長(zhǎng)懸挑鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量控制的一點(diǎn)探討

陶曙文，趙 鐘

(1.西部礦業(yè)股份有限公司，青海 西寧 810001;2.中國(guó)五冶集團(tuán)工程技術(shù)分公司，四川 成都 610066)

鋼結(jié)構(gòu)正廣泛應(yīng)用于城市的異型建筑之中。主體鋼結(jié)構(gòu)的安裝是鋼結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目施工中的重要環(huán)節(jié)，其安裝質(zhì)量的優(yōu)劣，直接關(guān)系到后工序如墻面板和屋面板能否順利施工，更關(guān)系到整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)安全性和穩(wěn)定性。

本文以成都地區(qū)一標(biāo)志性建筑的長(zhǎng)懸挑鋼結(jié)構(gòu)安裝工程為例，簡(jiǎn)單闡述了長(zhǎng)懸挑鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中影響工程質(zhì)量的各工序的安裝特點(diǎn)和難點(diǎn)，并針對(duì)各特點(diǎn)、難點(diǎn)所制定的相應(yīng)的質(zhì)量控制措施。

1 工程概況及特點(diǎn)

1.1 工程概況

本工程是成都地區(qū)一標(biāo)志性建筑，地處繁華鬧市，建筑面積共計(jì)22×104m2，地上建筑面積13×104m2，地下建筑面積9×104m2。其中臨街的一棟建筑是龍頭昂首向東的造型，龍頭部分為上部長(zhǎng)懸挑鋼結(jié)構(gòu)。本文即以此建筑為對(duì)象，簡(jiǎn)單闡述了長(zhǎng)懸挑鋼結(jié)構(gòu)安裝過(guò)程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。

該建筑群由4層裙房和13層主樓組成(其中主樓和裙房共用大地下室)，采用鋼框架結(jié)構(gòu)體系。屋面標(biāo)高56.4 m，主樓體型復(fù)雜，平面和立面均不規(guī)則。整體效果如圖1所示，臨街的建筑即是龍頭昂首向東造型的異型鋼結(jié)構(gòu)建筑。

圖1 主體結(jié)構(gòu)效果圖

本工程從5層(26.5 m標(biāo)高)處開(kāi)始向外懸挑，龍頭昂首向東，龍頭部分懸挑總長(zhǎng)26.5 m，寬24 m，共8層。在5～7層之間形成兩層樓高的桁架體系。節(jié)點(diǎn)連接為栓焊組合，懸挑鋼構(gòu)件最長(zhǎng)21.6 m，最大構(gòu)件單重約18 t，懸挑鋼構(gòu)件總重約800 t。

1.2 工程特點(diǎn)和難點(diǎn)

該建筑體型復(fù)雜，施工難度大。針對(duì)該工程概況總結(jié)出了以下特點(diǎn)和難點(diǎn)。

(1)懸挑層數(shù)多達(dá)9層，長(zhǎng)為26.7 m，高約30 m，懸挑底距地面26.5 m，高空作業(yè)多。

(2)懸挑安裝過(guò)程中需搭設(shè)鋼支撐。由于支撐架搭設(shè)高度較高，因此，支撐架的搭設(shè)是本工程施工的重點(diǎn)之一。

(3)因該建筑地處鬧市，施工場(chǎng)地小，限制了汽車起重機(jī)行走范圍，致使大構(gòu)件吊裝難度增加。

(4)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件重量大。本工程懸挑部分全部由箱型梁、箱型柱、箱型斜撐、H形截面構(gòu)件組成，跨度比較大，造成每一個(gè)構(gòu)件單重也非常大，利用現(xiàn)場(chǎng)塔吊無(wú)法完成所有構(gòu)件的吊裝，需要布置大型汽車起重機(jī)配合吊裝。

(5)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)眾多，焊縫質(zhì)量等級(jí)要求高，安裝精度要求高，且鋼構(gòu)件受氣候及焊接變形的影響大，難以控制。

(6)反變形預(yù)調(diào)后，應(yīng)力消除、位移控制是關(guān)鍵。臨時(shí)支撐架卸載對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的不確定性也是質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

以上特點(diǎn)和難點(diǎn)增加了懸挑結(jié)構(gòu)安裝的難度，為解決以上難題從而保證工程質(zhì)量，必須制訂相應(yīng)的施工組織措施和技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)。

2 安裝工藝及流程

鋼結(jié)構(gòu)安裝工藝流程如圖2所示。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)安裝工藝流程

3 懸挑結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量控制措施

3.1 組織控制措施

3.1.1 鋼構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)管理

施工現(xiàn)場(chǎng)良好管理秩序是工程施工的前提，針對(duì)此工程，要做好以下現(xiàn)場(chǎng)管理。

(1)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件、塔吊起重能力和汽車式起重機(jī)作業(yè)范圍來(lái)確定構(gòu)件堆放的位置。

(2)堆放地基要堅(jiān)實(shí)，在樓板上堆放構(gòu)件時(shí)，不能超過(guò)樓板設(shè)計(jì)荷載允許值，且應(yīng)注意成品保護(hù)。

(3)現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件盡量分類單層擺放，堆場(chǎng)須留出吊裝機(jī)械通道，以便于起吊。

(4)現(xiàn)場(chǎng)堆放造成的鋼構(gòu)件變形及涂層脫落，應(yīng)進(jìn)行矯正和修補(bǔ)。

3.1.2 大型構(gòu)件的吊裝

此工程懸挑部位最大構(gòu)件尺寸為:長(zhǎng)×寬×高=21404.1 mm×1270.2 mm×2016.0 mm，重約15.777 t，構(gòu)件較大而施工場(chǎng)地受限，致使構(gòu)件無(wú)法直接運(yùn)至場(chǎng)地內(nèi)。根據(jù)施工場(chǎng)地周邊環(huán)境，在保證方便施工和安全的前提下，在場(chǎng)外借道臨時(shí)設(shè)置一大型構(gòu)件吊裝點(diǎn)，用停在場(chǎng)地內(nèi)的180t(或200t)汽車吊，直接吊裝圍墻外大型構(gòu)件。

現(xiàn)場(chǎng)吊裝點(diǎn)臨近交通主干道，因此在構(gòu)件吊裝前要報(bào)請(qǐng)業(yè)主及相關(guān)部門做好各方面協(xié)調(diào)工作，其吊裝示意見(jiàn)圖3。

圖3 大型構(gòu)件場(chǎng)外吊裝示意

3.1.3 鋼構(gòu)件的分段

本工程施工場(chǎng)地狹小，限制了汽車起重機(jī)的行走范圍，且鋼構(gòu)件單重大，不適宜整體吊裝。結(jié)合施工圖和現(xiàn)場(chǎng)起重設(shè)備的吊裝能力，從高效和安全等角度出發(fā)，為保證結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量，對(duì)懸挑構(gòu)件做了分段處理。

根據(jù)施工圖和現(xiàn)場(chǎng)起重設(shè)備工況計(jì)算結(jié)果，將部分軸線的鋼柱按兩層一節(jié)或三層一節(jié)進(jìn)行分段。此外，部分軸線的箱型梁也分段制作，從而保證構(gòu)件重量在現(xiàn)場(chǎng)吊裝設(shè)備的承載能力范圍內(nèi)。懸挑構(gòu)件的分段位置如圖4所示。

3.1.4 支撐架的設(shè)置

由于懸挑構(gòu)件單重大，從經(jīng)濟(jì)性和安全性等方面考慮，并結(jié)合懸挑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，考慮在懸挑區(qū)域正下方搭設(shè)通高支撐架，作為懸挑結(jié)構(gòu)的拼裝胎架。

圖4 懸挑構(gòu)件分段示意

支撐架設(shè)置雙排，由8根鋼管柱、鋼梁和斜撐共同組成，鋼管柱定位在地下室的8根混凝土柱頂，柱腳設(shè)計(jì)成鉸支座，僅傳遞豎向軸力。支撐架頂部設(shè)置胎架梁，可承受5層箱型梁傳遞下來(lái)的荷載，此支撐架布置如圖5所示。

圖5 支撐架布置示意

3.1.5 結(jié)構(gòu)的安裝

3.1.5.1 桁架主構(gòu)件安裝

懸挑結(jié)構(gòu)安裝前，主體結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)度及已完構(gòu)件的安裝質(zhì)量和承載能力應(yīng)滿足懸挑構(gòu)件的安裝條件。要確保鋼支撐搭設(shè)完畢，并復(fù)驗(yàn)各節(jié)點(diǎn)焊接質(zhì)量，以及軸線和標(biāo)高是否正確，確保已完成安裝的結(jié)構(gòu)尺寸可與懸挑結(jié)構(gòu)尺寸閉合。

本工程懸挑結(jié)構(gòu)在6層以上，懸挑構(gòu)件安裝前，要完成5層箱型梁、主梁及水平支撐的安裝，校正后，擰緊螺栓(但不焊接)。此工程中懸挑桁架結(jié)構(gòu)分3跨進(jìn)行遞進(jìn)安裝，為保證質(zhì)量在安裝過(guò)程中梁上柱垂直于箱型梁，鋼柱安裝就位后要校正軸線柱，然后安裝主梁。

主桁架體系形成后，要復(fù)核水平軸線和標(biāo)高，然后進(jìn)行預(yù)期回調(diào)。回調(diào)過(guò)程中要隨時(shí)觀察構(gòu)件的變形情況，經(jīng)確認(rèn)變形在預(yù)期范圍內(nèi)之后才可進(jìn)行桁架的焊接工作。

3.1.5.2 桁架次構(gòu)件安裝

桁架主構(gòu)件焊接驗(yàn)收合格后，進(jìn)行桁架次構(gòu)件、五層箱型梁根部的三角加勁及上部構(gòu)件的安裝和焊接工作，上部構(gòu)件的安裝依然遵循從下至上、從里至外的遞進(jìn)式安裝方式。

安裝過(guò)程中要隨時(shí)觀測(cè)構(gòu)件變形情況，利用全站儀控制好各構(gòu)件的安裝精度，變形經(jīng)復(fù)核無(wú)誤后，才可繼續(xù)進(jìn)行上部構(gòu)件的安裝。

3.1.6 鋼結(jié)構(gòu)支撐體系卸載

所謂卸載是指將鋼結(jié)構(gòu)從支撐體系受力狀態(tài)下轉(zhuǎn)換到鋼結(jié)構(gòu)自由受力狀態(tài)的過(guò)程。卸載過(guò)程中，桿件的內(nèi)應(yīng)力隨時(shí)變化，所以在選擇卸載工況時(shí)，必須保證將桿件內(nèi)應(yīng)力控制在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，且盡量保證每一個(gè)卸載點(diǎn)同步卸載。

針對(duì)工程安裝順序，卸載分兩次進(jìn)行，每個(gè)千斤頂作為一個(gè)卸載點(diǎn)。根據(jù)支撐架的布置，共設(shè)置8個(gè)千斤頂，每榀桁架下部設(shè)置2個(gè)。此支撐體系的卸載點(diǎn)布置如圖6所示。

圖6 卸載點(diǎn)布置

3.2 技術(shù)控制措施

3.2.1 鋼結(jié)構(gòu)測(cè)量

在鋼結(jié)構(gòu)施工中，垂直度、軸線和標(biāo)高的偏差是衡量安裝質(zhì)量的重要指標(biāo)，測(cè)量作為工程質(zhì)量的控制手段，要為工程施工檢查提供依據(jù)。該工程懸挑部分安裝測(cè)量精度要求高，工作難度大，工作量大，且結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，所以工程質(zhì)量要從施工過(guò)程中的安裝測(cè)量、變形測(cè)量和驗(yàn)收測(cè)量等幾方面進(jìn)行整體控制，且要選用專業(yè)的測(cè)量人員。

施工中通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)的預(yù)埋、構(gòu)件的拼裝和提升、支撐架變形等要實(shí)施即時(shí)測(cè)量來(lái)監(jiān)控結(jié)構(gòu)的安裝質(zhì)量。通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)沉降、鋼結(jié)構(gòu)變形也要實(shí)施即時(shí)監(jiān)測(cè)來(lái)保證工程結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

3.2.2 鋼結(jié)構(gòu)焊接

本工程大懸挑鋼結(jié)構(gòu)總量大，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，懸挑桁架均采用斜交斜放，易出現(xiàn)累計(jì)偏差，且構(gòu)件大部分要求高空散裝焊接，焊接難度大。

針對(duì)工程特點(diǎn)及鋼材材質(zhì)、焊接位置、坡口形式等，選定合適的焊接材料、焊接參數(shù)，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接試驗(yàn)。但要控制好焊接質(zhì)量，還要做好現(xiàn)場(chǎng)管理，讓焊接人員嚴(yán)格遵照焊接工藝流程和相關(guān)焊接規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)要求施焊，保證該打磨的一定要打磨干凈，該預(yù)熱的一定要預(yù)熱，控制好層間溫度，做好焊后保溫，控制好焊接過(guò)程中各環(huán)節(jié)質(zhì)量，從而保證整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)工程的焊接質(zhì)量。

3.2.3 計(jì)算機(jī)全過(guò)程模擬分析

為保證結(jié)構(gòu)安裝的質(zhì)量，施工前采用鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)軟件將懸臂安裝所需的各項(xiàng)臨時(shí)穩(wěn)固措施和定位校正措施納入懸臂深化設(shè)計(jì)模型。采用有限元分析軟件模擬施工各步驟，模擬各階段的力學(xué)計(jì)算，以及最不利工況條件下各階段結(jié)構(gòu)的變形和受力特征，確定出臨時(shí)支撐措施的工作性能，從而判定安裝步驟分區(qū)、分跨、階段延伸安裝的安全性、可靠性，用以指導(dǎo)施工，以確保整個(gè)工程質(zhì)量的安全可靠。

4 結(jié)束語(yǔ)

工程質(zhì)量?jī)?yōu)良的保障，是施工中各環(huán)節(jié)質(zhì)量?jī)?yōu)良的疊加和累計(jì)結(jié)果。本工程在長(zhǎng)懸挑鋼結(jié)構(gòu)安裝施工中運(yùn)用了項(xiàng)目管理中“三控制二管理一協(xié)調(diào)”內(nèi)容對(duì)工程進(jìn)行了良好項(xiàng)目管理，針對(duì)工程特點(diǎn)制定了相應(yīng)的技術(shù)措施和組織措施，對(duì)鋼構(gòu)件的材料質(zhì)量、鋼結(jié)構(gòu)的安裝精度和鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量等環(huán)節(jié)進(jìn)行了質(zhì)量控制，保證了整個(gè)工程質(zhì)量。

本文僅對(duì)長(zhǎng)懸挑異型鋼結(jié)構(gòu)安裝過(guò)程中的質(zhì)量控制措施做了簡(jiǎn)要闡述。實(shí)際上質(zhì)量控制點(diǎn)除了文中所述方面外，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力消除、構(gòu)件的位移控制、支撐架的變形控制等也都是質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。某些技術(shù)措施筆者在后續(xù)文章中再探討。