貨運機場轉運中心鋼結構建造方式分析

楊利劍 華國飛 徐山山 汪思維

1. 中天建設集團有限公司第六建設公司 湖北 武漢 430070；2. 浙江中天恒筑鋼構有限公司 浙江 杭州 311300

貨運機場作為物流體系中的核心部件，其項目具有體量大、工期緊等特點，如何快速建造且高質量地交付一直是個難題。文獻[1]對鋼結構吊裝作業(yè)的各項工藝進行探討，提出若干可行的安全施工技術建議。文獻[2]對鋼結構廠房建設中存在的問題進行分析，簡要講述施工過程中抗震、防熱等措施。文獻[3]對復雜建筑鋼結構安裝方案進行模擬分析，對鋼結構吊裝的5種方案進行簡要概述。從“十三五”開始，鋼結構應用越來越廣泛，盡管多數(shù)學者對鋼結構吊裝進行研究，但未結合具體案例，也缺少考慮成本、質量等因素的施工組織比選分析，讀者無法直觀地看出各方案的優(yōu)缺點。

基于以上研究，在前人研究成果的基礎上，以湖北鄂州民用機場轉運中心主樓工程為例，考慮工期、成本、質量等因素，對2種施工組織方案進行對比，重點闡述應用綜合吊裝雙向退吊法后鋼結構主體吊裝的施工工藝，并介紹了施工前期吊裝機械的選型和施工過程中吊裝流程等方面需考慮的要素。

1 工程概況

湖北鄂州民用機場轉運中心主樓工程位于湖北省鄂州市鄂城區(qū)燕磯鎮(zhèn)杜灣村附近。工程單層建筑面積16萬 m2，總建筑面積53.51萬 m2，南北長度約800 m，東西最大寬度240 m，A1—A4主樓4層，A5—A6主樓2層，結構形式為鋼框架結構，建筑高度42 m，4層的層高分別為11.3、10.8、9.8、7.3 m。

本項目首層為鋼管混凝土柱，其余各層為箱形鋼柱，樓板為免支模鋼筋桁架樓承板體系。鋼柱分段自重約為20 t，鋼梁自重約為3.5 t，主體鋼構總用量9.6萬 t，項目鋼筋總用量1.3萬 t。

本項目處于機場建設區(qū)核心位置，同周邊標段界面接口復雜，而且機場建設初期，很難形成完整的臨時道路，場區(qū)內交通組織轉換頻率極高，鋼構件堆場和卸貨區(qū)能占用的場地有限，而且需在主體施工工期6個月內完成數(shù)量達36 000件的鋼構件吊裝，需精心組織安裝施工流程，精確制定構件進場時間，計算好滿足進場要求的構件進場數(shù)量和與之匹配的堆場面積，同時合理安排構件吊裝順序，高效、有序、按時完成吊裝任務。

2 施工組織方案比選

本項目總工期425 d，主體鋼結構量9.6萬 t，項目鋼筋量1.3萬 t。針對本項目情況，共策劃2種施工組織方案進行選擇[4-5]：

1）履帶吊上樓面方案：根據(jù)工程特點及工期節(jié)點要求，考慮流水節(jié)拍，將項目分成6個區(qū)，各區(qū)同步施工。場內布置17臺塔吊用于鋼筋、鋼承板、鋼檁條、幕墻主龍骨等3類構件的吊裝，布置18臺55 t履帶吊采取上樓面方式進行鋼柱、鋼梁等一類構件的吊裝，并在地面安排6臺80 t履帶吊進行構件的垂直運輸，樓面上構件的水平運輸使用12臺HNF-150叉車和12臺15 t平板車（圖1）。

圖1 履帶吊上樓面方案

2）雙向退吊方案：將項目分成6個區(qū)，各區(qū)依舊同步施工?；A施工階段采用隨車吊和履帶吊作為垂直運輸機械，主體施工階段實施鋼結構退吊施工方案，各區(qū)塊以中軸線向東西兩側雙向施工（圖2）。

圖2 雙向退吊方案

對2種方式的可行性進行對比，發(fā)現(xiàn)第1種方案存在諸多問題：

1）工藝間歇時間長。采用履帶吊上樓面吊裝方案，樓板混凝土需達到養(yǎng)護周期，強度需滿足要求后才能實施，工期排算后，發(fā)現(xiàn)履帶吊存在窩工問題。

2）工期緊，體量大。若進場后安裝塔吊，首先需進行塔吊基礎樁基施工，耽誤工期。經測算，塔吊主要負責3類構件的垂直運輸，主體施工階段時，閑置率高。

3）措施費用高。為保證樓板承載力滿足履帶吊工作狀態(tài)時的需求，鋪設路基箱板將荷載傳遞給主次鋼梁，因此需租賃大量的路基箱板。此外，塔吊、履帶吊等垂直運輸機械均存在窩工問題，導致措施費用高。

4）塔吊安拆困難。本項目標準軸網(wǎng)間距16 m，南北44跨，東西12跨，南北長度約800 m，東西長度約180 m，塔吊布置在轉運中心主樓內，拆除時，需在屋面設置屋面吊，才能拆除。

5）群塔交叉作業(yè)。群塔與履帶吊共同作業(yè)。由于履帶吊吊裝時主臂需要考慮50 m左右的高度，一旦開始大面積履帶吊工作時，塔吊大臂覆蓋范圍廣，容易出現(xiàn)碰撞，故基本無法運行。

6）工程質量。履帶吊需上樓面，對混凝土有損傷，容易產生裂縫，不利于成品保護，增加后期修補量。

采用第2種雙向退吊施工方案，不存在工藝間歇時間，各軸線單元從首層吊裝至封頂后，可進入下一個軸線單元進行吊裝，土建混凝土、機電安裝、防火涂料等工程穿插施工。鋼柱、鋼梁均由履帶吊安裝，無需額外安裝塔吊，故不存在塔吊安拆、群塔交叉作業(yè)問題。履帶吊作業(yè)時，機械位于已夯實的回填土上，承載力滿足其要求，不會對結構主體產生破壞。

為進一步確定2種方案的優(yōu)劣，從經濟和進度這2個方面進行對比分析：

1）經濟效益。從人工、機械、材料這3個方面對2種方案進行比較，如表1所示。對各項費用進行核算后，第2種方案少花費475.82萬元。

表1 經濟效益對比

2）進度方面。在基礎施工階段，采用履帶吊上樓面方案，進場后需塔吊基礎樁施工，需澆筑承臺，承臺混凝土強度達到要求后方可安裝塔吊。采用雙向退吊方案，履帶吊進場后即可施工。在主體施工階段，以建筑面積2.7萬 m2為考慮單元，采用履帶吊上樓面方案，單層吊裝時間17 d，混凝土澆筑養(yǎng)護時間30 d，則單層施工時間為47 d，4層總施工時間為188 d，而采用雙向退吊方案，單個周期吊裝時間為13.6 d（具體計算步驟見3.2節(jié)），共計10個周期，總施工時間為136 d。2種方案對比，雙向退吊方案工期節(jié)約52 d。

3 退吊施工方案實施

3.1 準備工作

構件吊裝前的準備工作是確保工程質量、提高效率和保證吊裝順利進行的重要一環(huán)。

認真學習施工圖紙，結合BIM技術進行圖紙審核和會審，核對構件的空間就位尺寸和互相關系，計算全部吊裝構件的數(shù)量、質量和安裝就位高度以及連接板、螺栓等吊裝鐵件的數(shù)量；編制好吊裝工程的具體施工作業(yè)設計（包含吊裝程序、方法、構件制作堆放平面布置、構件的運輸方式、施工人員配備、物資供應等）；進行細致的技術交底。

構件的檢查包括檢查構件的強度及完整性（有無嚴重裂縫、扭曲、破損及其他缺陷）、外形尺寸、形狀、埋設件位置、結構鋼筋、吊環(huán)、埋設件的穩(wěn)固程度和構件的軸線等，并在構件上，根據(jù)就位、校正需要彈好軸線。柱子應彈出3面中心線，即牛腿面與頂面中心線、±0 m線；基礎杯口應彈出橫軸線；梁、屋架等構件應在端頭與頂面及支承處彈出中心線及標高線；在屋架（屋面梁）上彈出天窗架、屋面板的安裝就位控制線。同時檢查軸線和跨度是否符合設計要求，找好柱基標高。

吊裝前，利用結構計算軟件驗算構件吊裝時的剛度和抗裂性，確定綁扎位置。側向剛度較差的構件，如屋架、天窗架等，應用腳手桿或竹竿綁扎1～2道進行加固。所有構件應按吊裝平面布置圖就位。

吊裝前還需對施工環(huán)境進行檢查，考慮吊車開車和構件運輸車所經道路是否平整、堅實、暢通。起重機吊桿及尾部回轉范圍內有無電線桿等障礙物。水、電是否接通，場地是否平整等。

3.2 實施步驟

2種方案考慮成本、質量、進度等多元素對比分析后，雙向退吊方案為適合本項目的施工工藝。該工藝雛形為原有的綜合吊裝法，即起重機在廠房內一次開行中，吊裝完成一個節(jié)間各種類型的構件，即先吊裝4根柱子并立即進行校正固定，接著吊裝鋼梁等構件，一個節(jié)間的構件全部吊裝完成后，起重機再移至下一個節(jié)間進行全部構件的吊裝，直至整個廠房吊裝完成。本項目A2、A3、A4區(qū)域東西寬度方向均為12個軸網(wǎng)，南北長度方向均為10個軸網(wǎng)，柱間軸網(wǎng)尺寸較為標準，間距為16 m，基于該特點，可以由中間軸線向東西兩側進行同步施工，同原有的綜合吊裝法相比，可提供的施工面更多，達到節(jié)省工期的目的。

主體施工前，對各區(qū)域放置履帶吊的數(shù)量進行計算，考慮A2—A4區(qū)各區(qū)縱橫為10×12個軸網(wǎng)，共計120個節(jié)間。對每個節(jié)間構件數(shù)量、焊縫長度進行統(tǒng)計。各節(jié)間構件數(shù)量22根，考慮卸貨、倒運的附加量0.8，總計吊次40次，每臺吊機每天有效工作時間10 h，每次吊裝時間為25 min，每格每層所需時間為1.7 d，每個吊裝周期約1.7×8＝13.6 d。

現(xiàn)場共分為7個施工分區(qū)。每個區(qū)塊（除A1-2、A5、A6外）根據(jù)中心脊線，劃分為上下施工分區(qū)，根據(jù)面積情況，A2、A3區(qū)塊各安排6臺80 t的履帶吊，A1（A1-1、A1-2）區(qū)塊安排7臺80 t履帶吊，A4區(qū)塊安排8臺80 t履帶吊，A5、A6區(qū)塊各安排1臺80 t履帶吊。按照總工期要求，分成10個周期，流水施工，每個網(wǎng)格所處的周期序號如圖3所示（以A2區(qū)為例）。

圖3 A2區(qū)分塊示意

鋼結構主體安裝以2條軸線間（第6軸網(wǎng)、第7軸網(wǎng)）鋼結構為安裝單元，各單元吊裝順序為：1層鋼柱→1層鋼梁→2層鋼柱→2層鋼梁→3層鋼柱→4層鋼梁→4層鋼柱→4層鋼梁。

本方案優(yōu)點有以下2個方面：開行線路短，停機位置較少，吊裝完成一個節(jié)點，可進行下道工序，縮短工期；吊裝誤差能及時發(fā)現(xiàn)和糾正，同時吊完一節(jié)間，校正固定一節(jié)點，結構整體穩(wěn)定性好，有利于保證工程質量。

但也存在以下3個方面的缺點：需要起重量大的起重機，同時吊裝各種類型的構件，影響起重機效率的發(fā)揮；構件平面布置和準備工作復雜；校正工作困難，柱子固定需一定時間，常跟不上吊裝速度。

解決上述缺點，需提前進行策劃考慮。吊裝前，將每個小區(qū)塊的構件運輸堆放至吊車附近，以方便吊裝提高效率。吊機開行過地梁前，地梁兩側已完成土方回填，并鋪設路基箱板供吊機開行。

4 實施過程中注意事項

鋼承板及鋼筋垂直運輸：鋼柱、鋼梁吊裝完成后，需將樓承板吊運至鋼梁上集中存放，后期由人工搬運進行鋪裝，該做法保證履帶吊可以及時進入下一跨進行構件吊裝。鋼筋的鋪設工序需在樓承板安裝完成后才能進行，此時履帶吊已進入下一跨，因此需借助外部一跨的某一單位，該單位優(yōu)先鋪設鋼承板，作為鋼筋的轉運區(qū)域，由人工搬運至指定區(qū)域。

屋面檁條的安裝：4層樓承板吊裝至固定區(qū)域后，再安裝屋面檁條。檁條質量較輕，履帶吊撤離前，可將其集中吊運至某一區(qū)域，由人工進行二次搬運。

1）混凝土澆筑。采用鋼構退吊施工部署，混凝土澆筑為一大難題，需搭設泵管對樓承板混凝土進行澆筑，澆筑前泵管引至樓層最遠部位，在澆筑過程中，邊澆筑邊拆除。

2）砌體、二次結構施工。本項目邊跨存在功能用房，該區(qū)域存在二次結構砌體，砌體拉結筋設計要求需同主體鋼框架柱焊接，因此需在防火涂料噴涂前就焊接施工拉結筋，避免防火涂料施工后，鑿開防火涂料層，減少二次修復。

3）防火涂料施工。本項目鋼柱為厚型防火涂料，鋼梁、屋蓋鋼結構為超薄型防火涂料。機電穿插施工前，就需完成施工作業(yè)面的防火涂料施工，避免防火涂料噴涂時污染機電支吊架、橋架以及風管等設施。

4）機電穿插。采用退吊施工方案，移交區(qū)域防火涂料需優(yōu)先噴涂完成，鑒于無法提供大面移交給機電分包，前期機電僅能安裝支吊架等附屬設施。

5）金剛砂地坪施工。為防止地坪被破壞，減少地坪保護的措施費用。需待防火涂料施工、機電管線安裝完成后，方可進行金剛砂地坪的施工。

6）大型機械安全管理。履帶吊吊運構件時安排專人值守，防止與周邊構筑物發(fā)生碰撞。履帶吊等大型機械均設置路徑監(jiān)控，僅允許在本區(qū)域吊裝，嚴禁跨區(qū)域施工。可通過智慧工地大平臺，實時監(jiān)測機械的上線率。

5 結語

本文對鋼結構主體施工所采用的綜合吊裝雙向退吊施工工藝進行了闡述，重點研究分析了吊裝機械選型和吊裝流程等方面需考慮的要素，并提出解決措施。通過本文的論述，希望能給同類型其他工程提供一定的借鑒。