建筑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)與工程應(yīng)用分析

李小紅LI Xiao-hong；劉博宇LIU Bo-yu

（湖南建工集團(tuán)有限公司，長(zhǎng)沙410000）

0 引言

近些年，我國(guó)一直致力于裝配式建筑的探索，探索了包括混凝土、鋼結(jié)構(gòu)以及木結(jié)構(gòu)等各種不同的結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)一步推進(jìn)建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。目前基于我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量及鋼鐵加工技術(shù)水平的不斷提升，鋼結(jié)構(gòu)建筑以其干作業(yè)施工、無(wú)固體廢棄物、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點(diǎn)逐漸被越來(lái)越多的工程項(xiàng)目所采用。然而，隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑的全面推廣，施工面積持續(xù)增加，相應(yīng)的也暴露了不少施工問(wèn)題，制約了鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展，對(duì)此有必要進(jìn)一步加強(qiáng)建筑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的探索，滿(mǎn)足工程實(shí)際需求。

1 建筑鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展概述

現(xiàn)代建筑行業(yè)發(fā)展中，裝配式建筑具有綠色環(huán)保、節(jié)能低碳等優(yōu)勢(shì)，在業(yè)界獲得了廣泛認(rèn)可。裝配式建筑采用的是新型建造模式，預(yù)制部品部件在工廠生產(chǎn)、工地裝配，目前主要有混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)）、木結(jié)構(gòu)以及組合結(jié)構(gòu)。在各種結(jié)構(gòu)形式中，鋼結(jié)構(gòu)建筑具有自重輕、安裝速度快、工作效率高等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)場(chǎng)裝配產(chǎn)生的建筑垃圾較少，鋼材也可實(shí)現(xiàn)回收利用，此外通過(guò)發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)建筑，可實(shí)現(xiàn)“去庫(kù)存”，緩解我國(guó)鋼產(chǎn)能過(guò)剩的問(wèn)題，鋼結(jié)構(gòu)建筑特點(diǎn)如表1 所示。

表1 鋼結(jié)構(gòu)建筑特點(diǎn)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020 年，全國(guó)新開(kāi)工裝配式建筑共計(jì)6.3 億m2，較2019 年增長(zhǎng)50%，占新建建筑面積的比例約為20.5%，其中，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑1.9 億m2，較2019 年增長(zhǎng)46%，占新開(kāi)工裝配式建筑的比例為30.2%。為充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)建筑優(yōu)勢(shì)，必須對(duì)其施工過(guò)程中的實(shí)際情況進(jìn)行深入的分析和探索，科學(xué)制定施工方案，確保整個(gè)施工活動(dòng)的順利開(kāi)展，本文圍繞建筑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)與工程應(yīng)用展開(kāi)了詳細(xì)分析。

2 建筑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)方法

2.1 工藝流程

鋼結(jié)構(gòu)建筑基本施工工藝流程如下：①鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件分段與設(shè)備場(chǎng)地規(guī)劃；②鋼結(jié)構(gòu)工廠加工制作；③鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件運(yùn)輸；④地腳螺栓、鋼梁埋件預(yù)埋；⑤鋼結(jié)構(gòu)柱吊裝與焊接；⑥鋼結(jié)構(gòu)梁吊裝與臨時(shí)固定；⑦鋼構(gòu)件高強(qiáng)螺栓連接與焊接；⑧鋼筋桁架樓承板鋪裝；⑨鋼筋桁架樓承板混凝土澆筑；⑩防腐防火涂料施工。

2.2 施工要點(diǎn)

2.2.1 鋼結(jié)構(gòu)柱吊裝與焊接

鋼柱起吊前，需清理鋼柱表面污物，吊裝前連接板、摩擦面產(chǎn)生的浮銹加以處理，同時(shí)在柱表面未涂漆部分貼好防護(hù)膠帶并完成柱內(nèi)雜物清理。

根據(jù)鋼柱質(zhì)量分布情況，進(jìn)行吊裝過(guò)程應(yīng)力應(yīng)變分析，計(jì)算吊點(diǎn)位置，確定鋼柱翻身時(shí)采用單點(diǎn)吊、兩點(diǎn)吊還是多點(diǎn)吊。確保翻身過(guò)程中鋼柱不因自重原因產(chǎn)生變形。鋼柱的吊耳通過(guò)吊索與塔式起重機(jī)的吊鉤連接，采用單機(jī)旋轉(zhuǎn)的方式吊裝。吊裝前應(yīng)將鋼柱水平放置于墊塊上，鋼柱腳處應(yīng)墊木方塊。吊裝時(shí)，鋼柱底端不宜在地面上拖曳，以免損壞焊接坡口。

鋼柱起吊時(shí)，應(yīng)邊起鉤、邊轉(zhuǎn)臂使鋼柱垂直離地。吊裝首節(jié)柱前，應(yīng)先檢查立柱底座定位軸間距、柱底標(biāo)高、地腳螺栓安裝位置，然后清洗螺紋并在柱底部設(shè)置臨時(shí)標(biāo)高墊塊。將鋼柱豎直吊起，直至柱底與下節(jié)鋼柱對(duì)齊，臨時(shí)固定。校正標(biāo)高，平動(dòng)、旋轉(zhuǎn)上柱與下柱對(duì)正，再調(diào)整鋼柱的垂直度，使誤差滿(mǎn)足規(guī)范要求后固定鋼柱完成吊裝（見(jiàn)圖1）。

圖1 鋼柱吊點(diǎn)示意圖

鋼柱吊至就位上方200mm 后停機(jī)穩(wěn)定，對(duì)準(zhǔn)耳板后緩慢下落，檢查鋼柱四邊中心線和下節(jié)柱十字軸線對(duì)準(zhǔn)情況，并及時(shí)調(diào)整（調(diào)整時(shí)，需三人操作，一人移動(dòng)鋼柱、一人協(xié)助穩(wěn)固、另一人檢測(cè)），鋼柱就位偏差在3mm 以下方可下落鋼柱。

2.2.2 鋼結(jié)構(gòu)梁吊裝與臨時(shí)固定

鋼梁依據(jù)鋼柱定位，完成相應(yīng)的鋼柱安裝后，及時(shí)進(jìn)行鋼梁的吊裝與連接，形成框架。鋼梁的起吊順序由鋼柱的起吊順序控制，在保證鋼梁的水平度和鋼柱的垂直度基礎(chǔ)上盡快組成框架，以便后續(xù)梁柱順利安裝。起吊前，鋼梁應(yīng)配備連接板并備好螺栓；吊裝時(shí)，鋼梁需按照施工圖紙進(jìn)行定位，并注意鋼梁接入方向；鋼梁就位后，先將鋼梁兩端的孔壓緊、校正，再用普通螺栓緊固。普通螺栓不得少于螺栓節(jié)點(diǎn)總數(shù)的30%，且至少為2 個(gè)。鋼梁連接所用工裝螺栓不得使用高強(qiáng)螺栓代替。

3 工程應(yīng)用案例

3.1 工程概況

本項(xiàng)目為某博物館，總用地面積51000m2，總建筑面積84425m2，建筑高度37.65m。鋼結(jié)構(gòu)部分主要分為兩大部分：屋頂鋼結(jié)構(gòu)及其他鋼結(jié)構(gòu)部分（見(jiàn)圖2）。其中屋頂鋼結(jié)構(gòu)為本工程安裝重點(diǎn)，屋頂鋼結(jié)構(gòu)為由平面桁架組成的空間屋架體系，呈鉆石狀，西面最寬75.6m，東面寬25.2m，長(zhǎng)138.6m；最大的桁架高17m，最重單榀桁架重約152t，中間是報(bào)告廳，共有16 榀主桁架，桁架桿件截面主要為H 型鋼；本工程屋面底下為混凝土建筑，建筑大廳門(mén)口為4 根矩形組合支撐柱，由中間的1100×45 的箱型柱與四個(gè)600×35 的箱型柱組合而成，管內(nèi)灌注自密實(shí)混凝土。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)部分示意圖

3.2 施工總體部署

3.2.1 施工區(qū)域的劃分

為便于施工進(jìn)度安排、協(xié)調(diào)溝通，主體鋼結(jié)構(gòu)施工區(qū)域劃分與總包一致。

鋼結(jié)構(gòu)工程施工中以安裝工序?yàn)橹骶€，測(cè)量校正、焊接等要保持合理的節(jié)拍，形成流水作業(yè)。

3.2.2 吊裝機(jī)具的選擇

綜合考慮工程體型特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)件的重量、作業(yè)半徑、起吊高度等影響因素，經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析，在鋼結(jié)構(gòu)安裝過(guò)程中，主要采用已有內(nèi)爬式塔吊進(jìn)行施工作業(yè)，屋面桁架安裝時(shí)，根據(jù)需要采用汽車(chē)吊進(jìn)行卸車(chē)、地面小單元拼裝作業(yè)。

3.3 施工技術(shù)要點(diǎn)

3.3.1 安裝與測(cè)量控制

①安裝構(gòu)件根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)塔吊的吊裝能力進(jìn)行分段，并設(shè)置臨時(shí)連接耳板便于鋼柱對(duì)接安裝。②現(xiàn)場(chǎng)鋼柱安裝時(shí)在每根鋼柱上選取四個(gè)觀測(cè)點(diǎn)做上標(biāo)記，利用這四個(gè)點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)控制，使鋼柱上四個(gè)觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)值與標(biāo)識(shí)相對(duì)應(yīng)，減小鋼柱安裝時(shí)的誤差及便于控制垂直度。③現(xiàn)場(chǎng)使用高精度全站儀進(jìn)行測(cè)量控制。控制測(cè)量誤差，現(xiàn)場(chǎng)使用OS-602D 型全站儀進(jìn)行觀測(cè)，施工高精度的全站儀配合空間三維坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)與傳統(tǒng)的水準(zhǔn)儀和經(jīng)緯儀現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)相比，能確保鋼柱、鋼梁及桁架的安裝精度達(dá)到預(yù)控目標(biāo)。

3.3.2 現(xiàn)場(chǎng)主控點(diǎn)布置

控制點(diǎn)位設(shè)置在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、拘束度大的部位，要求網(wǎng)形與建筑物保持平行，閉合且分布均勻?；鶞?zhǔn)點(diǎn)之間相互通視，且所處的位置不易沉降、變形，以便長(zhǎng)期保存。在項(xiàng)目周?chē)孛婕跋噜徑ㄖ蓓斣O(shè)立6 個(gè)控制點(diǎn)，將這6 個(gè)點(diǎn)相連并建立閉合的主控制網(wǎng)，按照現(xiàn)場(chǎng)安裝坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

3.3.3 鋼構(gòu)件的測(cè)量校正

①預(yù)埋錨栓的檢查：吊裝前，嚴(yán)格依照規(guī)范對(duì)所有的預(yù)埋錨栓平面位置、標(biāo)高進(jìn)行檢查。②鋼柱垂直度控制：主要分四步進(jìn)行控制，包括：初校后初擰、終擰前復(fù)校、焊接期間跟蹤監(jiān)測(cè)、焊接后測(cè)量。在初擰前，使用長(zhǎng)水平尺對(duì)垂直度進(jìn)行粗略控制，直至形成框架后精確校正；注意考慮偏差預(yù)留的問(wèn)題，焊接后復(fù)測(cè)，與終擰時(shí)測(cè)量成果對(duì)比，由此作為上節(jié)鋼柱校正依據(jù)。③標(biāo)高調(diào)整：首節(jié)鋼柱標(biāo)高依賴(lài)基礎(chǔ)埋件標(biāo)高的準(zhǔn)確性，因此在安裝前必須對(duì)柱底的標(biāo)高進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)量，基礎(chǔ)擱置標(biāo)高控制設(shè)置在錨栓上，提前用鋼板調(diào)整到高度。在安裝上節(jié)鋼柱時(shí)，使用水準(zhǔn)儀對(duì)柱頂?shù)臉?biāo)高加以負(fù)責(zé)，確認(rèn)無(wú)誤后將攬風(fēng)繩拴好，然后吊車(chē)落鉤。④在復(fù)測(cè)柱頂標(biāo)高前，需柱體的兩側(cè)掛上磁力線垂，以此初步確定柱體的垂直度，然后測(cè)量標(biāo)高，主要利用柱底上1m 處的標(biāo)高線標(biāo)記加以校核。⑤鋼柱安裝的軸線位控制：以一節(jié)柱為單元開(kāi)展調(diào)整工作，每節(jié)柱在安裝前將原始的控制點(diǎn)投射至安裝樓面，并放線（樣）確定各柱借線測(cè)量點(diǎn)作為各柱校正基準(zhǔn)。在每節(jié)柱安裝前（即是前一節(jié)柱安裝、焊接后需作軸位偏差的測(cè)量）復(fù)核前一節(jié)柱安裝軸位的偏差情況，并在安裝后一節(jié)柱時(shí)及時(shí)加以調(diào)整。

3.4 工程重點(diǎn)、難點(diǎn)及解決措施

3.4.1 重點(diǎn)、難點(diǎn)剖析（表2）

表2 重點(diǎn)、難點(diǎn)剖析

3.4.2 重點(diǎn)、難點(diǎn)解決措施（表3）

表3 重點(diǎn)、難點(diǎn)解決措施

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)建筑實(shí)現(xiàn)了快速推廣，而基于工程實(shí)踐規(guī)模的擴(kuò)大，相關(guān)施工技術(shù)不斷升級(jí)優(yōu)化，鋼結(jié)構(gòu)施工體系逐漸走向成熟。鋼結(jié)構(gòu)建筑在工廠內(nèi)生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件并通過(guò)吊裝手段實(shí)現(xiàn)了機(jī)械工業(yè)化，實(shí)際施工過(guò)程中必須根據(jù)工程情況制訂合理、完善的施工方案，嚴(yán)格把握好吊裝及焊接等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，保證鋼結(jié)構(gòu)建筑高效優(yōu)質(zhì)完工，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目預(yù)期的質(zhì)量及效益目標(biāo)。