上下連體鋼結構工程施工工藝及進度保證措施

施 欣

（中交四航局江門航通船業有限公司，廣東 江門 529145）

0 引言

經濟快速發展背景下，我國鋼材產量近年來提升迅猛，大型公共建筑領域中鋼結構的應用趨于廣泛，其結構形式復雜性不斷提升，有關鋼結構施工周期、質量及經濟效益的要求也在不斷提升。侯振清等[1]在研究中發現以往高空連體鋼結構施工中，通常都是在完成起止地面或空中模板支撐架的搭設后，通過起重設備逐一吊裝構件并對位、焊接、組裝從而成型，不僅工程量大，且空中對接面臨較大的難度，很難保證焊接質量，安全系數不高。在本研究中采取了上、下連體鋼結構工程施工方案，該方案合理地利用空間高差，交錯施工，可保證連廊安裝按期完成，空間利用效率更高，能夠有效保障施工安全系數及質量并減少成本支出對施工效果產生哪些影響，具有哪些作用。

1 工程概況

中交集團南方總部基地C 區項目工程，采用框架—多核心筒結構體系，主要包括兩棟塔樓（東塔和西塔），地下3 層，地上31 層，樓高約146.2m；建筑長度為175m，寬度為26m。東塔和西塔上下部通過鋼結構連廊（下連體連廊和上連體連廊）連接，上、下連廊鋼結構采用鋼桁架+鋼框架結構，其中下連廊位于L2～L5 層（11.9～25.4m），上連廊位于L23～頂層（106.40～146.20m）。

上、下連體鋼結構相對混凝土主體是相對獨立的兩個鋼結構單體，構成東、西塔樓上下兩個連接部分，形成“口”字的上下兩個橫線。C 區的上、下連體跨度為46.5m，下連體桁架間距15.5m，上連體桁架間距15.4m，重量合計約3 360t，占了整個C 區鋼結構總量的一大半，上、下連體鋼結構大量采用了材質為Q420GJC 的鋼板，且很多都是40mm、50mm、60mm的厚板，核心筒箱型柱和上連體上弦端箱型的板厚甚至達到80mm。

2 工程施工工藝技術

2.1 上、下連體鋼結構施工順序和計算

下連體是采用臨時胎架安裝的方法，上連體桁架是在下連體上拼裝，主要采用220t 和200t 汽車吊吊裝。上連體桁架就位采用提升工藝，上連體桁架就位后，上面的框架采用塔吊散裝的，如表所示1。

為了確保施工方案的安全，從下連廊吊裝開始，一直到上連廊提升，鋼框架吊裝，最終混凝土樓板澆筑，對每一施工步驟，上、下連廊桁架產生的應力和應變進行了計算。本計算采用Midas/GEN 有限元分析軟件，采用根據設計圖紙搭設的連廊和塔樓模型進行整體計算。對計算過程中出現的提升端桿件和框架首節柱腳等幾個應力較大的情況，分別采取提升桁架節點加固、提升點加固和對超標柱腳進行先鉸后剛的不同的處理辦法。

2.2 下連體施工方案

下連廊距地面12m，采用原位拼裝的方式。難點是大吊車要上地下室頂板，臨時支架沉降和卸載。此外下連廊還要滿足上連廊桁架段的拼裝承重需要，拼裝后提升受力轉化變化大等。

（1）安裝順序：地下室反頂—支架安裝—二層構件—三層構件—四層構件—五層構件—二～五層懸挑構件—澆筑五層混凝土—下連廊支架卸載。

（2）吊車：大吊車沿連廊縱向行進，每臺設4 個固定站位，吊車中心線和桁架中心線的距離為16.7m，最重節點吊裝半徑為18.32m，由于上連廊節點重量大，上弦端部節點單個重20t，高度為29.3m，最終選用220t 汽車吊。吊車行進路線可保證50t 消防車行走，地下室采用定點鋼管加固，將吊車支腿反力傳到地下室底板上，經計算確認滿足施工要求。

（3）支架：每榀桁架中間設4 個支架，位于下連廊層間鋼柱的正下方。采用鋼管格構柱，做成完整的二層平臺，以此保證二層施工人員的安全。支架頂部采用砂筒的形式，用來支撐桁架和保證同步卸載。為防止桁架的不斷加載導致混凝土樓板和臨時支架下沉，造成桁架預拱度不足，還對支架的下部也做了鋼管反頂。

表1 施工順序及主要內容

（4）桁架分段：通常桁架分段為二層以上為柱梁分開施工，但下連廊分段小不能充分發揮吊車作用。下連體桁架采用各層桁架梁為主的分段方式，將鋼柱分在各個桁架梁分段上，可以保證正常運輸（分段高度控制在3.5～3.7m），還可大大減少現場的拼裝節點。

（5）桁架焊接：本工程采用Q420GJ 的鋼板，編制了加工和施工的焊接工藝評定。焊工持證進場，考試合格上崗施焊。采用對稱焊和厚板焊接工藝，確保焊縫質量。

（6）現場施工情況：加工廠為確保桁架的完整性，桁架出廠前進行了預拼裝，效果好?，F場安裝按計劃進行，誤差小，預起拱值符合要求。熔透焊縫無損檢測一次合格率為99.2%。

2.3 上連廊桁架段拼裝提升

下連廊五層混凝土澆筑完畢后，在其頂部進行上連廊桁架的拼裝。

（1）施工順序：拼裝下弦—下弦平臺梁、樓承板—拼裝斜腹桿—拼裝上弦—上弦平臺梁、樓承板—提升—補桿—上弦平臺混凝土澆筑。

（2）吊車：吊車的選型和站位和下連廊安裝一致。

（3）桁架分段：上連廊桁架截面大，鋼板厚（最厚80mm），只能按照節點和主梁分開，斜腹桿也是單獨構件。

（4）預起拱值：上連廊桁架的預起拱值按照規范要求計算，桁架最大值為45mm。具體由三部分組成：桁架在下連廊頂部拼裝，下連廊的下沉值；桁架提升的受力轉換導致的桁架下沉值；桁架提升到位后，不斷加載到完成后的下沉值[2]。

（5）桁架提升：桁架位于塔樓的23～25 層，提升高度為80m。桁架段拼裝后重量約820t，加上防火涂料、提升器軌道和連廊下吊頂的重量，提升重量約1 020t。本工程選用4 個提升點，上提升點設在桁架上弦牛腿上，下提升點設在桁架下弦的端頭。通過計算，對桁架和牛腿薄弱位置進行加固[3]。每個提升點選用兩臺285t 提升器，每個提升器配19mm 鋼絞線13根。經驗收，提升器的安全系數在2.14，鋼絞線的安全系數為3.07，均在規范范圍之內。

提升過程堅持氣象監測，應力、應變監測，同步監測，桁架偏移監測等，確保桁架提升一次就位。為防止提升過程風載造成桁架擺幅過大，對桁架擺幅進行了計算，還利用塔樓進行了拉索等防風措施。

（6）桁架精度控制：采用全站儀精準測量牛腿端口坐標，根據結果拼裝桁架，確保桁架端頭坐標和牛腿端口坐標一一對應。提升前、試提升穩定后均用三維掃描儀對牛腿端口和桁架端頭坐標進行二次測量，測量結果將對接精度控制在4mm 以內。

2.4 上連廊框架安裝

（1）施工順序：26 層柱安裝—26 層平臺梁、樓承板安裝—27、28 層柱安裝—27、28 層平臺梁、樓承板安裝—29、30 層柱安裝—29、30 層平臺梁、樓承板安裝—31、天面層柱安裝—31、天面層平臺梁、樓承板安裝。

（2）吊機：由于上連廊框架在塔樓的26 層（+121m）以上，只能用塔吊（T600，R70）安裝。此時塔樓已封頂，可保證塔吊的使用時間。

（3）分段：由于塔吊吊裝性能的限制，左右塔吊離最遠鋼柱的距離為50m，框架柱的分段重量必須控制在8t 以內。

（4）先鉸后剛：經計算，在施工過程不斷加載，框架首層四角的鋼柱根部的應力超過設計應力，為了避免可能的變形和破壞，必須對這幾根鋼柱的柱腳采用先鉸后剛的形式。把鋼柱柱腳設計成上下套管的形式，下管為小錐管，方便安裝，以確保鉸接要求，待全部受力完成后再對該根柱腳進行燒焊，達到最終剛接目標。

2.5 現場焊接工藝

2.5.1 焊前準備

現場焊接主要采用CO2氣體保護焊，現場經常出現突風或下雨，對焊接影響極大，必須在焊接前采取保護措施。現場主要采用焊接防風防雨棚，把焊口包起來，在棚里面焊接，不受惡劣天氣影響。為保證焊接質量，盡量也要給焊工創造好的施焊條件，鋼柱對接、斜撐對接采用所有焊接位置為焊工都要設置作業平臺。

2.5.2 現場厚板焊接操作工藝

厚板焊接包含蓋面層、填充層與打底層，各自焊接工藝要求不同。

對接接頭根部焊接中，從焊口中線最低處10mm 處向構件口中心線最高處起弧約10mm，封半個焊口的底焊后，用角向磨光機對前半部始焊與收尾處修磨，確認為緩坡狀且沒有熔合現象后焊另一半，從前一半焊縫進行始焊起弧并向結束處焊縫，封底焊接整個箱型管口[4]。焊接根部時，應對方鋼管坡口及襯板部分熔合予以密切關注，并控制在3～3.5mm 范圍的焊肉。

填充焊接前，需將坡壁上粘連的粉塵和首層焊后焊道凸起部分剔除，細致查驗坡口邊沿是否存在凹陷夾角或未熔合的情況，若有則結合角向磨光機處理，切忌對坡口邊沿構成損傷。時刻維持焊縫層間溫度為120℃～150℃，焊接過程需要著重突出連續性，針對施焊中開展清潔焊道或修理缺陷等作業時必須進行停焊從而降低層間溫度的情況，應當結合加熱工具加熱，確保與規定值相符合后方可繼續焊接。與蓋面臨近時，應預留1.5～2mm 的均勻深度，方便蓋面時可對兩側熔合情況觀察。

采取小直徑適中焊條的電壓和電流值，坡口兩邊需要維持稍長的熔合時間，垂直與斜固定口應實施多層多道焊，水平固定口無需進行多道面縫，貫徹落實多道焊接原則的實施，嚴格管控焊縫超寬的情況，保持余高0.5～3.0mm。焊接面層時，要想規避焊道過后引起過大的焊縫余高情況，焊接所用的焊接電壓應適當偏大。為避免焊縫內金屬增加含碳量，清理焊道時盡可能規避碳弧氣刨的使用，防止刨后有無法清除的高碳晶粒附著在焊道表面從而增加焊縫含碳量并引起裂紋的情況。

2.5.3 高強螺栓安裝

吊裝前清除干凈摩擦面的浮銹、油污和塵土，保持整潔、干燥，切忌有污垢、焊疤、毛刺、飛邊、氧化鐵皮或焊接飛濺物等存在。若有，需借助鋼絲刷清理干凈，促進其抗滑移系數的提高。作業不得在雨天進行，雨后作業需提前利用壓縮空氣吹凈，確保干燥后才可開展。

初擰螺栓：選擇經標定合格的扭力扳手緊固高強螺栓，緊固時擰緊螺母即可。為促進緊固工作開展有序性的提升，并確保能夠螺栓應力分布均勻且正確，需要按照規定的順序施擰。建議從螺栓群中央順序出發向外擰緊，且終擰也需要在當日完成。調整扳手扭矩值為70%的終擰扭矩。將螺栓緊固至初始扭矩值，標記完成初擰的高強度螺栓。

終擰螺栓：調整扭力扳手扭矩值為規定值，將螺母緊固至最終扭矩。高強度螺栓經終擰后，需量初擰標記清除，并標記好終擰。

檢查扭矩：標記待檢查的螺栓頭和螺母，調整扭力扳手為平均后對扭矩檢查。最終擰緊螺帽的狀態下，結合平均對扭矩檢查并繼續將螺母擰緊。

3 工程施工進度保證措施

（1）細化保障施工進度的技術、設備、材料、勞動力及內外部關系協調等措施；（2）加強宣傳教育、明確工期目標[5]。設備操作人員和起重工等特殊工種必須持證上崗；（3）施工方案一定要提前編制，審核批準后方可實施，杜絕無方案施工；（4）施工進度采用網絡計劃技術，編制施工進度網絡計劃，對施工進度實施動態管理，及時根據實際情況調整和控制進度；（5）主要設備要采取招標方式采購服務，必須嚴格按照方案中明確的設備型號選取，提前簽訂協議，設備進場要嚴格按規定檢查設備文件和實物，確保設備能安全使用；（6）鋼結構主要鋼構件都是由公司下屬的制造中心加工，必須提前開工，嚴格按檢驗流程進行檢查和驗收，確保到場構件都能符合圖紙要求。其他采購材料由公司采購，嚴格按照中交采購流程，材料到現場及時按要求取樣送檢；（7）和勞務單位簽訂勞務合同，確定各階段時間和工種數量，盡快做好準備工作，確保特殊工種人員持證上崗，對主焊縫焊接的焊工要進行同位置焊接考試，考試通過人員發放確認合格單，將來持合格單上崗焊接；（8）嚴格管理現場。暢通場內道路，保證正常的水電供應，確保物資準時到場、機械維持良好狀況，避免物資機械出現異常導致停工待料、待機從而對進度構成影響；（9）科學組織施工，針對出現在施工中的問題需要及時協調，優化組合資源，突出施工均衡性，保證施工不間斷人工連續施工，促進勞動生產效率的提升，確保工期目標按時完成。通過施工順序的科學安排，合力展開工作面，突出重難點，以配合安裝工期為宗旨嚴格開展技術管理等工作。

4 結論

本工程通過對上、下連體鋼結構工程施工順序與方案及工程施工進度保證措施等關鍵技術分析。在明確上、下連體鋼結構施工順序并完成相關計算的基礎上，擬定下連體施工和上連廊桁架段拼裝提升方案，研究包含焊前準備、現場厚板焊接操作工藝和高強螺栓安裝的現場焊接工藝，并提及工程施工進度保證措施。通過本文研究，可在保證施工安全，技術可靠的基礎上，滿足工期進度要求，提高綜合經濟效益，能為連體復雜鋼結構工程施工提供一定的借鑒意義。