大型鋼結構換柱滑移安裝施工技術
——基于高空特殊環境

邱志章

(福建省閩南建筑工程有限公司 福建泉州 362100)

大型鋼結構換柱滑移安裝施工技術
——基于高空特殊環境

邱志章

(福建省閩南建筑工程有限公司 福建泉州 362100)

結合工程實際情況，總結了一套高空特殊環境大型鋼結構滑移換柱安裝施工技術。文章著重介紹了其工藝操作要點及質量控制措施。實踐證明采用技術先進、安全可靠、高效環保的“高空定點拼裝、累積滑移、整體卸載落位、換柱”等施工技術,完全可以完成大跨度鋼屋蓋結構安裝。

大型鋼結構；復雜環境；換柱滑移；整體落位

0 引言

近年來，隨著我國經濟的又一次騰飛，各地大型建筑紛紛拔地而起，特別是大型的商場、展覽城等大型的建筑。為了滿足內部采光的要求，一些大型的建筑內部均設置一些超大型采光井,這就給一些大跨度、大空間鋼結構工程施工提出更高的要求。建筑物內中庭不能進行鋼結構的吊裝，且在高空屋面不等標高的等特殊環境下，如何解決復雜環境下高空大跨度鋼結構整體拼裝、單層鋼結構整體滑移、鋼結構整體卸載就位、換柱滑移，提出了更高的要求。

基此，本文擬以石獅某工程項目為案例，著重介紹在高空特殊環境下大型鋼結構換柱滑移安裝施工技術工藝操作要領及其質量控制措施，為類似項目施工提供參考。

1 工程概況

石獅某項目位于石獅市靈秀鎮，是一組集專業商業市場和綜合辦公塔樓為一體的大型建筑群體，由商業A區、商業B區、辦公2#樓組成，總建筑面積約33萬m2，工程總造價6.138億元。工程商業A區大中庭屋面設計為大跨度鋼結構彩光天棚，結構形式采用弧形鋼梁、型鋼柱拼裝而成。橫向為單跨，跨度32.8m，鋼架總重224.2t，屋面結構標高22.690m，鋼屋架東北側第一個縱跨設計支撐于出屋面電梯間兩根現澆鋼筋混凝土柱上，其余支撐均為矩型鋼柱。由于施工場地條件限制，該鋼結構屋架無法進行機械吊裝，而采用了累積拼裝滑移施工技術進行施工。該項目鋼結構屋架三維效果如圖1所示。

圖1 鋼結構屋架三維效果圖

2 工藝原理

選擇交通方便、場地平整的一端作為固定的吊裝場地，首先將鋼結構吊裝至屋面，在屋面一端作業平臺進行分段(采用2榀屋架帶鋼柱組合成一個單元)拼裝、起吊，然后吊裝至滑移軌道上，利用導軌通過固定點將整品屋架依次向前滑移一榀的距離，再接著連接第三榀屋架，再向前滑移，先遠后近，反復進行，至所有屋架到指定位置。對于局部不等標高的位置進行重新增設臨時轉換鋼柱進行繼續滑移，整體繼續滑移到最終位置。最后通過液壓千斤頂整體提升，卸掉導軌后，固定安裝。

3 操作要點

3.1 施工準備

(1)認真熟悉圖紙，尤其是鋼構件節點圖。根據平面圖標注所示及結合構件節點詳圖，對每一根鋼構件截面尺寸、規格進行細化，繪制鋼構件細化圖紙，確定各相關資源需要量及結合現場實際情況確定施工方案。

(2)為了保證鋼結構吊裝的安全和質量，按設計資料和施工方案，進行施工技術交底和工人上崗操作培訓。

(3)鋼結構吊裝前認真收集各建筑結構書面的水準控制點、結構梁上預埋件、柱腳螺栓的準確標高和建筑結構和鋼結構之間的軸線測量情況的相關資料。

(4)吊裝前仔細檢查索具、工具是否齊全，符合安全要求。所有鋼架編號，控制線是否齊全。安全設施是否齊備，道路是否平整，起重設備是否完好。鋼構拼裝檢驗批，報驗、驗收合格。 混凝土主體結構全部施工結束，并有工序交接資料。

(5)對關鍵控制點進行復核后，及時在鋼結構預埋件安裝位置畫線，并在鋼結構預埋安裝部位設置焊接定位角鋼。做到標記齊全，位置準確、色澤鮮明。畫出鋼斜柱及鋼柱支座底板的中心線，位置準確并在支座底板范圍外面中心線用紅漆畫三角型記號。

(6)為了保證屋面的安全，將滑移過程的荷載進行組合，并對混凝土柱、梁進行驗算，不能滿足時立即進行加固。

3.2 滑移軌道鋪設

軌道設置如圖2所示。

圖2 軌道設置圖

(1)沿框架柱上的框架梁頂設置兩條滑移軌道，滑移軌道中心線應與下部混凝土平臺大梁軸線重合，采用300mm×300mm×12mm鋼方管作為支撐軌道。

(2)滑移軌道采用500mm×500mm×20mm鋼墊片，與主體結構連接固定采用Ф30螺栓，植入深度20倍直徑，鋼墊片盡量安排每根軌道的端部及框架柱位置下，并利用鋼墊片調節導軌的水平度；保證軌道與主體結構連接牢固，可靠。軌道梁下表面與平臺大梁上表面間的間隙采用枕木墊實。

(3)軌道與軌道的連接采用焊接，并要求保證焊接牢固、平直。用水平儀對兩導軌面找平，使其平行在同一水平面上。

(4)不同平面上的軌道安裝時確實保證上、下軌道在同一軸線上。

(5)導軌安裝完成后再次認真復核導軌的軸線位置、平整度。

3.3 鋼構件的吊運

(1)主梁因長度大不能滿足運輸條件，采取工廠分段加工，整體預拼裝后分段出廠。

(2)按照安裝流水順序由中轉堆場配套運入現場的鋼構件，利用現場的裝卸機械盡量將其就位到安裝機械的回轉半徑內，并遵循“重近輕遠”的原則。鋼柱和鋼屋架等大件放置，依據吊裝工藝作平面布置設計，避免在場二次倒運困難。鋼梁、支撐等可按吊時順序配套供應準放。

(3)吊運時軟材料保護好鋼構件，不能破壞油漆面。

(4)鋼柱、梁下設置枕木。

3.4 鋼結構的拼裝

(1)鋼結構的散件運到現場后，將其分批吊裝至屋面的作業平臺上進行整體組裝。

(2)鋼柱吊裝前將滑板按柱位間距安裝并鎖定在滑槽內，柱吊裝到位后將柱底板用螺栓聯結在滑板上，柱垂直度調整好后設立臨時支撐,每根柱設4根Ф48鋼管,每根3m,作為鋼柱臨時支撐(臨時支撐固定點在澆筑屋面砼時預埋鐵件或螺栓)。將鋼柱的平面位置、標高、垂直度等進行校正，使其符合施工驗收規范和滑移對鋼柱精度的要求。第二榀鋼柱的吊裝同上。完成后吊裝橫梁。

(3)弧形梁吊裝就位后，調整垂直度設置臨時固定點，臨時固定點設置在離梁兩端1/3處采用Ф48mm×3.5mm鋼管斜撐在屋面梁上臨時固定,臨時固定預防鋼構件側翻(臨時固定點可在澆筑屋面砼時預埋鐵件,與鋼管進行焊接)。

(4)按上述順序安裝對稱的鋼柱、鋼梁。

(5)鋼梁吊裝采用專用吊具，兩點綁扎吊裝。吊升中必須保證使鋼梁保持水平狀態。在安裝柱與柱之間的主梁時，測量即時跟蹤校正柱與柱之間的距離，并預留安裝余量，特別是節點焊接收縮量，確保達到控制變形，減小或消除附加應力的目的。

(6)梁與柱節點的連接，原則上對稱施工，互相協調。

(7)最后安裝剪刀撐及檁條，使其形成穩定的空間結構，完成了一個單位的拼裝。柱、梁臨時支撐必須在整節構件安裝完成后拆除，對個別位置油漆破壞及時進行補漆，補漆采用人工補涂刷。

按上述順序安裝第二單元，直到全部鋼屋架拼裝滑移到位。

3.5 鋼結構累積整體滑移

(1)鋼結構完成兩節(三榀)屋架的組裝后，可以開始進行滑移。對于鋼結構采用累積滑移的安裝工藝，自西向東方向進行滑移安裝，每滑移一榀再安裝一榀。

(2)在屋面結構梁上設置方鋼滑軌，在滑軌上分段拼裝鋼屋架，通過在屋架鋼柱下設置滑板(CRM履帶式重物移運器)，實現鋼屋架滑移。

滑板規格選型，則根據鋼屋架總重量計算單根鋼柱最大集中應力確定。滑板居中布置在滑軌與鋼柱之間，并保持平直。

在滑移過程中，安排專人實時觀察各個鋼柱下滑板的狀態，發現滑板偏離滑軌或角度不正時，立即停滑，將鋼柱用千斤頂頂起，調正滑板位置。

(3)鋼結構滑移最大牽引力通過計算確定。根據牽引力大小，進行手動葫蘆及牽引支座選型。牽引支座采用鋼板(鋼板規格大小及焊縫長度經計算確定)焊接在滑移軌道正前方。

(4)滑移牽引工具采用手動葫蘆。葫蘆后方掛在牽引支座上，前方鉤住屋架鋼柱下部節點，手動葫蘆鐵鏈不夠長可采用鋼絲繩接長。通過收緊手動葫蘆鏈條拉動屋架滑行。

(5)在兩側滑移軌道上設置統一刻度標尺，每50mm為一個小刻度，每1m為一大刻度，同時，軌道上標注屋架鋼柱軸線位置。鋼屋架牽引滑移，由專人指揮，兩側滑軌同步進行滑移，并安排專人同步監測兩側滑移行進距離及滑移速度是否一致。

(6)當鋼結構滑移過程中出現偏移時，采用邊滑移邊糾偏的方法，偏移大的一端先滑移一定距離后停滑，偏移小的一端再滑移。依此重復數次，直到恢復正常滑移。

(7)鋼結構滑移到位后，在滑板的前后采用鋼楔臨時定位。

3.6 不同平面(高低跨屋面)頂梁換柱

針對不同標高(如不上人屋面的標高為25.74與上人屋面標高為22.69不一致時)致使滑移受阻時，采取累積滑移至高低跨交界處，設置臨時支撐柱頂梁換柱的方法，使滑移工作繼續進行。換柱滑移施工過程如圖3所示，具體方法步驟如下：

圖3 換柱滑移施工過程示意圖

(1)當鋼屋架整體滑移至高低跨屋面交界處時，在第一榀鋼構架柱頭600mm位置處加設鋼柱截面300mm×300mm×40mm作為頂梁臨時支撐柱1下設滑板，同時在柱中部增加水平連系梁及剪刀撐,以增強換柱后整體屋架的剛度。

(2)頂梁臨時支撐柱制作應準確，不得有正偏差。出現負偏差時采用鋼楔形進行調整，較大時應加設鋼板。在鋼梁上方翼緣的兩側各設置一個吊環點位，2個吊環焊接完成后并冷卻達到強度后，在其上各設置1個手拉葫蘆，進行頂梁臨時支撐柱的吊裝。在第一榀原鋼柱上焊接臨時支撐牛腿，在鋼柱兩側設置2個液壓千斤頂，將結構頂起脫離支撐軌道，將滑板固定在頂梁臨時支撐柱1下，頂梁臨時支撐柱1就位，再次復核臨時支撐柱1的軸線位置、垂直度、平整度，焊接完成后撤掉千斤頂，使頂梁臨時支撐柱完全受力。

(3)切割原鋼柱1，并繼續滑移至上層軌道500mm范圍內，在柱頭位置下設置滑板。為了控制柱頭的能直接受力在上層軌道，鋼柱切割應控制好鋼柱的尺寸，不應有正偏差，可以有負偏差。誤差較大時在鋼短柱下設置鋼板及鋼楔使其完全受力。完成支撐結構轉換后，切割頂梁臨時支撐柱1并繼續滑移。

(4)繼續滑移至第2榀鋼屋架時，再一次增設頂梁臨時支撐柱2，同樣頂梁臨時支撐柱中部增加水平連系梁及剪刀撐。切割第2榀原鋼柱2，繼續滑移，完成支撐結構轉換后，切割頂梁臨時支撐柱2，繼續滑移到位。按上述順序循環進行，直到全部鋼屋架滑移就位。

3.7 鋼結構整體卸載、就位

(1)滑移到位后，在每個鋼柱下部設置鋼結構卸載點，鋼結構卸載點設置在原混凝土結構主梁上，嚴禁放置在屋面板上，在卸載點的鋼柱上做牛腿，用銷軸將支撐牛腿與鋼柱連接，油缸頂升時作為支撐點。每個卸載點設置2臺20t液壓千斤頂。

(2)在卸載點的兩側各布置一臺20t的卸載千斤頂。千斤頂頂升將鋼柱及支撐結構脫離軌道面25mm。具體的卸載步驟說明如下：

①卸載油缸伸缸程150mm，鋼柱脫離軌道面350mm，拆除鋼柱下滑板。

②第一次卸載150mm(支撐結構標高從500mm降低到350mm)，將鋼柱支撐梁脫離滑板面20mm，卸載油缸縮缸150mm，鋼柱支撐梁結構支撐在墊塊上。拆除卸載油缸下第一塊墊塊150mm，卸載油缸伸缸150mm。

③第二次卸載150mm(支撐結構標高從350mm降低到200mm)：將鋼柱支撐梁脫離20#槽鋼面20mm，拆除鋼柱支撐梁下拆除20#槽鋼，卸載油缸縮缸150mm，鋼柱支撐梁結構支撐在300×300×12方鋼上，鋼柱柱底板螺栓孔應與原混凝土結構預埋螺栓就位準確，確保第三卸載順利完成。

④第三次卸載200mm(支撐結構標高從200mm降低到0mm)：將鋼柱支撐梁脫離300mm×300mm×12mm方鋼面20mm，卸載油縮缸200mm，拆除鋼柱支撐梁下300×mm300mm×12mm方鋼及500mm×500mm×20mm鋼墊片，鋼柱支撐梁結構支撐在原混凝土結構上。

(3)油缸縮缸，完成受力體系的轉換。取走預留的軌道部分，切掉鋼柱底部的支撐結構。隨后拆除下部滑移軌道等滑移設施。鋼柱下部墊好墊板，做好卸載前的準備。

(4)取走卸載油缸，將牛腿切除，完成卸載。

3.8 焊接或螺栓連接

(1)整體滑移到位并降至設計安裝標高后，開始調整標高后進行連接。

(2)一個接頭上的高強度螺栓，應從螺栓群中部開始安裝，逐個擰緊。初擰、復擰、終擰都注意從螺栓群中部開始向四周擴展逐個擰緊，每擰一遍應用不同顏色的油漆做上標志，防止漏擰。

(3)接頭如有高強度螺栓連接又有電焊連接時，按先緊固后焊接的施工工藝順序進行，先終擰完高強度螺栓再焊接焊縫。

(4)高強度螺栓的緊固順序從剛度大的部位向不受約束的自由端進行，同一節點內從中間向四周，以使板間密貼。

(5)柱底板下預留的空隙，可能用高強度、微膨脹、無收縮砂漿以捻漿法填實。

3.9 鋼屋架的驗收

整體屋架施工完成后，由監理單位組織施工總承包單位、分包單位等進行驗收，驗收合格后進入下道工序的施工。

4 質量要求

(1)滑道安裝要求如下：滑道中心線與軌道梁中心線偏移度控制在3mm以內；滑道的接頭高差不大于1mm；同跨軌道水平投影軌距偏差控制在10mm之內。

(2)滑移軌道在整個鋼骨架累積滑移過程中起到承重、導向和橫向限制支座水平位移的作用。滑移軌道對應于平臺大梁的中心線設置。

(3)鋼柱吊裝就位后，經檢測符合要求后，再進行固定,形成空間剛度單元。在吊裝作業時，當天能完成安裝構件都及時形成穩定的空間體系。

(4)滑移統一指揮，兩條滑行軌道設專人監測滑行情況，并隨時將監測結果反饋給指揮人員。

(5)滑移過程觀測：觀測滑移同步情況(通過預先在兩條軌道上所標出的刻度來隨時測量復核每個支座滑移的同步性)。支座與軌道卡位狀況，以及鐵滑龜夾緊裝置與軌道夾緊狀況。

工程效果圖如圖4所示。

圖4 工程效果圖

5 結語

本文通過對在高空復雜環境對不等標高平面上鋼結構滑移換柱的技術難題進行攻關，闡述了高空復雜鋼結構滑移換柱安裝工藝原理、施工方法、質量控制措施。該方法應用于石獅國際輕紡城物流交易中心等工程，較目前傳統的施工方法具有安全性、可靠性、先進性。通過對這一項施工技術的深入研究，作者于2017年2月完成了企業施工工法，目前正進行省級工法的申報。本施工方法的成功應用，為擬建類似項目提供重要參考依據，具有推廣應用價值。

Large steel structure column sliding installation technology ——Based on special high altitude environment

QIUZhizhang

(FuJian Minnan construction enginering Co.,Ltd,Quanzhou 362100)

According to the actual situation of the project, summed up a set of special space special environment of large high altitude steel structure sliding column installation and construction technology, and introduces the operation points and quality control measures. Practice has proved that the technology of advanced, safe, reliable, high efficiency and environmental protection, such as the construction of the high altitude fixed point, the cumulative slip, the overall unloading fall, change the column, and other construction technology, completed the installation of large span steel roof structure.

Large steel structure；Complex environment；Column replacement；Global fall

邱志章(1971.6- )男，高級工程師，國家一級注冊建造師。

E-mail:287074844@qq.com

2017-04-24

TU391

A

1004-6135(2017)09-0049-05