鬧市中心狹小場地大跨度超厚板鋼結構施工技術

李世民，余自強，李舉輝，孟召虎，何 路，漢光昭，黎建寧，李 艷，王志剛

(中建三局集團有限公司，湖北 武漢 430040)

1 工程概況

1.1 項目概況

蘭州市城關區清華小學綜合樓建設項目位于蘭州市城關區酒泉路，地處鬧市區。項目規劃為1棟綜合性教學樓，地下3層(含隔震層)，地上6層，框架結構，基坑設計開挖深度為-14.85m，地下水位為-2.100m。項目效果如圖1所示。

圖1 清華小學綜合樓效果

1.2 周圍環境概況

項目南、北兩側各為1棟5層建筑物，距基坑邊緣平均距離為3m；東側為夜市一條街，距擬建建筑最近距離為1.8m,東側沿擬建建筑基坑邊為一條10kV高壓電線；西側緊鄰酒泉路主干道，酒泉路人行道距擬建建筑平均距離僅1.5m，且順酒泉路人行道靠基坑一側為軍用電纜溝和通信電纜溝，現場場地狹小，施工環境復雜(見圖2)。

圖2 清華小學綜合樓周圍環境

1.3 籃球場和會議室建筑概況

地下1層為籃球場，上部為隔震層，6層為大跨度會議室。3根104t箱形鋼梁為轉換梁，位于地下1層籃球場頂板，隔震層下部，由9根33t箱形柱支撐。6層局部為25m×22m大跨度鋼結構井字梁屋面板，單構件最重8.5t。

2 結構設計

2.1 受力分析

箱形梁承受上部整棟樓近一半荷載，梁變形過大直接影響上部結構安全，要求箱形梁在滿足使用功能的前提下截面小、剛度大。教學樓側立面結構模型如圖3所示。

圖3 側立面結構模型

2.2 設計方案確定

結構選擇考慮2個方案：①鋼筋混凝土現澆結構梁自重大、截面大、抗震性能較差，但受場地影響較小，施工方便，技術難度較低；②采用特種鋼材Q390GJ鋼，工廠加工箱形轉換梁，自重小、截面小、剛度大、抗震性能好，但受場地影響，加工、運輸、吊裝困難，技術難度較高。根據以上分析，最終選擇鋼箱梁和箱形鋼柱為轉換梁柱。

3 施工整體思路

3.1 施工重難點分析

1)鬧市中心，場地狹小 該項目位于蘭州市鬧市中心，東側與夜市一條街僅一圍墻之隔，建筑物四周外輪廓線與用地紅線多處重合，基坑開挖后，坑頂距四周施工圍墻平均只有2m，北側緊鄰大清真寺，南側緊鄰原有建筑明德宮，場地非常狹小，所有材料和人員只能從西側酒泉路出入，鋼結構主要在地下和屋面結構涉及，現場無法設置材料、構件堆場，鋼結構吊裝起重機無站位，酒泉路主干道車流量大，交通疏導困難。

2)鋼結構構件截面大、鋼梁跨度大、對構件撓度變形要求高 本項目鋼結構施工重難點主要為地下部分9根箱形柱和3根箱形梁。箱形柱截面為1 500×1 300×60×60，單根鋼柱長11.5m、重32t；箱形梁截面為2 000×1 100×90×100，單根鋼箱梁長20.75m、重104t。3根鋼箱梁為轉換梁，承受整棟建筑近一半的荷載，由于6層為20m×25m大跨度會議室，對鋼箱梁的剛度要求非常高，所有荷載施加完成后鋼箱梁撓度變形不得超過15mm。單根鋼箱梁質量大、跨度長，整體運輸、吊裝難度非常大。

3)超厚板焊接質量要求高 箱形梁鋼板厚100mm，箱形柱鋼板厚60mm，焊縫質量均要求全熔透一級焊縫。焊接變形后矯正非常困難。

4)梁柱節點復雜 為保證鋼箱梁整體剛度，控制撓度變形，采用梁穿柱的節點形式，柱截面為1 300mm×1 500mm，梁截面為1 100mm×2 000mm，梁穿柱非常困難；大鋼箱梁穿柱節點中心有垂直于鋼箱梁的H形次梁穿過柱與大箱梁焊接，無焊接空間，焊接非常困難；大箱梁跨中及柱頂部位為隔震支座XZD,由于鋼箱梁板厚100mm，XZD板厚60mm，XZD與鋼箱梁現場焊接工作量大，焊接質量不易保證。

3.2 施工方案確定

合理安排構件、機械進場計劃，做到構件隨到隨吊，連續作業。起重機站位借用人行道和機動車輔車道。由于起重機在坑頂作業，鋼結構吊裝前，需對基坑進行驗算、加固軍纜管溝、編制專項施工方案并進行專家論證。加強基坑監測，合理規劃安排吊裝時間和交通疏導路線。

綜合考慮場地起重機站位、構件質量、起重機貨源，選擇400t汽車式起重機，根據起重機起重量、結構受力要求、現場焊接量和焊接質量、運輸等進行合理分段，將每根鋼箱梁分為52.5，32.5，19t 3段，同時對每段吊點進行設計。

通過深化設計，合理分段，厚鋼板焊接最大限度在工廠完成，以減少現場厚板焊接量；施焊前需進行現場焊接工藝評定，確定焊接方法；嚴格控制厚板焊縫焊接速度，焊接過程中進行應力消除，做好過程檢查；焊接完成后100%進行結構外觀尺寸檢查和探傷檢查；做好鋼箱梁施焊前后及施焊過程中的撓度檢測，發現偏差及時糾偏。

鋼構件加工前進行深化設計，在柱頂留主、次梁吊裝豁口(見圖4)，主梁帶次梁整體加工，次梁隨主梁整體運輸、整體安裝。待主梁安裝后，次梁在箱形柱外與另一段次梁連接，解決次梁穿箱形柱與主梁焊接困難問題；準確深化XZD與鋼箱梁的相對位置，將隔震支座XZD與鋼箱梁在工廠整體加工、運輸、安裝，減少現場焊接量，確保施工質量。

圖4 箱形柱柱頂預留吊裝豁口

3.3 施工方法

3.3.1現場布置及交通組織

吊裝施工前，將占道方案報交通主管部門和市政道路主管部門批準，根據批準的方案確定起重機站位，在地面上標出每次站位每個支腿的準確位置，確定占道區域，用硬質圍擋封閉管理，提前加固占道區域內所有管線，對基坑側壁進行安全驗算，并通過專家論證，起重機站位區域滿鋪20mm厚鋼板。吊裝時占道區域兩端張貼占道區域及非機動車和行人繞行圖，設專人疏導交通。由于此路段為主干道，車流量大，封閉交通前申請交通管理部門調整疏導區域交通。所有鋼構件0:00后進場，白天吊裝，連續進行。

3.3.2吊裝方法

起重機3次站位，每次吊裝同軸線3根箱形柱和1根鋼箱梁，距起重機最遠的箱形柱分2段加工、運輸、吊裝，較近2根整體運輸、吊裝。每根鋼箱梁吊裝前先吊裝箱形柱胎架，第1段一端放在箱形柱上，一端放在胎架橫梁上，靠胎架一端鋼箱梁端部在工廠加工成碼板；第2段鋼箱梁吊裝時一端擱置在第1段鋼箱梁碼板上，另一端安裝在第2根箱形柱上；第3段與第2段安裝方法相同。鋼箱梁吊裝完成后，移動起重機站位，依次吊裝第2，3排箱形柱、鋼箱梁，如圖5所示。

圖5 起重機站位及鋼箱梁分段位置示意

鋼箱梁吊裝過程中及時定位、校準、固定，安裝工人和焊工配合安裝，確保一次安裝準確。

通過深化設計，在箱形柱上一次加工混凝土頂升孔，外墻箱形柱頂升孔朝室內，其余箱形柱頂升孔朝起重機站位，方便后期混凝土頂升。

3.3.3質量控制

焊接前，須進行相應焊接環境下的工藝評定試驗，評定合格后進行焊接。考核焊工水平，檢查焊接工具是否正常。

焊接時，嚴格按焊接方案施焊，先除銹、打磨和清除坡口兩側油污及水分，焊接過程中及時清除層間焊渣、飛濺、毛刺等，采用設計焊條型號施焊，嚴格控制焊接速度，檢查焊接設備是否正常運行。加大焊接能量密度，減少熱輸入；采取小電流、快速度、多層、多道焊接工藝措施，采取火焰加熱的方式對構件進行去應力回火處理、電加熱設備進行焊接后熱處理等措施消除焊接應力。

焊接后，檢查焊接外形尺寸和缺陷，對所有焊接接頭進行質量探傷檢驗。上部荷載施加過程中做好鋼箱梁撓度變形監測。

3.4 安全管理

箱形柱吊裝前，在柱頂安裝防墜器，柱身安裝爬梯，與箱形柱連接牢固。在鋼箱梁上部焊防護欄，掛φ8鋼絞線，用于掛安全帶。施焊部位四周和下部鋪掛防火布，每個焊接點配置≥2個滅火器。嚴格落實動火審批手續，設專職看火人。

起重機嚴禁超載起吊，設置吊裝區域，配置專職安全員全程旁站，設專人疏散道路行人及非機動車，道路封閉兩端掛揚聲器，持續宣傳安全警示及疏散線路。

4 結語

在鬧市中心狹小場地進行超大、超重、超厚板鋼結構施工，不僅要綜合考慮加工、運輸、堆放、吊裝場地，吊裝機械、吊裝方式、交通疏導等多方面因素，還要考慮經濟性、可靠性和可操作性。蘭州市城關區清華小學綜合樓建設項目鋼結構的成功實施極大地降低了施工成本，在保證施工質量的同時提高了施工效率，也為類似工程積累了經驗。