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摘要：钢结构以其结构性能好，经济实用，施工速度快、工业化程度高及节能环保等优势在建筑工程中应用较为广泛，吊装施工是关键环节之一。文章结合某钢结构工程，针对屋盖吊装施工中的难点，阐述了施工的技术措施，确保了钢结构吊装施工的安全性，保证了吊装进度和安装精度，取得了很好的社会经济综合效益，可供类似工程参考。
关键词：钢结构；屋盖吊装；安全计算；施工技术
近年来，随着我国经济的飞速发展，建筑业得到长足发展。钢结构具有结构性能好、经济实用、造型美观等优点，顺应了建筑对能耗以及建筑性能的要求，在国内建筑业得到了广泛应用。但其在复杂工况下安装难度和精度也是不可低估的。因此，在钢结构实际应用中，如何解决屋盖安装的难题，安全、快捷地完成钢结构屋盖的吊装，保证钢屋盖工程的安装质量，是工程技术人员的一道难题。下面笔者结合实际案例，对其关键吊装技术进行总结。
1 工程概况
某商业广场位于城市新区，其大型钢结构屋盖座落应该商业裙楼屋面上，钢屋盖下部结构标高为11.30m，上部结构标高为14.70m；纵向最长达到34m，跨度最大达到28m。钢屋盖由五榀“鱼腹式型”钢桁架、钢柱、圈梁及纵、横向钢梁组成。鱼腹式桁架由五种不同的跨度，最大达到34.378m，最小的为17.193m，其结构组成由一根500×300×16的箱型梁、直径273×16的圆管及直径83×5的腹杆。除鱼腹式桁架外的其他构件均为箱型构件，分别为：钢柱（箱型400×300×16）、圈梁（箱型300×250×10）、终横向钢梁（箱型300×300×10），以上箱型构件均为钢板焊接成型构件。
2 工程难点分析
由于此屋盖钢结构为设计变更引起的后加构筑物，现场大型塔吊已拆除，且周边无大型起重机械停放位置。为此现场必须考虑一种将构件切割小型化后运至屋面，再利用排架系统进行现场拼装的方式进行屋盖钢结构施工。此方法对今后房屋改造加盖有一定的借鉴意义。
3 钢结构屋盖承重加强型施工技术
3.1 脚手架的搭设
裙房-1（下沉式广场）至4层施工脚手采用常规φ48×3.5钢管落地脚手。水平剪刀撑4步设置一道，垂直剪刀撑4跨设置一道。脚手架周围与下沉式广场圈梁进行抱箍，作为连墙件。
首步脚手架步高为1800mm，杆应间隔交叉不同长度的钢管，将相邻立柱的对接接头位于不同高度上，使立柱受荷载的薄弱截面错开。脚手架与裙房下沉式广场周围的环梁进行抱箍，保证脚手架的整体稳定性。连接钢管应尽可能设置在立杆与大小横杆交接处，且必须从第一步横杆开始设置。脚手在外立面整个长度和高度上连续设置剪刀撑。脚手架外侧每隔4跨必须设置一道剪刀撑，斜杆与地面夹角为45°～60°之间，自上而下连续设置，剪刀撑连接应采用搭接，搭接长度不少于100cm。脚手架扣件力矩应控制在40N•m与65N•m之间。如图1。
图1 脚手架搭设平面图
3.2 钢结构屋盖吊装脚手架安全稳定计算
3.2.1 裙房下沉式广场顶板承载力计算
3.2.1.1 下沉式广场承载能力。
经设计确认，裙房下沉式广场活荷载设计值为500kg/m2，计算式可不考虑集中荷载作用。裙房下沉式广场面积为660m2，即下沉式广场可承载力为660m2×0.5t/m2=330t。
3.2.1.2 下沉式广场施工荷载
G1：沉重排架荷载。排架纵距1200mm，横距1200mm，面搭设长度为1383m。搭设步距为1800mm，搭设高度为21m。共计搭设12排。横杆总重量为1383×12×3.84=64t，竖杆长度为11760m，重量为11760×3.84=45t，扣件数量约为16238个，重量约为3t。称重排架总重量为45+64+3=112t。
G2：钢结构荷载。钢结构总重量为92t。其中钢柱9根，重量为0.65t。由于钢柱不预先进行施工，因此钢结构重量为92-（9×0.65）=86t。由于钢梁施工按照流水作业进行，即不会产生钢梁同时在下沉式广场上施工的工况。钢梁施工施工数量按照86×0.9=78计算。
G3：施工荷载。按照常规脚手架施工荷载进行计算，即200kg/m2。共计荷载660×0.2=132t。
总荷载为G1+G2+G3=112+78+132=322t＜设计荷载330t。因此下沉式广场顶板无需进行额外加固。
3.2.2 承重部位脚手架计算
钢梁分为6段，每段长度为6m，重量为1.2t，即钢梁每m重量为200Kg，钢梁下的鱼腹式下悬杆件长度为6m，重量为600kg，即每米重量为100kg。因此钢结构每米重量为200kg+100kg=300kg。计算按照钢结构每m400kg进行（增加100kg/m的安全储备）。换算成混凝土梁即0.4m×0.4m×25KN/m2=400kg。因此承重部分脚手架按照400mm×400mm的混凝土梁进行考虑。
依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）和《施工技术》2002.3.《扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全》。模板支架搭设高度为21.0m，基本尺寸为：梁截面B×D=400mm×400mm，梁支撑立杆的纵距（跨度方向）l=0.60m，立杆的步距h=1.80m，梁底增加0道承重立杆。
3.2.2.1 模板面板计算
面板为受弯结构，需要验算其抗弯强度和刚度。模板面板的按照多跨连续梁计算。作用荷载包括梁与模板自重荷载，施工活荷载等。荷载的计算如下：
1）梁自重（KN/m）：q1=25.000×0.400×0.600=6.000KN/m
2）活荷载为施工荷载标准值与振捣混凝土时产生的荷载（KN）。
经计算得到，活荷载标准值P1=（1.000+0.000）×0.400×0.600=0.240KN
均布荷载q=1.20×6.000+1.20×0.000=7.200KN/m；集中荷载P=1.4×0.240=0.336KN
3.2.2.2 梁底支撑钢管计算
横向支撑钢管按照集中荷载作用下的连续梁计算。集中荷载P取木方支撑传递力。
经过连续梁的计算得到最大弯矩Mmax=0.649KN.m；最大变形Vmax=2.471mm；最大支座力Qmax=1.608KN；抗弯计算强度f=0.649×106/5080.0=127.75N/mm2（如图2、图3、图4）
支撑钢管的抗弯计算强度小于205.0N/mm2，支撑钢管的最大挠度小于1000.0/150与10mm，均满足要求!
3.2.2.3 扣件抗滑移的计算
纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力按照下式计算：R≤Rc
其中Rc—扣件抗滑承载力设计值，取8.0KN；R—纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；计算中R取最大支座反力，R=1.61KN单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求!
R≤8.0KN时，可采用单扣件；8.0KN<R12.0KN时，应采用双扣件；R>12.0KN时，应采用可调托座。
3.2.2.4 立杆的稳定性计算
立杆的稳定性计算公式
其中N——立杆的轴心压力设计值，包括：横杆的最大支座反力N1=1.61KN（已经包括组合系数1.4）；脚手架钢管的自重N2=1.20×0.116×21.000=2.926KN
N=1.608+2.926=4.534KN
Φ—轴心受压立杆的稳定系数，由长细比l0/i查表得到；i—计算立杆的截面回转半径（cm）；i=1.58；A—立杆净截面面积（cm2）；A=4.89；W—立杆净截面抵抗矩（cm3）；W=5.08；σ—钢管立杆抗压强度计算值（N/mm2）；[f]—钢管立杆抗压强度设计值，[f]=205.00N/mm2；10—计算长度（m）；
如果完全参照《扣件式规范》不考虑高支撑架，由公式（1）或（2）计算
10=k1uh（1）
10=（h+2a）（2）
k1—计算长度附加系数，按照表1取值为1.163；u—计算长度系数，参照《扣件式规范》表5.3.3；u=1.700；a—立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度；a=0.30m；
公式（1）的计算结果：10=1.163×1.700×1.80=3.559m，λ=3559/15.8=225.239，Φ=0.144，σ=4534/（0.144×489）=64.435N/mm2，立杆的稳定性计算σ<[f]，满足要求!
公式（2）的计算结果：10=1.800+2×0.300=2.400m，λ=2400/15.8=151.899，Φ=0.305，σ=4534/（0.305×489）=30.442N/mm2，立杆的稳定性计算σ<[f]，满足要求!
如果考虑到高支撑架的安全因素，适宜由公式（3）计算10=k1k2（h+2a）（3）
k2—计算长度附加系数，按照表2取值为1.053；公式（3）的计算结果：
10=1.163×1.053×（1.800+2×0.300）=2.939m
λ=2939/15.8=186.021，Φ=0.207；σ=4534/（0.207×489）=44.717N/mm2。
立杆的稳定性计算σ<[f]，满足要求!模板承重架应尽量利用剪力墙或柱作为连接连墙件，否则存在安全隐患。
4 钢屋面安装工艺
本工程钢屋面座落于裙房三层屋面处，其结构底标高为11m，顶标高为14.702m。现钢屋面范围内，从地下一层至三层无任何封闭楼层，呈“通天型”采光井且土建施工已完成，钢屋盖为后加建结构。目前根据现场施工环境、结合施工蓝图的特点，本工程钢屋盖的构件安装均为散件至现场进行拼装及安装，采用25t汽车吊将所有构件垂直运输至裙房三层屋面上，通过运输小车将构件送至指定位置。现钢屋盖构件施工采用滑移方式及手拉葫芦吊装施工。为满足安装时的滑移平台及安全设施，在采光井内设置满堂普通型脚手架及加强型脚手架，另外在三层裙房屋面处设置滑移用钢支架。如图5。
图5 脚手架搭设图
4.1 滑移用钢支架设置
滑移用钢支架架身高度为4.067m，长度为6m，位于每榀桁架轴线位置的两侧。钢支架主要材料由14#型钢及其它附属构件组成，自身是稳定的结构体系，底部设置于支撑钢梁上，其荷载由支撑钢梁传至楼面混凝土梁上。
滑移轨道采用20#槽钢作为轨道槽，轨道槽座落于钢支架及加强型脚手架上部。钢支架上轨道槽两侧支撑点间距为400mm，加强型脚手架上轨道槽两侧支撑点间距为600，轨道槽设置时，两侧轨道的底部水平标高应该一致，误差控制在10mm以内，防止因轨道槽两侧高差太大，造成上部移动装置的重心不稳定。
4.2 起重小车的设置
起重小车为自制构架，采用14#工字钢组成，根据本工程钢构件起重的特点，每部小车的起重量均在1t以内。起重小车上设置一个起重量为2t的手拉葫芦，起重小车在运行前，均先进行相应的试车，根据试车情况是否满足工程需要进行适当的调整。
4.3 预埋件的安装
本工程埋件涉及两方面，一方面为钢柱预埋件，另一方面为梁预埋件。这两种埋件均为后置埋件。
4.4 钢柱的安装
钢柱安装前，必须对钢柱柱身四周划出定位轴线，并对钢柱的编号、外形尺寸、连接板的方位等等，进行全面复核。
4.4.1 就位：本工程钢柱长度分两种3.652m和3.852m，重量为562kg和906kg。现构件就位由运输小车将钢柱分别运输至滑移钢架的下方。
4.4.2 安装：采用设置在钢支架上的起重小车及起重量达到2t的手拉葫芦对钢柱进行起吊，等钢柱完全直立后滑移至埋件位置进行安装，需要注意的是，钢柱起吊时起重小车的轮子应为限位状态，这样可以放置在起重物时车身的稳定性。
4.4.3 钢柱的找正：安装时钢柱的安装中心线必须与埋板的十字中心线相吻合，经测量及校正后，直接与预埋件焊接固定。
4.5 鱼腹式桁架的安装
4.5.1 鱼腹式桁架根据实际施工的的要求进行必要的分段，分段后的构件长度及重量一方面应满足现场施工安装，另一方面必须得到设计单位的认可。
4.5.2 本工程鱼腹式桁架共分为五榀，桁架的施工顺序依次为：桁架二→桁架一→桁架三→桁架四→桁架五。
4.5.3 桁架施工共分两部分：一部分为流水进行鱼腹式钢梁上弦杆分段施工，吊装采用小车进行杆件水平滑移吊放至指定位置后，采用14#工字钢将钢梁架空，并利用葫芦进行标高调整。完成后小车进行下一段钢梁的平移吊装。相邻钢梁安放就为后进行焊接施工。另一部分为鱼腹式钢梁上弦杆安装完毕后，进行下弦杆件的吊装焊接，杆件水平移动仍采用小车平移，移动至指定位置后，下弦杆通过上弦杆挂钩进行吊装转换，位置调平后，利用脚手钢管做临时搁置点，经复验定位合格后，进行下弦杆与上弦杆及斜杆连接，直至完成整品桁架梁。桁架焊接完成后，可将搁置点进行拆除，使桁架的自身重量由其自身承担。
4.6 主梁的安装
主梁的长度为8.4m，重量为764kg。主梁构件运输同钢柱。主梁位于两榀桁架之间，故采用两桁架上的滑移设施对其进行滑移施工。主梁滑移至指定位置后，在主梁的两端设置搁置点以便临时固定。
4.7 次梁的安装
次梁的长度为4.2m，重量为382kg，次梁构件运输同钢柱。次梁主要的施工仍采用滑移方式及手拉葫芦起重施工。先在桁架上部设置滑移轨道（20#槽钢），轨道内放置直径100×5的圆管作为滚轴，为防止在滑移过程中产生偏位至钢梁偏移滑出轨道，故在桁架梁的两侧设置限位钢板。次梁滑移到位后，应在其两端焊接转换装置并且在主梁上设置滑移轨道（20#槽钢）轨道内放置直径100×5的圆管作为滚轴，设置的转换装置可作为次梁的另一种滑移装置。在次梁进行滑移时，应先将设置在桁架上的限位板进行割除，再进行滑移动作。为防止在滑移过程中产生偏位至钢梁偏移滑出轨道，故在转换装置上设置限位钢板。
4.8 圈梁的安装
本工程圈梁有两种类型，圈梁一和圈梁二，圈梁一的长度为8.4m，重量为840kg，圈梁二的长度为11.3m，重量为2317kg。针对圈梁一的施工则利用已完成的钢柱作为支点，设置起重支架配备起重量为2t的手拉葫芦进行吊装施工。钢柱两侧设置操作脚手架作为平台施工。针对圈梁二的施工则考虑将圈梁二进行分段，分段为3段，每段长度为4m，重量为775kg。在圈梁二的分段点设置支撑平台，利用支撑平台及两侧的钢柱作为支点，设置起重支架配备起重量为2t的手拉葫芦进行施工。
5 结语
总之，钢结构屋盖吊装是影响工程安全性的主要因素，其顺利与安全施工的重要性不言而喻。在施工中需要严格按照安装工艺流程，精心布置施工方案，结合多方配合和协调。文章阐述了该工程中屋盖钢结构施工总体部署的难点，分析了屋盖钢结构吊装中施工脚手架的搭设以及安全计算问题，阐述了钢屋面安装工艺。从运行情况看，所采用的吊装技术成功解决了施工中的难点，产生了较大的经济效益和社会效益，对类似工程具有指导意义。
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论文作者:吴佳秋
论文发表刊物:《基层建设》2016年8期
论文发表时间:2016/7/13
标签：荷载论文; 桁架论文; 脚手架论文; 钢梁论文; 钢结构论文; 圈梁论文; 量为论文; 《基层建设》2016年8期论文;