高層建筑裙房鋼結構桁架施工技術研究

郝宇洋

（山西應用科技學院，山西太原 030000）

0 引言

近年來，我國高層建筑數量日益增加，由于鋼結構建筑材料質輕且安裝難度較低，所以鋼結構建筑占據新型建筑比例較大[1]。復雜裙房鋼結構建筑作為一種空間結構復雜、施工難度較高的建筑，可以滿足人們對建筑功能及外觀建設要求，所以此類鋼結構建筑的施工技術備受行業關注[2]。目前，應用比較多的施工技術有分塊整體吊裝法、高空散裝法、分塊分條安裝法[3，4]。其中，分塊整體吊裝法強調建筑施工中的焊接工藝及起吊技術，而裙房鋼結構桁架建筑對這兩項施工指標要求較高[5]。因此，本文以某高層建筑項目為例，探究裙房鋼結構桁架建筑施工關鍵技術。

1 工程概況

某建筑項目為裙房鋼結構建筑，分為地上和地下兩部分建筑結構。其中，地上9 層，地下1 層。選取H型勁性柱、H 型鋼梁、箱型鋼柱作為主要施工材料，材質均為Q345B。由于該建筑項目中的施工環境較為復雜，存在多處交叉作業，鋼板厚度及構件截面比較大，需要開展大量高空作業，對于建筑施工來說是一個巨大的挑戰。為了盡可能提高施工質量，該項目引入分塊整體吊裝法作為主要施工技術，對此項技術的應用方法展開探究。

2 裙房鋼結構桁架建筑施工關鍵技術

2.1 鋼結構桁架吊裝施工準備工作

該項目中采用2 塔吊組合安裝鋼結構桁架，同時開展土建、梁、鋼結構柱的施工任務，檢測土建是否達到設定的強度標準，如果達到此標準，則統一安排安裝工作，并在此之前拆除外置腳手架。針對桁架吊裝施工，以“先勁性柱”作為首要施工任務，而后開展桁架吊裝任務，沿著從上到下的順序，逐一安裝[6]。檢測軸線混凝土的強度如果達到標準，則進入懸挑桁架安裝環節。考慮到施工現場鋼結構吊裝施工面積較大，各個施工節點距離比較大，周圍環境較為復雜，為了提高施工安全性，配備3 組支撐胎架，為鋼結構吊裝創造安全條件。其中，桁架安裝沿著從下到上的順序，完成4～5層交叉支撐及水平梁的安裝以后，在5 層處繼續安裝各個桁架之間的連梁，將此部分結構體系作為支撐，沿著向上的方向繼續安裝5～6 層交叉支撐及水平梁，以此類推，直至完成頂層的桁架安裝施工任務。

2.2 吊裝要點及吊裝施工技術

關于鋼柱安裝及吊裝施工任務的執行，在此之前需要做好準備工作，即按照設定的標高限定值，對鋼筋混凝土樓面進行復測，經過測試對比分析，判斷相關指標是否滿足安裝及吊裝要求[7]。其中，涉及到的指標包括平面封閉角、定位軸線。如果滿足要求，則確定兩項指標參數數值，并對鋼柱縱橫線彈墨線，在此基礎上安裝首層鋼柱。為了避免某個施工環節出現錯誤操作對后續的施工任務執行造成影響，該項目采取邊施工邊校驗的方式，按照施工標準，檢測各項施工任務是否達到施工標準，以5mm 作為偏差界定標準。如果首層鋼柱安裝偏差超過5mm，則判斷首層安裝不合格，需要對部分安裝任務做出調整。一般情況下，采用上柱截去誤差長度，或者填塞鋼板縮小誤差[8]。需要強調的是每一次的調整誤差控制在5mm以內，否則調整幅度過大，容易對構件節點連接造成影響，導致其變得復雜化，不利于后續調整工作的開展。從大量施工經驗總結來看，造成安裝偏差的主要原因在于鋼柱制造誤差，或者受焊接施工偏差影響，接口處產生收縮。所以，在焊接施工任務執行結束后，需要采取復查。

吊裝鋼柱時，選取的吊裝吊耳位于鋼柱上端口連接板，根據現場實際施工狀況來看，校正吊裝，而后擰緊安裝螺栓，起到臨時固定作用。考慮到吊裝過程中的平衡問題，選取強度足夠大的單繩用來吊運，分別固定在4 個箱型柱上。另外，在鋼柱下方墊上枕木，避免起吊期間出現拖拉問題，對構件、地面造成損壞。為了保證施工質量，安排兩人一組共同進行吊裝，其中一人負責移動鋼柱，另外一人在旁協助穩固鋼柱。為了提高操作穩定性，選取4 個以上雙夾板作為操控工具，對螺栓采取臨時固定處理。并且夾板上側和下側的螺栓數量至少為3顆。

2.3 鋼結構桁架鋼梁施工技術

鋼梁安裝施工技術對施工準備、施工工藝、施工誤差校正處理、臨時固定、焊接工藝要求較高，在施工之前需要做好準備工作，全面復核各項施工方法及標準，同時檢查摩擦面上是否存在浮銹，如果存在浮銹，則刷清其表面的浮銹以后，采用栓焊連接工藝，將各個梁端節點連接到一起，在各個腹板位置連接螺栓，控制其連接位置，使其不伸出梁端。鋼結構桁架鋼梁安裝流程如下：

（1）施工準備。以螺栓直徑、鋼梁標號、鋼梁定位軸線作為主要復核對象，嚴格按照施工標準，對每一項指標進行復核。對于存在偏差的指標，立即修改其施工參數及方法。與此同時，準備好吊裝所需器具。

（2）鋼絲繩綁扎。去除摩擦面表面浮銹以后，利用鋼絲繩綁扎桁架鋼梁材料，將其按照一定順序擺放在吊裝設備上，等待起吊。

（3）吊機起吊。運用吊機設備，將綁扎好的材料運送至施工現場設定位置。

（4）就位。整理現場施工材料，按照施工設計方案，安裝桁架鋼梁。

（5）臨時固定。將桁架鋼梁材料與普通螺栓一同臨時固定。

（6）校正。檢驗當前施工安裝現狀是否存在問題，如果誤差超出了設定標準，則采取校正處理。

（7）高強螺栓連接。采用高強度穩定處理，以加勁板加強連接處腹板。

（8）焊接。采用CO2半自動保護焊接工藝，加固連接處。

施工期間，將鋼梁捆扎好吊裝至設定位置，而后采取沖頂定位處理，此部分材料與普通螺栓一同臨時固定，檢驗無問題后松鉤。為了提高鋼梁架構穩定性，安裝桁架期間，在其下方布設臨時支撐胎架，如圖1所示。

圖1 支撐胎架立面

其中，胎架平面規格為1.5m×1.4m，高度為26.49m，其頂部分配梁的結構規格為H400×200×10×15。施工期間，選取型號為321貝雷架4連片，搭建胎架，以規格為H194×150×6×9 鋼支架作為支撐。考慮到傳力梁與分配梁之間的穩定性較為薄弱，在兩部分的連接處增設加勁板，以此加強連接處腹板穩定性。其中，加勁板厚度為20mm。如圖2所示為胎架頂節施工圖。

圖2 胎架頂節施工圖

2.4 鋼結構桁架焊接技術

該項目鋼結構桁架選取半自動保護焊接工藝用于梁柱焊接。針對鋼梁結構中其他焊縫的焊接，采取手工電弧焊接處理。為了保證焊接質量，控制低氫型焊條烘干溫度范圍，最低溫度為350℃，最高溫度為380℃。焊接烘干結束后，待溫度下降至120℃時，將焊條放置保溫箱中，保持環境溫度110～120℃。去除焊縫坡口雜質后開始焊接，手工焊接時，需要根據現場環境溫度，采取不同焊接處理措施。如果現場環境溫度不足0℃，則需要借助一些加熱設備將溫度提升至30℃以上，例如，火焰預熱裝置。如果現場風速超過8m/s，則需采取一些防風措施。施工期間，嚴格按照焊接順序完成每一個焊縫和鋼結構桁架的焊接。

3 鋼結構桁架施工技術應用驗算分析

3.1 應用驗算方法

選取SAP2000 軟件作為模擬仿真工具，用于仿真鋼結構桁架建筑施工狀況，對各個結構的承載力進行計算，為模型受力分析提供數據支撐，判斷當前鋼結構桁架是否發生變形，對焊接效果展開模擬分析。按照建筑施工設計方案，構建模擬仿真模型，而后對模型中各個參數的變化情況進行統計分析。

3.2 懸挑桁架模型受力分析

按照最大自重荷載作用分析原則，計算桁架支撐胎架受力數值。模擬結果顯示，桁架支撐胎架表面承擔的荷載為688kN，平面規格為1.4m×1.3m，高度為9m。傳力梁與分配梁剛接，頂部3面拉設風繩，計算結構內力相關數值，作為結構內力及變形驗算參考依據。從當前掌握的受力狀況來看，均達到了施工標準。

3.3 建筑結構內力及變形驗算分析

模擬軟件統計結果顯示，建筑中胎架支柱應力最大值為0.318，該統計結果小于1，胎架傳力梁與分配量應力比最大值為0.424，該統計結果小于1，并且鋼梁頂部變形較小，在誤差允許范圍之內。因此，建筑結構內力及變形均符合《鋼結構設計規范》。

3.4 鋼結構桁架焊接驗算分析

按照鋼焊施工標準，采用超聲波檢測焊接工藝質量，檢測數據顯示，當前采取的焊接工藝，未出現焊縫損傷情況，各個連接處和縫隙焊接均完好，符合鋼結構桁架焊接標準。

4 結束語

本文對裙房鋼結構桁架施工技術展開探究，主要以支撐胎架布置及懸挑桁架安裝、鋼柱安裝及吊裝施工技術、鋼結構桁架鋼梁安裝技術、鋼結構桁架焊接技術作為重點研究內容，設計出鋼結構桁架建筑施工技術方案，運用SAP2000 軟件模擬施工效果，并對其結構受力進行驗算。結果證明，該施工方案的建筑結構內力及變形均符合《鋼結構設計規范》（GB 50017-2017），未曾出現焊縫損傷情況，可以作為設計鋼結構桁架施工技術方案時的參考依據。