江门市亨利钢工程有限公司 广东 江门 529000
【摘 要】在建筑领域，大跨度空间钢结构具有受力合理、结构新颖美观，抗震性能好等优点，广泛应用于城市重要建筑中。因此如何高效、准确地对这些复杂结构体系进行施工己经成为大跨度空间钢结构领域中亟待解决的问题。文章结合工程案例，就大跨度钢结构的施工技术展开了探讨，可为类似工程提供借鉴。
【关键词】大跨度钢结构；施工部署；施工技术
引 言
随着我国建筑事业的发展，大跨度钢结构已经凭借着自身所具有的独特优势，成为了我国应用范围较大的建筑结构类型。目前，大跨度钢结构被广泛应用于文化体育场馆、会议展览中心、车站机场的候车厅航站楼、工业厂房等的屋盖结构。这一技术适应了我国对于开发应用大跨空间钢结构安装新技术的需求，对加快我国的现代化进程具有十分重要的现实意义。
1工程概况
某大型公共建筑工程南北两侧结构主要为由柱、梁组成的框架式结构，中间部位为数榀长度为54m的桁架，作为主要受力构件。该工程1层结构面以上至屋面基本为全钢结构，结构的南、北两侧为全钢的框架柱、梁的核心筒结构，作为整个结构的支承基础体系，在框架结构的纵向及横向设置相互交接的竖向支撑，以增强整个结构的四向刚度。结构的跨中为54m的大跨度纵向桁架，根据结构的受力及使用要求，在相应部位设置楼面桁架、屋面桁架，局部形成双层桁架，纵向桁架支承于两侧的框架结构（图1）。
本部分钢结构梁的主要形式为H型钢梁，钢梁有热轧和焊接2种，其中热轧钢梁有11种组成，规格为306mm×164mm×5mm×7.4mm～1500ram×500mm×25mm×50mm；钢柱主要为箱形柱，截面尺寸有600mm×600mm、600mm×900mm以及900×900mm二种，板厚30-80mm，每根钢柱以同截面延伸至上部。
2 施工部署
2.1 施工区域的划分
由于该工程钢结构施工工期紧，施工量大，根据结构分区钢结构施工特点，将工程划分为2个区域同时进行施工：第1施工区域（西区）为7轴～25轴，第2施工区域（东区）为25轴～43轴（图2）。
2.2 各区域的总体流程
第1施工区域（西区）：由7轴向25轴流水施工。施工过程中先安装桁架柱，再安装南北两侧的钢框架，最后安装桁架梁。
第2施工区域（东区）：由25轴向43轴流水施工。施工过程中先安装桁架柱，再安装南北两侧的钢框架，然后安装桁架梁，最后安装38～43轴跨中钢框架及悬挑桁架。
3主要施工技术
3.1 施工总体平面布置
本工程主体钢结构安装分2个施工区域同步流水施工。东区和西区分别选用2台ZSL55145型（10600kN•m）行走式塔吊，布置于南北结构两侧，北侧塔吊中心距M轴9.85m，南侧塔吊中心距A轴10.3m；场内运输道路沿围墙布置，一圈贯通，外接大门1和大门3（图3）。
同时根据现场安装机械开行路线，在其行走范围内布置行走道路，并进行相关处理，以满足吊机开行的地耐力要求。其中500kN履带吊和500kN汽车吊要求开行道路地耐力为80kPa，1500kN履带吊和ZSL55145型行走式塔吊要求地耐力为120kPa。
3.2 机械的选用
从7～43轴共长324m，安装构件较多，桁架柱和框架柱单根吊装至安装位置，桁架梁散件吊装至现场拼装成整体后提升，质量较大，吊装半径又大，所以西区（7～25轴）与东区（25～43轴）分别选用2台ZSL55145型行走式塔吊，并分别布置在南北两侧的基坑外，使吊装区域可以覆盖整个施工区域。另布置1台KH700（1500kN）履带吊、2台QUY50A（500kN）履带吊、2台500kN汽车吊分别负责ZSL55145行走式塔吊的装拆、地下室劲性柱的安装，构件驳运以及地脚螺栓的安装。
3.3 主要构件分段
考虑到吊装设备的性能，桁架柱地上部分沿高度方向分为4段单根吊装，其中最大质量约23t；框架柱地上部分沿高度方向分为4段，其中最大质量约9t。
桁架梁按长度方向分成3段，按照从下至上的安装顺序在地面整榀拼装，由ZSL55145型吊机从跨外散件吊装，拼装完后桁架的最大质量1601（图4）。
3.4 主要构件施工工艺
3.4.1 地脚螺栓施工
本工程东、西区-6.40m标高的预埋螺栓组件分别采用1台500kN汽车吊跨外沿现有施工道路进行吊装，地下室螺栓吊装流程按土建开挖部位相继进行。为了保证预埋螺杆的精度，在安装过程中必须配套设置相应的格构柱、定位钢板，地脚螺栓到位后，定位钢板必须要与底板钢筋等相连固定，以防止浇筑混凝土时产生偏移。同时在螺杆上部螺段涂黄油、套PVC管，以防浇筑混凝土时损坏螺杆丝牙。
地下室地脚螺栓共计214件，基坑深浅不一，最大埋深达6m，为了准确安装地脚螺栓组件，配套设置了1根格构柱，在格构柱四周设置75mm×75mm×6mm的角钢斜撑，防止在混凝土浇筑过程中的移位，格构柱高度大于4m的设置2道角钢斜撑。并要与大底板上下皮钢筋采用电焊进行可靠焊接，减少由于混凝土浇筑及振动产生的地脚螺栓的偏移。土建底板混凝土浇筑完毕后，再次针对每个地脚螺杆对应轴线的位置进行复核，对个别螺杆偏差大的，运用现场实际尺寸单独放样并报加工厂制作（图5）。
3.4.2 预埋螺杆的预应力施工
（1）预埋螺杆的预应力张拉顺序根据结构两端对称、隔根张拉原则，尽可能使同批张拉锚拉杆中应力相差不致过大，并考虑作业效率而确定。
（2）本工程张拉施工操作顺序为：锚头清理→安装工具连接螺母→安装工具拉杆→安装工具撑脚→安装千斤顶→安装工具螺母→按程序张拉、测量→卸荷锚固。
3.4.3 地下劲性结构吊装方法
本工程地下室劲性钢柱共计214根，以25轴线为界，东区107根，西区107根，截面形式分别为箱型劲性柱及钢管柱。考虑地下室采用QUY50A（500kN）履带吊下基坑吊装，单件吊装控制质量12t，分段长度为7.3m。
进行劲性柱吊装之前，土建已完成混凝土底板的绕筑。QUY50A履带吊由西区南侧15轴处放坡开人基坑面，从西往东依次吊装地下室钢柱。
3.4.4 钢柱吊装方法
桁架柱控制吊重为190kN，分段最大高度为10.95m，结构最大标高42me桁架柱全部采用ZSL55145型行走式塔吊进行分段安装，ZSL55145型吊机的塔身高度为42m，吊装区域南北两侧ZSL55145型行走式塔吊完全覆盖整个西区，最大单件构件质量191，可满足施工需要。钢柱吊装采用二点就位、双点吊装，吊点位置在柱顶。
桁架柱按分段单根吊装，待同一分段的2段构件吊装到位后，焊接补缺，使其形成一节桁架柱，再沿纵轴方向每侧至少拉设2根缆风绳保证其侧向稳定。
3.4.5 现场钢架拼装方法
（1）主要施工方案：桁架的分段主要是由运输及吊装质量所决定，目前主要是以杆件形式进行分段，最长约为20m，质量约15t。整个桁架大体分为上弦3段、下弦3段及上下弦之间斜腹杆若干。由于桁架采取整体提升的方法进行安装，故钢结构散件需要在现场组拼成整体。根据现场情况，我们选择原位立拼然后整体提升的方法。整个桁架采用立拼法的优点在于避免桁架整体起扳，缺点在于拼装时组装精度较难控制（主要是平面的控制及拼装几何尺寸）。
（2）拼装场地：拼装主要在1层楼面进行，而1层楼面有承载力的限制（5kN/m2），因此需要在拼装时将桁架直接支承在立柱顶端上。由于采用原位拼装，因此在对应提升轴线下均需划拨相应的拼装场地。
（3）桁架立拼：利用跨外大型塔吊将下弦梁依次吊装到位，采用钢板调整到位后焊接成整体，之后将立杆、斜腹杆安装到下弦杆上并焊接固定，最后将上弦杆安装到位。杆件连接依靠定位板和螺栓，校正完成后再整体焊接。校正桁架的胎架共可使用11点，其中5个搁置点不能移动，其余均可根据需要进行临时调整（图6）。
3.4.6 钢街架加固方法
本工程桁架跨度大，片状式桁架高度大而宽度窄，结构形式限制了片状式大跨度桁架整体拼装后同步提升的条件。为了解决在单榀桁架提升过程中，桁架的上弦由于轴心受压而产生的平面外失稳，在片状式大跨度钢架的顶面设置装拆式水平桁架，增加上弦宽度，以此增大桁架侧向惯性矩，解决了单榀桁架提升平面外失稳的难题（图7）。
3.5 钢架提升方法
用塔吊将提升架安装到柱顶相应位置，安装完成后进行调试。在待安装桁架上安装连接临时连杆，使桁架端部形成整体。提升点位于桁架上弦的下缘，深化设计时需要进行局部加强设计（包括临时连接拉杆的设计）。托梁安装完成后，即可进行提升。要求在提升时同一侧2个提升点的高差控制在10mm之内，两侧提升高差在50mm之内。由于本次提升不设嵌补段，采用斜断面的形式，杆件上下自身斜50mm。桁架成梯形切断，杆件按高度从下至上两端依次缩进50mm。为保证桁架在提升过程中顺利通过每层的安装节点区域，要求桁架在工厂加工时进行预拼装，加工厂应统一公差值，确保现场安装尺寸更好地控制及实施。
虽然提升过程中间隙相对较大，但在过2层桁架时，仍需要人员作好监护工作。提升过程中油管串通，保持千斤顶受力均匀，并做好同步工作。当接近安装位置时，4个提升点需要进行微调作连接对位，因此各提升点的液压提升器最好能切断油路，以便分别动作。对位完成后进行斜断面的焊接，焊接完成并检验后，松掉千斤顶，进行下榀桁架提升（图8）。
4 结语
总之，在建筑工程界一直在共同探求建筑技术的长足发展和进步，随着设计师思维的活跃，将会出现更多的大跨度钢结构施工。为保证大跨度钢结构施工过程的安全性及经济性，在进行大跨度钢结构施工前，必须根据结构体系、场地条件及吊装机械性能等因素，选择可行的安装工艺，严格按照施工要求进行施工，加强质量管理。
参考文献：
[1] 卢代川.大跨度钢结构施工工艺[J].城市建设理论研究：电子版，2014（17）
[2] 许立新，遇瑞.大跨度钢结构安装工艺的选择[J].施工技术，2013，42（20）：25-27
[3] 金忠.浅谈大跨度钢结构施工工艺要点[J].文摘版：工程技术，2015（14）：66-66
论文作者:李健文
论文发表刊物:《低碳地产》2016年13期
论文发表时间:2016/11/9
标签：桁架论文; 钢结构论文; 塔吊论文; 结构论文; 大跨度论文; 螺栓论文; 地脚论文; 《低碳地产》2016年13期论文;