大型工業廠房天基板屋蓋施工技術

劉 文 革

(浙江環宇建設集團有限公司，浙江 紹興 312000)

隨著國民經濟的發展，城市生活垃圾已成為制約城市化發展的重要因素，以往填埋式垃圾處理已無法滿足時代發展的新要求[1,2]。建立垃圾焚燒發電廠，可初步實現垃圾“減量化、無害化、資源化”，達到“變廢為寶”的效果。但如何解決超大、超高垃圾坑屋蓋結構施工，也成為一項新難題。

1 工程介紹

紹興濱海循環生態產業園(二期)焚燒廠項目(見圖1)，位于浙江省紹興市濱海新區，項目用地面積230 416 m2，主廠房高60.3 m，是一座日處理2 000 t的生活垃圾焚燒發電廠，單體工程多，專業工種多，工程量大，鋼筋混凝土工程及鋼結構工程占主導地位，其中垃圾坑區域位于主廠房中心區域(見圖2)。

由于垃圾坑存放的垃圾具有腐蝕性，從承重、防火、防水、防腐綜合性考慮，可采用新型無機輕質節能材料[3]——天基板作為主要屋面板。天基板屋面鋼結構施工包含屋面造型鋼架與屋面承重桁架，天基板穿插于兩者之間(如圖3所示)。

垃圾坑屋面鋼架(如圖4所示)由框架柱、框架梁構成，框架柱采用焊接H型鋼，截面規格為H1 100×400×22×28，框架梁采用焊接H型鋼，截面規格為H500×300×10×16，H700×300×10×16，H1 600×400×22×25。鋼梁、鋼柱材質均為Q235B鋼，其中主梁跨度為40.0 m，共15榀，單榀重量約20.2 t，鋼柱共10根，單根重量約為4.7 t。

屋面桁架(如圖5所示)采用焊接圓鋼管，主桁架跨度為38.5 m，單榀重量約12.8 t，共15榀。次桁架共84榀，單榀次桁架重量約為3.5 t。

2 施工重難點

難點一：垃圾坑屋面天基板安裝懸空高度51 m，為超高作業。雙向跨度為88 m×38.5 m，跨度大，危險性高，且勞動強度大、安裝效率低。

難點二：天基板施工穿插于屋面造型鋼架及承重桁架兩者之間，屋面造型鋼架主梁最重高達20.2 t，加上吊索具3 t，最大總重量達23.2 t，經受力計算采用350 t履帶吊，常規工序為屋面桁架→天基板→屋面鋼架，此方案需要履帶吊反復移位，且吊裝工期長，故對吊裝工況分析及工序模擬優化顯得尤為重要。

難點三：鋼架、桁架與混凝土結構之間采用預埋件技術，預埋件節點的施工質量直接關系到屋面鋼結構體系結構受力安全與完成后屋面外觀成型質量。

3 天基板材料性能要求

天基板是一類集承重、防火隔熱、防水、防腐等功能為一體的新型輕質屋面預制板材，以鋼骨架為主要承力部件，由鋼結構骨架和芯材結合為一體的平均密度不大于1 500 kg/m3的輕型板材[4](見圖6)。

對新進場的天基板塊，應對其尺寸偏差及外觀質量進行檢查，符合表1要求。

用于屋面的天基板芯材立方體抗壓強度應不小于3.5 N/m2，其芯材技術性能應符合表2規定。

表1 尺寸偏差及外觀質量要求

表2 芯材技術性能指標要求

鋼骨架為承重結構，宜選用Q235或Q345級鋼，強度設計值按表3采用，物理性能應符合表4規定。

表3 鋼材強度設計值 N/mm2

表4 鋼材的物理性能

4 道路設置及吊裝機械選擇

為滿足天基板運輸及廠區鋼架吊裝時履帶吊行走要求，本項目廠區道路采用永臨結合的道路結構形式，即先做水泥混凝土路面的道路，此路面作為施工期間的臨時道路，等到工程后期再鋪設瀝青混凝土面層作為最終的廠區路面，構造作法見表5。實拍圖見圖7。

表5 廠區道路做法

對屋面吊裝工況進行分析：采用350 t履帶吊(見圖8)，臂長60 m，角度87°，幅臂長52 m，起重量為31.0 t，垃圾坑主桁架12.8 t，主鋼梁約20.2 t+吊索具3.0 t=23.2 t<31.0 t，吊裝滿足要求。

吊裝吊索計算：垃圾坑屋面主桁架重約12.8 t，主鋼梁重約20.2 t，均采用4點吊裝，吊裝角度控制在60°左右，則每根鋼絲繩受力為：T=20.2×1.2÷(3×sin60°)=9.3 t，即93 kN。計算公式：N<[Fg]=α×Fg/K。其中，[Fg]為鋼絲繩的允許拉力；Fg為鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和；α為換算系數，0.82；K為鋼絲繩的安全系數，作吊索用時取6。根據《建筑施工手冊》規定(見表6)，選用φ36.5，6×37+1的鋼絲繩,公稱抗拉強度1 700 N/mm2。[Fg]=0.82×959.5/6=131.1 kN>93 kN，滿足要求。

表6 鋼絲繩主要規格及荷重性能

卡環計算：垃圾坑鋼結構吊裝時選用13.5 t的D型卸扣，通過查閱表7數據，工作負荷 13.5 t>9.3 t，滿足要求。

表7 卡環工作負荷表

5 鋼結構安裝方案優化

垃圾坑屋面鋼結構原安裝思路(見圖9，圖10)：先安裝屋面承重桁架，然后再安裝屋面造型鋼架及相應檁條和屋面天基板，現場安裝時由南至北逐步進行施工。

通過建立的BIM模型，可以直觀發現天基板吊裝未考慮到天基板為模數化預制板，采用此施工工序，不利于最后預制天基板的安裝，易造成已完成的鋼架在天基板吊裝焊接時破壞。

對此，對屋面吊裝進行優化，將屋面桁架、屋面鋼架安裝劃分為三個區域(見圖11，圖12)，吊裝工序為分區塊逐步進行，順序如下：1區桁架吊裝→2區桁架吊裝→1區天基板吊裝→3區桁架吊裝→2區天基板吊裝→1區鋼架吊裝→3區天基板吊裝→2區鋼架吊裝→3區鋼架吊裝。

通過優化后的方案，整體工期提前了6 d，直接經濟效益152 000元，同時為北側幕墻專業的龍骨堆放提供了場地，對項目整體進度把控效果顯著。

6 預埋節點施工要點

6.1 桁架—混凝土節點施工

本工程大跨度桁架支座為混凝土柱子，因此控制好預埋件的安裝質量至關重要，最大的難題就是預埋件精確定位和標高控制，經過與鋼結構施工單位商討，確定了桁架支座處預埋件(如圖13所示)水平向的容許誤差為±2 mm，角度誤差不超過±15′，為滿足要求，采取以下措施：

1)預埋板采用30 mm厚度，尺寸為600×600，底部插入混凝土錨筋采用HRB400，直徑25，采取穿孔塞焊，鋼板開孔φ27。

2)鋼板錨栓高出預埋板200，與預埋板不焊接。

3)預埋件下復雜結構使混凝土澆搗困難，經設計同意，鋼板預留注漿孔φ80，并預留φ50的出氣孔方便觀察埋件下的填充情況，避免混凝土出現空洞。

6.2 鋼架—混凝土節點施工

鋼架柱子是上部鋼梁傳力構件，為了便于調整鋼柱安裝標高，在下部混凝土柱施工時，預留100 mm高度(見圖14)，待鋼柱安裝、調整后對柱底采用C30微膨脹混凝土二次灌注，采用此法，能方便精確控制鋼柱的安裝標高。

7 天基板安裝

主要工藝流程[5,6]為：放線→吊裝→調整板縫間距→焊接→檢查→嵌縫→驗收。

1)放線：備齊連接件、配套材料，根據排版圖，放出水平和高度控制線。

2)吊裝：有序吊裝，遵循“一吊一固定”原則，逐塊安裝，不宜累積多塊成批固定，板擱置在支座上的長度不得小于60 mm(見圖15)。

3)調整板縫間距：安裝后板縫應均勻一致，最大縫寬不宜超過30 mm，板上洞口不應大于30 mm。

4)焊接：預制板應與桁架連接節點焊接，焊接點位不得小于3處，焊縫長度不小于60 mm，焊縫高度為4 mm，并應均勻一致，焊接完成后進行涂漆，防止銹蝕。

5)檢查：安排專人逐一檢查，避免漏焊少焊接，對不合格點進行重焊，并對吊裝過程中漆膜脫落部位及嵌縫兩側漏漆處進行補漆。

6)嵌縫：采用2φ6通長鋼筋點焊于桁架面板上，用φ20的發泡聚乙烯棒塞入縫隙中，最后用水泥砂漿封堵縫隙(見圖16)。

7)驗收：嵌縫完成，自檢無誤，將現場雜物清理完畢后，填寫報驗資料，并申請現場驗收。

8 結語

新型綠色預制材料應用具有劃時代意義，桁架+天基板組合結構形式在未來具有廣闊的應用空間。針對這項新工藝，要注意準備工作，能應用BIM等新技術輔助攻克難題，改進方案，在質量控制中要注意預埋件的定位與澆搗措施，使項目安全順利進行，質量得以創優。希望通過本項目總結下來的成功經驗，能為后續類似工程提供參考經驗。