摘要：我国大跨度钢结构的建设进入了快速增长时期，不仅设计有诸多技术问题需要解决，而且施工过程中也遇到了愈来愈多的技术挑战。本文结合工程实例，针对中空锥台形钢结构施工技术的重点和难点，就复杂结构的钢结构安装施工技术进行了探究，希望可以为大跨度钢结构安装施工技术发展与完善提供一定的借鉴和帮助。
关键词：钢构件；施工关键技术；安装施工；支撑拆除
随着社会经济的发展，建筑技术和建筑新材料不断发展，大跨度钢结构技术在工业厂房建设中得到了广泛的应用。同时，其造型越来越新颖，规模越来越大，大跨度钢结构技术面临的情况也日益的复杂和呈现多样化的趋势，在这种大环境下对大跨度钢结构技术的发展也提出了更高的要求。
1.工程概况
某水泥股份有限公司富平2×4500t/d熟料新型干法水泥生产线工程的熟料库，为无内筒钢结构锥壳屋面，锥壳屋面是由24根斜钢梁与中心钢环梁铰接，钢梁之间为圆管支撑环相接的结构体系。标高38.500m处的钢环梁直径为12.35m，质量为23.1t，斜梁长为31.055m，质量为8.5t，库壁顶标高18.000m，库跨度为70m。
2.工程特点及方案确定
该工程熟料库结构存在如下特点：1）屋盖钢结构设计上采用了空间受力体系，其在结构整体安装完毕前无法形成稳定受力单元，安装高度较高，跨度大，若采用地面拼装整体吊装法安装需配置超大型起重机（项目空间受限），且安装定位难、安全隐患大、施工成本高。2）屋面杆件多数采用管材，在制作时为节省场地，材料存放均为套管堆放[1]。
针对上述工程特点，采用如下措施：1）搭设承重支架和平台作为环梁临时支撑，在高空定位后依次安装斜梁，屋架结构安装完毕形成稳定受力体系，最后进行屋面拆撑，拆除临时支架及平台。2）承重支架及屋面管状杆件制作采用一种卷扬机抽取套管的装置技术，不仅避免母材磕碰并提高施工效率。
3.施工关键技术
3.1构件制作策划
钢构件加工采用工厂制作，钢环梁、斜屋面梁分段运输。考虑到运输道路受限，标高为38.500m处的钢环梁分四段、钢斜梁（图1）分两段加工，在工厂预拼组装后打包运输[2]。
图1标高为38.500m处钢环梁分段及连接示意
3.2套管抽取装置技术
屋面圆管支撑环及承重支架均为管状材料，一般采用大管套小管的方式进行堆放管理，在构件制作时为保护母材，提取方便，经济可靠，研发了一种大钢管内套小钢管的抽取方法，由卷扬机、可调支架、钢管传送支架组成（图2）。
图2钢管抽取作业示意
在待抽出钢管位置放置好钢管传送支架，可调支架和卷扬机，卷扬机固定于可调支架底板上，可调支架与地面固定牢靠，钢丝绳绕过可调支架上部横杆滑轮，上部横杆高度可以调节，针对不同高度的待抽取套管，可调节至合适高度，将钢管夹连接上卷扬机钢丝绳，并夹住带抽出钢管，启动卷扬机，将套管抽出。操作简单、高效，且克服了传统方法需要一定的作业场地及吊车配合等问题[1]。
3.3安装测量准备
（1）轴线检查。根据轴线控制网，用经纬仪将各斜梁安装轴线引到原料库壁预埋件上与原定位轴线进行复核，控制轴线偏差（图3）。
（2）预埋件标高、水平度检查。用水准仪（50m标准钢尺配合），依据库壁1m线引测各混凝土支座面的标高，误差控制在±3mm范围内。用水平尺检测各支座支承面，水平翘曲度控制在2.0mm范围内。
图3轴线、预埋件测量检查
3.4承重支架及操作平台安装
根据本工程结构特点，作业环境，吊装机械配置情况，承重支架及操作平台安装在筒库中间，承重支架采用圆管格构柱形式，搭设高度为36.700m，顶部搭设直径为12.350m操作平台，承重支架既要承受38.500m处高度钢环梁平台的重量、又要承受24根钢斜梁及其他连结钢梁传递给钢环梁平台的重量，因此其搭设精度及承载能力是决定此项目顺利施工的关键。
3.4.1承重支架拼装
针对承重支架安装采用一台800kN汽车吊在库内分段吊装，各段在地面拼装完成后整体吊装。利用全站仪或经纬仪配合钢卷尺定位出筒库中心，进而定位出承重支架安装位置并预埋柱脚螺栓，首节支架安装后固定好柱脚螺栓。
图4承重支架及操作平台搭设示意
3.4.2承重支架安装调整
顺次安装各段支架柱，每安装一段均用相互垂直的两台经纬仪复核垂直度，每组支架柱吊装后采用缆风绳临时固定，最后安装操作平台段，待操作平台段安装完毕后再进行整体垂直度调整。利用承重支架对角线交点在操作平台上找出承重支撑的圆心，并设置定位钢板及定位孔（图4）。在定位孔中间悬挂铅锥，通过缆风绳与地面圆心基准点进行调整，并将圆心定位板与操作平台点焊牢固。
3.4.3支撑柱安装
支撑柱焊接于操作平台上，其作用为调整环梁安装标高和控制安装位置，主要由支撑柱、千斤顶、定位挡块组成，千斤顶放置于支撑柱侧牛腿上，用于调整环梁标高，定位挡块焊接于支撑柱顶，用于控制环梁位置（图5）。
1—定位挡块；2—钢环梁；3—斜垫块；
4—千斤顶；5—支撑柱；6—操作平台。
图5支撑柱安装示意
3.5钢环梁安装
3.5.1钢环梁拼装
吊装前对钢环梁进行预拼装，检查环梁几何尺寸及定位连接板的位置误差。预拼装后的环梁圆周长度比理论计算周长大20～30mm。环梁翼缘全圆表面不平度控制在2mm以内，椭圆度控制在±3mm以内[3]。
3.5.2两“中心”复核
在熟料库库壁顶18.000m标高处，依据锥壳屋面钢斜梁安装支座中心点，放出纵横垂直交叉的两条轴线，两条轴线与库壁交叉点做出标记。然后依据4个标记用两根1.2放线钢丝、100m标准钢卷尺和100N拉力计配合在承重支架18.000m位置处放出十字交线和交点。新设置的两条钢线交叉点应该与支架顶端铅垂线相交，铅垂线与交叉点间距不大于25mm。
3.5.3钢环梁位置确定
用经纬仪将至少4条垂直轴线对称引到承重支架柱顶部，利用圆心点用10.0m标准钢卷尺在操作平台上放出定位弧线，并将定位轴线引至支撑柱顶（图6）。核实无误在环梁水平定位弧线外侧焊定位板，以防吊装环梁到位时滑出基准线。
3.5.4钢环梁吊装
钢环梁直径为12.350m，质量为23.1t，起吊高度为38.500m。采用汽车吊分4段吊装。将第1段环梁吊置于承重支架上，调整环梁上的连接板中心线与地面引上来的轴线重合，依照操作平台上及柱顶上放出的弧线，对其圆心距调整定位。采用千斤顶配合50m钢卷尺调整其标高，调整就位后将千斤顶锁死，并楔紧斜垫板，点焊固定。依次吊装其余三段并调整固定。
图6承重支架定位轴线
3.5.5钢环梁焊接
环梁现场焊接采用手工电弧焊，焊接质量等级为一级。
（1）焊接前清理。对坡口的角度和平整度进行检查，对受损和不符合标准的部位进行打磨和修补处理。
（2）手工电弧焊。钢梁可先焊下翼缘，腹板工艺孔两侧应交替进行焊接，下翼缘焊至1/2后焊接上翼缘。打底焊接采用3.2mm直径焊条，注意坡口根部要与垫板融合在一起；填充可改用大直径焊条进行多层多道焊，层间采用风铲清除焊渣和坡口内的飞溅物；盖面时采用多道焊，焊条的摆动宽度不应超过焊条直径的3倍，同时注意两侧与母材平滑过渡，焊缝宽窄一致。
（3）预热、后热温度，如表1所示。
表1预热、后热温度
板厚/mm预热温度/℃后热温度/℃层间温度/℃
3020250～35020～250
（4）预热、后热的方法。采用火焰加热的方法进行预热和后热。预热区域在焊道两侧，每侧宽度应大于100m的范围内进行预热，后热处理应在焊后立即进行。
（5）保温、缓冷方法。需后热处理的焊件，在焊接完成后立即采取保温缓冷措施：用保温被将焊缝覆盖，使焊缝冷却至常温并保温，时间在2h以上。
3.6钢斜梁吊装
3.6.1吊装前准备
吊装前再按照图纸尺寸进行钢斜梁实际尺寸校核，绑扎安全爬梯及拉设安全绳，下端支座随钢斜梁一起吊装。吊索位置设置卡环，防止其在吊装过程中上下滑移，为了便于高空安装可在其中一根吊索上设置50kN倒链进行高空定位调整[4]。
3.6.2对称吊装
钢斜梁采用两台800kN汽车吊按180°对称进行吊装，避免其在吊装过程中对钢环梁产生较大偏载。800kN汽车吊在库内的行驶路线以及起吊位置必须精确布置，避免碰撞承重支架。屋面锥壳斜梁吊装顺序如图7所示。
图7屋面斜钢梁吊装示意
3.6.3斜梁组拼
斜梁长31055mm，质量8.5t，斜梁每次组拼一般控制在4根以内，斜梁的组拼位置必须严格定位，拼装位置为吊车起吊就位的位置，应使吊车中心与斜梁的中心距离为9～12m，吊车回转半径宜取9m、吊车主臂仰角约为70°，两点整根吊装。钢斜梁起吊开始时下端的钢梁头仍保持着地状态，为便于钢梁头在起吊过程中的滑移，应在此处地面上铺设8mm厚钢板。
3.6.4斜梁固定
当第1对吊装就位后，将斜梁上端销轴穿入固定牢固，下端支座与预埋件临时点焊固定。待第2对斜梁吊装就位后检查相邻两根斜梁间系杆安装位置的相应尺寸，偏差无误后焊接下端支座和预埋件。
3.7临时支撑及拆除
3.7.1拆撑时间
38.500m处钢平台、斜钢梁及支撑连接杆件安装焊接完成并经检查合格后，即可拆除临时支撑。
3.7.2拆撑要求
为保证钢结构空间结构体系受力稳定均匀，拆撑时应同时对称进行，先切割掉斜垫板，然后松掉最顶部调整钢环梁千斤顶，使钢平台全部悬空。
3.7.3拆撑测量
千斤顶拆除承重支撑前后，分别用水准仪测量平台的标高，其标高差（下挠量），应符合设计要求（图纸要求30mm）。
3.7.4临时支撑拆除
屋面就位后，可进行临时支撑拆除。承重支撑拆除利用已施工完的钢屋面环梁作为吊点，用4个50kN倒链连接操作平台梁，切掉支撑柱，打开法兰连接螺栓，在平台上利用倒链将操作平台整体提起，然后利用汽车吊分层整体拆除，如图8所示。下部拆除后，再利用汽车吊将操作平台整体吊至地面。
图8临时支撑拆除示意
4.结束语
总的来说，建筑的审美需求和功能的多样化，导致了施工工艺的变化，这意味着不能只停留在一个简单的更新建设上，还需要钢结构提升到新的安装施工技术。在上述工程中，通过一系列关键技术的应用，有效解决了锥壳屋面的空间受力体系安装时的高空轴线定位问题，使其得以顺利的准确安装，保证了安装过程中精度，确保施工质量，同时有效地降低了施工成本，为以后类似的锥壳屋面空间受力体系的施工提供了一定的借鉴作用。
参考文献
[1]肖土华.关于某仓库大跨度钢结构安装施工技术的分析[J].工程技术：文摘版：00280-00280.
[2]王现军，王保军.关于大跨度复杂钢结构施工技术分析[J].工程技术：文摘版：00335-00335.
[3]张中岳.关于大跨度钢结构吊装施工技术的分析[J].福建建材，2016（1）：79-82.
[4]李宸观.大跨度钢结构吊装施工技术要点探究[J].门窗，2016（11）：95-95.
论文作者:李勤学
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/7
标签：支架论文; 屋面论文; 标高论文; 轴线论文; 钢结构论文; 钢梁论文; 位置论文; 《建筑学研究前沿》2018年第17期论文;