受限空間非常規(guī)方法安裝大型鋼樓梯的施工技術(shù)

李興懷,袁部平

(1.黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖北 黃岡 438002;2.中建三局第一建設(shè)工程有限責(zé)任公司,湖北 武漢 430040)

位于湖北省黃岡市境內(nèi)的某大酒店，共12層，建筑面積10 800 m2,底層層高6.3 m,2～5樓層高4.2 m,總高近25 m,主樓1～6樓原設(shè)計(jì)采用自動扶梯上下,在主樓封頂之后,因建設(shè)單位變更設(shè)計(jì),現(xiàn)改為折線直跑鋼樓梯,鋼樓梯每梯段斜長14.5 m,跨度為13.1 m,安裝最高高度為25.5 m,每部鋼樓梯重約6.5 t。原設(shè)計(jì)自動扶梯重量為6.2 t,經(jīng)原設(shè)計(jì)院驗(yàn)算,現(xiàn)已施工的原設(shè)計(jì)樓梯梁可以支撐鋼樓梯,鋼樓梯兩端支承于原結(jié)構(gòu)樓層的鋼筋混凝土大梁上,并且充分考慮該工程有可能出現(xiàn)人員過分集中導(dǎo)致荷載異常的情況,樓梯梁設(shè)計(jì)為焊接H型鋼梁,截面為300 mm×774 mm,踏步板采用6 mm厚花紋鋼板制作。

1 施工部署

施工單位組織有關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行了施工方案的設(shè)計(jì),因施工現(xiàn)場場地狹窄,整體框架已經(jīng)施工完畢,為確保施工工期,設(shè)計(jì)方案確定鋼樓梯制作在工廠內(nèi)進(jìn)行。根據(jù)施工現(xiàn)場的特殊情況和施工特點(diǎn),鋼樓梯施工采用“整體放樣、分段制作、現(xiàn)場拼裝、整體吊裝”的施工方案。

2 鋼樓梯制作

2.1 制作方案

為了減少鋼樓梯制作幾何尺寸的誤差,首先設(shè)計(jì)人員在施工現(xiàn)場對準(zhǔn)備安裝鋼樓梯的空間進(jìn)行整體測量,測算出鋼樓梯的標(biāo)準(zhǔn)尺寸,同時(shí)，對已經(jīng)施工的梁柱承載力進(jìn)行復(fù)核,后由建設(shè)單位請?jiān)O(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)復(fù)核,最后綜合確定鋼樓梯梯梁采用“整體放樣、分段取樣、組對焊接”的制作方案。

2.2 樓梯梁分節(jié)

1)為了便于運(yùn)輸,根據(jù)整體放樣樓梯梁的實(shí)際長度,將整個(gè)長的梯梁劃分為三段制作,即梯梁的上部踏步梁(上梯段)、鋼平臺、梯梁的下部踏步梁(下梯段)等三節(jié),其中腹板的連接點(diǎn)選擇在每個(gè)樓梯折段節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)角處,翼板的連接同腹板的連接節(jié)點(diǎn)錯(cuò)開1.3 m左右。

2)鋼梁制作完后進(jìn)行外觀和幾何尺寸檢驗(yàn),并做好記錄,樓梯梁組裝前,各連接部位按實(shí)際放樣的焊縫長度調(diào)整,以滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求。并將連接接觸面和沿焊縫邊緣每邊30～50 mm范圍內(nèi)的鐵銹、毛刺、污垢等清除干凈,然后在胎具上進(jìn)行組裝。

2.3 焊接

1)根據(jù)本工程樓梯梁的截面特征,焊接H型梁腹板、翼板連接的對接焊縫及T型縱焊縫采用CO2氣體保護(hù)焊的焊接工藝,其他零星焊縫采用手工電弧焊接。制造焊接鋼梁的焊接工藝,是保證鋼梁制造質(zhì)量的關(guān)鍵工藝,不恰當(dāng)?shù)暮附庸に嚂鸷附咏宇^淬火傾向,熱影響區(qū)材質(zhì)硬化,組織晶粒粗大,塑性和韌性下降,焊接成型質(zhì)量差,甚至形成夾渣、氣孔、初始裂紋等缺陷。合理的焊接工藝,必須先進(jìn)行焊接性能試驗(yàn)和焊接工藝評定試驗(yàn),焊接性能試驗(yàn)和焊接工藝評定試驗(yàn)是編制焊接工藝的依據(jù)。鋼梁制造前,根據(jù)設(shè)計(jì)文件的要求對結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)和受力特點(diǎn)進(jìn)行焊接性能試驗(yàn)及全面的焊接工藝評定試驗(yàn),并通過對試驗(yàn)結(jié)果的評審,試驗(yàn)采用復(fù)驗(yàn)合格的板材和焊接材料。

2)焊接變形的控制措施。為了盡量減少焊接H型梁腹板、翼板連接的T型縱焊縫時(shí)產(chǎn)生的構(gòu)件翼板變形,在焊接前將被施焊的H梁上、下翼板用剛性夾具固定(夾具間距200 mm),并采取兩側(cè)對稱同時(shí)施焊,盡量減少構(gòu)件的焊接變形。

3 鋼樓梯安裝

3.1 安裝順序

采用“逆作法”的安裝順序進(jìn)行施工,即依次從頂層(5～6層)的鋼樓梯開始安裝,從上至下的順序逐層進(jìn)行施工。之所以采用這種方法,主要考慮鋼樓梯長度和重量都很大,如果從下往上吊裝,先安裝的樓梯擋住了后面吊裝樓梯的上行線路,安裝最主要的難點(diǎn)就在這里,另外場地狹窄,不利于鋼樓梯的堆放。但是這種“逆作法”也有難點(diǎn),那就是操作時(shí)只能采用盲操作,即起重吊裝的司機(jī)看不到起吊的鋼樓梯,只能由司索信號工來指揮操作,難度很大[1]。

3.2 吊裝機(jī)械的選擇

選用2臺調(diào)速卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行鋼樓梯的抬吊安裝,設(shè)雙動滑輪吊鉤,每個(gè)吊鉤最大起重量8 t,雙機(jī)抬吊負(fù)載按75%考慮,吊車最大起重量大于起吊負(fù)載總和,因此，吊車性能滿足起重要求。為了充分保障吊裝過程中安全可靠,經(jīng)過計(jì)算,卷揚(yáng)機(jī)采用重力式錨碇,由于重力式錨碇主要依靠混凝土自重抵抗鋼絲繩的拉力,施工簡單,因此設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土基礎(chǔ),尺寸為1.6 m×1.6 m×2.5 m,自重達(dá)到16.6 t,考慮到安全,1臺卷揚(yáng)機(jī)足以承受鋼樓梯的荷載,加上摩擦力的影響,安全系數(shù)達(dá)到3.0以上,符合要求。

3.3 鋼樓梯吊裝

3.3.1 吊裝方法

因受施工現(xiàn)場的條件限制,鋼樓梯無法采用吊裝起重機(jī)械進(jìn)行吊裝。結(jié)合施工現(xiàn)場的實(shí)際情況,鋼樓梯吊裝采用卷揚(yáng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行“土”法吊裝,由于鋼梯梁的截面較大,長度較長,側(cè)向剛度較差等特點(diǎn),為盡量減小鋼梯吊裝過程中的高空作業(yè)以及加強(qiáng)鋼梯梁的剛度,鋼梯吊裝采用整體拼裝,整體抬吊吊裝的施工方法進(jìn)行安裝施工[2]。

3.3.2 鋼樓梯現(xiàn)場拼裝

鋼樓梯、踏步板等構(gòu)件從加工廠運(yùn)至現(xiàn)場后,即將其拼裝成整體。由于整個(gè)鋼樓梯為折線直跑梯,拼裝前在拼裝現(xiàn)場先預(yù)制一個(gè)拼裝胎架,鋼樓梯拼裝在胎架上進(jìn)行,胎架預(yù)先進(jìn)行了技術(shù)和安全設(shè)計(jì)。

3.3.3 鋼樓梯吊裝步驟

1)因鋼梯的長度較長,體積也較大,為保證鋼樓梯吊裝過程中的穩(wěn)定性,確保吊裝過程中的安全,采用雙機(jī)抬吊的吊裝方法吊裝鋼樓梯。即利用原混凝土框架結(jié)構(gòu)柱,在最上一部鋼樓梯安裝的結(jié)構(gòu)層(6層)上,從C列⑩軸的框架柱分別牽引2根鋼索同G列軸線柱連接和F列⑧軸線柱連接 (圖1)。然后在2根鋼索上固定2個(gè)起重吊點(diǎn),通過滑輪的導(dǎo)向進(jìn)入2臺卷揚(yáng)機(jī)內(nèi),由2臺卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行提升抬吊(樓梯正上方為塔樓屋頂,不允許在樓梯正上方穿過樓層設(shè)吊點(diǎn))。

2)因5部鋼樓梯均在同一豎直面內(nèi),為保證吊裝的連續(xù)性,更安全方便地使用吊裝機(jī)械,在吊裝上部鋼樓梯時(shí),在吊點(diǎn)下方處留2～3部踏步板暫不安裝,以便吊裝下部鋼樓梯時(shí),吊鉤及鋼絲繩能自由起落,這一點(diǎn)特別重要。

3)考慮到鋼樓梯的整體剛度及吊裝過程中的受力情況,起吊前對鋼樓梯進(jìn)行加固。具體方法是：在鋼梯兩端、梯梁轉(zhuǎn)角處及綁扎吊點(diǎn)兩邊焊接剛度較大的工字鋼(或槽鋼)將樓梯大梁連接起來,每點(diǎn)上下翼緣各焊1根。

圖1 鋼索牽引圖

3.3.4 吊索計(jì)算

承重鋼絲繩截面驗(yàn)算[3]：

Sb≥KT

(1)

式(1)中：Sb為鋼絲繩的破斷拉力(kN);

K為安全系數(shù),3～4；

T為承重鋼絲繩最大拉力(kN)。

在綁扎吊索時(shí),通過計(jì)算,使吊索受力時(shí),三線角度成120°(圖2)。

這樣,

T=P+Q。

(2)

式(2)中：P為荷載重力(kN)；

Q為滑車組、吊鉤、吊具等物重力(kN)。

P=37.5 kN,Q=5 kN,所以T=42.5 kN。

圖2 吊索受力圖

對6×19,1吋(254 mm)鋼絲繩,Sb=0.85,Pg=308 kN。

取K=4,KT=170 kN

3.3.5 注意事項(xiàng)

1)施工技術(shù)方面

施工前,由公司組織編制了施工吊裝的專項(xiàng)施工方案,方案由公司技術(shù)負(fù)責(zé)人進(jìn)行審核,由項(xiàng)目總監(jiān)理工程師審批后執(zhí)行。審批通過后由項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人組織施工現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員(司索工、吊車司機(jī)、電焊工等)進(jìn)行全面的技術(shù)交底,對施工方案和在施工過程中可能出現(xiàn)的問題做好相應(yīng)的預(yù)案,辦好動火證并經(jīng)審核完成批準(zhǔn)手續(xù)。批準(zhǔn)手續(xù)完成之后，組織技術(shù)人員進(jìn)行試焊,對焊縫采用超聲波進(jìn)行內(nèi)部缺陷的檢測,超聲波探傷不能確定時(shí)采用射線探傷。

測量的準(zhǔn)備工作,測量工具有水平儀、全站儀各2臺,水準(zhǔn)儀3臺,磁力線墜 4 個(gè),以及其他工具等。以上所有測量工具均需檢驗(yàn)合格并在有效期內(nèi)。測量前,先復(fù)核建筑物的測量控制網(wǎng),再將對點(diǎn)位在鋼樓梯和預(yù)埋件上做好記號,以方便對位、焊接,在施工過程中,利用鉛垂儀、全站儀等儀器進(jìn)行平面位置和豎向位置的監(jiān)測和校正[4]。

焊接方面,組織有經(jīng)驗(yàn)的焊工組成焊接班組焊接,事先檢查焊機(jī)以及焊接用焊條、焊絲、焊劑的質(zhì)量,并進(jìn)行烘烤,焊接前焊縫兩側(cè)各50 mm范圍以內(nèi)的鐵銹、氧化鐵皮、油污、水分等先清除干凈,吊裝到位后,焊接采用對稱焊接法,施焊時(shí)由雙數(shù)焊工同時(shí)進(jìn)行,長焊縫采用由中間向兩端的分中焊接法及分中退焊法,焊接時(shí)設(shè)置登高掛梯,對高處作業(yè)、臨空作業(yè)加強(qiáng)安全保證[5]。

2)施工安全方面

施工前,由項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人組織有關(guān)安全、技術(shù)、信號工、司機(jī)等相關(guān)人員進(jìn)行嚴(yán)格的安全技術(shù)交底,并做好安全預(yù)案,工作人員嚴(yán)格按規(guī)定佩戴安全帽、安全帶、安全繩,鋼樓梯起吊過程中,樓梯上及樓梯下方嚴(yán)禁站人。現(xiàn)場有項(xiàng)目經(jīng)理、技術(shù)負(fù)責(zé)人、安全員、監(jiān)理工程師以及設(shè)計(jì)人員巡視,屋頂及臨時(shí)操作臺上都安排有對講機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào),確保安裝過程中人員、機(jī)械、構(gòu)件、建筑物及周圍環(huán)境的安全。吊裝時(shí),將樓梯吊離地面500 mm后停止提升,仔細(xì)觀察鋼樓梯的整體受力情況及吊裝機(jī)具的工作情況,無異常后再協(xié)調(diào)指揮2臺卷揚(yáng)機(jī)提升。

4 結(jié) 語

建筑工程施工過程中,設(shè)計(jì)變更是不可避免的問題,實(shí)際施工時(shí),有很多時(shí)候遇到的問題是沒有先例可以借鑒的,遇到問題,承包商要根據(jù)施工安全和技術(shù)要求,采取合理的方法制定相應(yīng)的施工方案。本工程針對大跨度鋼樓梯梁處在受限空間和受限場地的環(huán)境的施工條件下遇到的難題,提出雙機(jī)抬吊的分件吊裝方法,形成一種復(fù)雜環(huán)境下大跨度鋼結(jié)構(gòu)梁的尺寸精度控制、吊裝過程分析等技術(shù)體系,采取以上施工方案和措施后,順利完成了5部鋼樓梯的安裝工作,并一次性通過驗(yàn)收。以上方案給承包商積累了一定的經(jīng)驗(yàn),也給類似工程的實(shí)踐提供了一個(gè)可以借鑒的方法。