就是安裝的牢固程度和定位的精度。通過計(jì)算得出安裝坐標(biāo)，在土建鋼筋捆扎完成后，借助全站儀測量放線軸線位置，把定位環(huán)板與錨栓安裝好，然后進(jìn)行混凝土澆筑。澆筑中要防止錨栓發(fā)生位移，及時(shí)做好糾偏處理。地腳螺栓預(yù)埋件定位需要使用支架和鋼筋進(jìn)行固定，支架采用8#槽鋼制作，高度4m，長寬各為1.5m。（2）核心筒預(yù)埋件安裝。鋼筋混凝土核心筒鋼梁埋件主要為樓層鋼梁與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)連接的埋件。具體步驟為：測量定位→埋件板初就位和精確校正→埋件板清理、定位→根據(jù)放線位置，將受剪連接板焊接在埋件板上。為保證預(yù)埋件的安裝精度，受剪連接板待埋件板安裝定位且混凝土澆筑后，再放線定位焊接。

4.2 圓管柱安裝施工

外筒鋼柱安裝的施工內(nèi)容含鋼柱吊耳、連接板設(shè)計(jì)與鋼柱高空拼裝三個(gè)部分。鋼柱安裝需要注意以下幾個(gè)主要事項(xiàng)：（1）為保證焊接質(zhì)量，相鄰鋼柱在吊裝之前，要做好鋼柱底面和底柱頂面的除銹處理，清除渣土灰塵。焊接時(shí)必須保證鋼柱與底座柱頭保持中心線吻合，對(duì)接口錯(cuò)位不能超出允許誤差范圍，否則會(huì)導(dǎo)致受力偏心，影響結(jié)構(gòu)安全。（2）重點(diǎn)關(guān)注鋼柱垂直度和標(biāo)高，及時(shí)做好校正。（3）安裝鋼柱時(shí)，一定要做好安裝臨時(shí)螺栓的緊固。安裝操作之前，一定要提前做好安全防護(hù)、設(shè)置施工警戒線，準(zhǔn)備好安全爬梯、防墜繩、操作平臺(tái)等設(shè)施。起吊平穩(wěn)，避免地面拖拉，注意吊點(diǎn)對(duì)稱，保持垂直吊裝。起吊離地后做短暫停留，起鉤、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)交替進(jìn)行，就位后緩慢下放，避免出現(xiàn)大幅度擺動(dòng)。

4.3 鋼梁安裝技術(shù)要點(diǎn)分析

4.3.1 樓層鋼梁吊裝方法

在本項(xiàng)目中，樓層鋼梁主要包括環(huán)梁、主次鋼梁等，鋼梁截面形式為“H”型，最大截面尺寸為H900×300×20×28mm。外框鋼梁的安裝順序遵循主梁、環(huán)梁、次梁、懸挑梁的原則。外框柱測量校正后，安裝鋼梁，鋼梁采用串吊和單根吊裝的方法進(jìn)行吊裝。鋼梁與埋件的連接掛設(shè)吊籃，與鋼柱連接端搭設(shè)操作架。鋼梁制作按設(shè)計(jì)要求預(yù)起拱。安裝完外筒相鄰兩根鋼柱后，隨即安裝鋼柱之間的環(huán)梁。在進(jìn)行外筒環(huán)梁安裝之前，操作人員首先通過外筒鋼柱上綁扎的爬梯攀爬至作業(yè)層牛腿位置，并將安全帶鉤于安全繩上。操作人員就位后，開始進(jìn)入環(huán)梁吊裝，環(huán)梁安裝形成穩(wěn)定單元后開始安裝樓層鋼梁。核心筒預(yù)埋件在墻體澆筑混凝土前埋設(shè)完成，相應(yīng)樓層混凝土脫模后，安裝人員在爬模架下方焊接鋼梁連接板。安裝樓層鋼梁時(shí)，先在鋼梁上設(shè)置好安全繩，鋼梁安裝基本就位后，安裝人員在外筒柱上牛腿及環(huán)梁處，拉溜繩固定樓層鋼梁，將安全帶鉤于安全繩上，騎行鋼梁至核心筒側(cè)。

4.3.2 鋼梁起吊及安裝注意事項(xiàng)

起吊步驟：（1）鋼梁吊點(diǎn)設(shè)置。由制作廠制作鋼梁時(shí)預(yù)留吊裝孔作為吊點(diǎn)。大跨度、大噸位鋼梁要提前焊接吊耳，若單根鋼梁重量不大時(shí)可進(jìn)行串吊；（2）鋼梁綁扎與起吊。提前裝配好需要的螺栓和連接板，并在鋼梁端部焊接好定位板。注意鋼梁的起吊方向；（3）鋼梁吊裝到位后，按照施工圖紙，做好臨時(shí)固定，安裝螺栓不得少于3顆，并且要大于本節(jié)螺栓總數(shù)量的30%。

鋼梁安裝注意事項(xiàng)：（1）鋼梁吊裝前要做好連接板除銹和污物清除；（2）做好標(biāo)高、軸線校正，保證安裝精度；（3）安裝結(jié)束后要對(duì)鋼梁和連接板的貼合程度進(jìn)行檢查；（4）鋼梁與鋼柱的吊裝順序要保持一致，便于及時(shí)形成框架結(jié)構(gòu)；（5）安裝時(shí)采用臨時(shí)螺栓固定，不允許直接穿入高強(qiáng)螺栓；（6）必須使用絞刀擴(kuò)孔法進(jìn)行螺栓偏孔校正處理，嚴(yán)禁氣割擴(kuò)孔。

5.吊裝計(jì)算

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工難度大，而且具有一定的危險(xiǎn)性，有大量的構(gòu)件需要進(jìn)行吊裝，塔吊、鋼絲繩、吊耳及吊籃的選型非常關(guān)鍵。（1）塔吊選型。以本工程為例，本文選用重量最大的鋼柱進(jìn)行分析，鋼柱重量為8.1t，因此選擇兩臺(tái)STT373A-18T塔吊進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)吊裝，其最大起吊半徑可達(dá)60m。（2）鋼絲繩計(jì)算。按鋼柱最重約11.8t采用兩根鋼絲繩掛四個(gè)吊點(diǎn)，塔吊吊裝，吊繩與鋼柱的夾角大于等于60°，根據(jù)在吊裝過程中可能出現(xiàn)的最大受力的情況計(jì)算出每根鋼絲繩的許用拉力值。通過計(jì)算選用Φ36、6x37+1型公稱抗拉強(qiáng)度為1670MPa鋼絲繩滿足施工要求，并選用5T卡環(huán)。（3）吊耳及吊藍(lán)的選擇也要根據(jù)公式進(jìn)行載荷計(jì)算，確保耳板抗拉和抗剪強(qiáng)度，以及吊籃的強(qiáng)度、撓度均滿足規(guī)范要求。

6.結(jié)束語

復(fù)雜高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工環(huán)境復(fù)雜，技術(shù)要求高，具有一定的危險(xiǎn)性，要保證順利實(shí)施，必須提前做好結(jié)構(gòu)件深化設(shè)計(jì)和施工組織設(shè)計(jì)，對(duì)施工過程中可能存在的環(huán)境、人員、技術(shù)、設(shè)備等各種因素提前做出分析，提前制定策略，做好事前預(yù)防、事中控制、事后檢查驗(yàn)收和技術(shù)方案總結(jié)，只有這樣，才能保證鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)持續(xù)提高。