基于格構柱法的大跨度穹頂鋼結構搭設、安裝與加固技術研究

文／孫石清 云南建投第四建設有限公司 云南昆明 655003

引言：

格構柱作為當前鋼結構施工工藝中相對簡單且施工進度快的施工工藝，目前格構柱施工技術常見于基坑變形或格構柱傾斜的“搶救”工藝，格構柱整體施工效率較快，在滿足不同工程多元化需求的同時，對于提高工程施工進度及減少工程成本支出具有促進意義。格構柱作為新型工藝，目前在具體施工使用中仍存在難點，文章以采用格構柱法進行大跨度穹頂鋼結構安裝進行討論與分析，選取采用格構柱法進行大跨度穹頂鋼結構安裝的實例進行討論與分析，以期為廣大學者運用采用格構柱法進行大跨度穹頂鋼結構安裝提供參考與幫助。

1.案例概述

A 職業技術學院ZY 校區建設項目（以下簡稱A 工程）為鋼框架結構，建筑高度為23.75m，總建筑面積：6179.29 m2。鋼結構工程總量725 噸。該建筑結構形式為雙層橢圓拋物面落地鋼網殼（局部為單層網殼），網格布置采用肋環型交叉桁架。底層平面縱向最大跨度79.0m，橫向最大跨度為 59.0m，網殼厚度為1.2m，約為短向跨度的1/50；橢圓拋物面網殼的底邊兩跨度之比為1.33，橫向矢高比約為1/2.5；網殼落地支座采用橡膠板式支座。具體可參考圖1 所示。

圖1 A 工程實例與3D 效果圖

圖2 吊裝A 工程中心桁架

2.格構柱搭設、安裝

根據現場地質報告與工程實際情況，圍繞工程預期目標、進度及要求，對型鋼加固格構柱施工可行性分析后編制施工方案，對施工人員進行技術交底。要求施工人員按照既定施工流程、計劃，做好立柱、立柱樁帄面圖，做好樁位軸線、定位點的設置，測量高程水準點，放線工序完成后辦理驗收手續。鉆樁操作前施工人員應進行安全技術交底，并在操作前對現場施工機械設備進行檢查，以此保障整體施工安全性與質量[1]。

2.1 格構柱搭設

根據現場場地標高與立柱頂標高對格構柱進行定位與固定，結構柱搭設應提高立柱安裝質量，通過科學、合理對格構柱垂直度進行控制，以此提高整體施工質量。在具體施工中，通過對格構柱定位點進行確定后，施工人員安裝定位器，格構柱安裝、就位后施工現場人員對格構柱搭設的垂直度進行控制與定位，進而通過垂直度檢測合格后方可下導管。搭設完成后，根據格構柱四邊中心坐標點進行測量放線，確保整體偏差小于10mm。本次工程施工主體高度為23.75m，為保障格構柱吊裝安裝效率，工程現場施工人員根據現場施工條件采用先吊裝A 工程中心格構柱及側門的方式，具體如下：

A 工程四周主桁架吊裝主要采用1#桁架→2#桁架→3#桁架→4#桁架→5#桁架→6#桁架→7#桁架→8#桁架（主桁架吊裝采用對稱吊裝）（圖3）。1#桁架與4#桁架之間、2#桁架與3#桁架之間焊接臨時支桿，保證次桁架安裝整體穩定性、減小變形量。

圖3 A 工程四周主桁架吊裝

圖4 A 工程四周主桁架吊裝

吊裝A 工程四周主桁架吊裝順序為9#桁架→10#桁架→11#桁架→12#桁架→13#桁架→14#桁架→15#桁架→16#桁架（主桁架吊裝采用對稱吊裝）。A 工程四周主桁架，并完成屋頂中心部位圓形次桁架吊裝[2]。

A 工程四周剩余主桁架吊裝順序為主桁架吊裝采用對稱吊裝完成后，對A 工程主大門及已吊裝主桁架腹桿、A工程主大門主桁架及A 工程主大門西側主桁架腹桿等結構進行吊裝[3]。

2.2 格構柱安裝

A 工程格構柱搭設采用塔吊標準節進行搭設，安裝順序：格構柱預埋件安裝→支架標準節吊裝→標準節爬梯安裝→連接橫桿安裝→頂部安裝調節橫梁→布置臨時支墩設施→上人梯段防墜器安裝→支架預壓，格構柱預埋件安裝施工可參考圖5 所示。

圖5 格構柱預埋件安裝施工

格構柱預埋件安裝施工完成后，需進行立柱樁混凝土澆筑，以確保穩定性。此次工程采用灌注樁混凝土采用水下 C30，坍落度為 18～22cm，導管選用Ф250。

表1 立柱樁入巖具體可參考如下標準

本次工程在對格構柱及其支撐結構拆除中，采用20T汽車吊進行輔助拆除，實際放樣流程為拆除頂部臨時胎架、防護措施→頂部調節梁→水平橫桿、拉桿→主體標準節。

3.格構柱加固

此次格構柱加固采用型鋼加固格構柱工藝，型鋼加固作為對已有鋼結構進行加固的工藝，具體施工中主要通過型鋼材料對格構柱進行改造與加固，提高格構柱抗擾強度、承重能力的同時，對于提高整體施工質量及保障工程穩定性具有促進意義。型鋼加固格構柱的具體施工中，可通過型鋼材料強度、塑形及人行等特點，對格構柱承載能力、抗震能力進行加固，以此有效提高整體建筑結構的穩定性與安全性。目前型鋼加固格構柱的常見工藝為加強、加固連接與加大造型及增加截面面積等方式加固。本次工程根據上述施工流程，對A 工程格構柱展開加固，具體加固流程與思路如下：

3.1 加固材料

型鋼加固材料是保障型鋼加固質量的關鍵。型鋼加固格構柱施工工藝相對簡單，其材料質量決定了型鋼加固格構柱能否實現預期目標。型鋼加固前，應對所需鋼材料進行準備，對型鋼加固材料類型、規模、數量及質量進行確定后，結合工程格構柱尺寸、質量要求進行調整，以此保障各格構柱加固效果[4]。此外，為進一步提高型鋼加固格構柱質量，應根據型鋼加固工藝，對焊接材料與連接方式進行合理優化與調整，本次工程材料與設備主要如下：

為保障此次型鋼加固格構柱施工質量，項目部在立柱施工過程中通過加大機械設備投入力度，以此保障整體施工質量。具體施工機械設備可參考表2 所示。

表2 施工機械設備表

鋼結構選材應保障鋼結構品種、級別與規格符合設計標準與需求的同時，鋼結構表面無明顯老銹、油污，根據工程設計標準對鋼結構進行取樣試驗，試驗合格后方可投入使用。格構柱角鋼強度為Q345，綴板強度為 Q235。格構柱對接焊接中應保障格構柱接頭錯開，具體標準可以同一格構柱的截面角鋼頭不超過50%，相鄰角剛錯開的位置≥50cm。角鋼接頭焊接時，角鋼側可采用銅材料段角鋼補焊。具體加工允許偏差值可參考表3 所示[5]。

表3 格構柱加工允許偏差值

表4 型鋼切割原則

立柱樁格構柱構造的設計參數主要圍繞格構柱型號表，插入鉆樁部位為3.0m，綴板中心間距為450mm。格構柱采用場外鋼結構加工廠加工預制，原材料入場后對格構柱質量合格證明文件進行檢驗后，對格構柱材料外觀進行檢驗，合格后方可入場。格構柱主要依據《鋼結構工程施工驗收規》GB50205-2001 及本工程型鋼加固格構柱施工設計要求進行驗收，材料驗收合格后方可入場使用。

3.2 加固技術

型鋼加固格構柱前應根據建筑特征、地理條件及特色，科學合理設計出型鋼加固格構柱加固方案。其中主要涵蓋型鋼加固格構柱方案、加固位置、加固材料及加固結構等。應確定加固方案后圍繞現場實際情況進行加固。根據加固方案與加固結構確定后，對型鋼進行切割，通常情況下，型鋼切割需要圍繞以下原則進行。

按照施工隊伍確定的加固方案與步驟，對格構柱與材料進行加固。在具體加固過程中，應保障格構柱加固的合理性，通過對尺寸大小合理確定，確保材料結構連接牢固、可靠，加固材料合理使用。在聯的基礎施工階段中，其合理性直接關系到型鋼加固格構的穩定性，對于整體建筑物的結構質量具有直接影響。對此，在聯底結構中應保障各項施工標準符合施工要求，同時做好工藝控制，以此提高型鋼加固格構穩定性。具體施工以測量方向—型鋼加工—打入型鋼—槽鋼焊接—止水環施工的流程進行加固。

型鋼加固格構柱時，如條件允許，應盡可能停止周邊施工活動，以確保型鋼加固格構柱施工安全。如工藝流程不允許停產，設計人員應根據結構實際負荷狀態進行型鋼加固格構柱過程中的結構安全性能驗算，當不符合施工安全要求時，應進行停產型鋼加固格構柱。型鋼加固格構柱設計應與實際施工方法緊密結合，并應采取有效措施，保證新增截面、構件和部件與原結構對接可靠，使其形成整體共同工作。型鋼加固格構柱施工工藝中，應對做好預防性工作，主要針對型鋼加固格構柱施工工藝中的安全預防措施，通過對鋼材防腐、防蝕及做好型鋼加固格構柱產生的噪聲與粉塵，以此降低型鋼加固格構柱對建筑周圍生態環境造成的影響。

3.3 型鋼加固優勢

綜合上述分析可以看出，型鋼加固格構柱技術具有較強的廣泛性與實用性，尤其是在我國鋼結構工程領域中得到了廣泛應用。較比傳統混凝土加固方式而言，型鋼加固格構柱具有直觀、實際的優勢，且鋼結構材料性能、強度等優勢，使得型鋼加固格構柱技術成為鋼結構工程中相對常見且施工的加固方案。具體優勢如下：

（1）有效提高鋼結構貨物承載能力。型鋼加固格構柱改造與加固，可以有效提高鋼結構承載重力的同時，為鋼結構安全性、穩定性提升提供良好基礎。

（2）型鋼加固格構柱可以有效增加建筑結構穩定性。通過型鋼加固格構柱加固與優化，可以有效提高建筑整體結構穩定性，對于保障建筑結構具有較強的抗震、抗風能力，為建筑提供安全保障具有深遠意義。

（3）型鋼加固格構柱施工周期較比傳統混凝土加固方案而言具有明顯優勢。型鋼加固格構柱加固與改造周期短，對于縮短施工周期與降低施工成本具有促進意義。

（4）型鋼加固格構柱實現可持續發展。型鋼加固格構柱技術具有節約施工材料與降低施工成本的同時，對于促進建筑事業可持續發展具有深遠意義。型鋼加固格構柱材料較比傳統混凝土材料而言，具有較強的節能性、環保性，有利于推動我國建筑行業資源的節約與利用。

結語：

綜上所述，現代化社會發展趨勢下，建筑事業為我國社會經濟發展與建設提供了有力支撐。型鋼加固格構柱技術作為當前建筑工程加固中相對常見且使用的加固方式，為建筑結構穩定性、安全性提升提供了良好基礎。型鋼加固格構柱加固效果具有較強的優越性，同時型鋼加固格構柱具有施工周期短、施工成本低等特點，是當前建筑領域中相對突出且優秀的加固技術。對此，型鋼加固格構柱技術對于提高建筑安全性、穩定性上具有促進意義。我國學者應加大型鋼加固格構柱的研究，以此為我國建筑施工領域發展提供良好基礎。