大型屋面鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工技術(shù)

孫 斌

（甘肅第一建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730070）

針對建筑工程，在吊裝施工中，機(jī)械化操作屬于常見施工形式，存在一定施工難度及危險性，受到建筑領(lǐng)域的高度關(guān)注。屋面處于建筑頂層，吊裝施工環(huán)節(jié)較為關(guān)鍵，尤其是大型屋面的鋼結(jié)構(gòu)施工，必須通過科學(xué)施工方法，有效提升工程整體質(zhì)量。筆者根據(jù)靈臺體育中心項(xiàng)目屋面采用雙向張弦梁結(jié)構(gòu)體系的建筑工程施工經(jīng)驗(yàn)，主要分析大型屋面鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工技術(shù)。

1 大型屋面鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

針對大型屋面鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制，對建筑整體質(zhì)量有著直接影響。隨著建筑技術(shù)日益更新，建筑鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，是建筑領(lǐng)域的重點(diǎn)研究課題。為此，需充分掌握大型屋面鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。

首先，結(jié)構(gòu)測量難。針對大型鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)其結(jié)構(gòu)特性，進(jìn)行綜合規(guī)劃與測量。在屋面鋼結(jié)構(gòu)的施工中，鋼件的兩個方向都是水平的。由于大型鋼結(jié)構(gòu)張弦梁屋面鋼結(jié)構(gòu)體系的特殊性，各條鋼梁的傾角也各不相同。因此，在工程測量中，既要從平面上測量建筑物的長、寬等，又要設(shè)置空間的空間坐標(biāo)，以便更準(zhǔn)確地進(jìn)行測量。而且，還需要準(zhǔn)確計(jì)算出鋼梁之間的傾斜和扭曲的空間位置，這樣才能保證鋼梁在不同力的作用下不會發(fā)生變形。

其次，質(zhì)量控制點(diǎn)較多。大型鋼材的質(zhì)量難以保證，在安裝時，不僅要控制鋼件的安裝質(zhì)量，還要注意安裝順序，對相鄰鋼件的安裝有沒有影響；如何對高程進(jìn)行補(bǔ)償?shù)葐栴}進(jìn)行嚴(yán)密的規(guī)劃。因此，在質(zhì)量管理中，需控制單一鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量，還需控制好焊接質(zhì)量以及安裝順序。

第三，外部環(huán)境影響較大。在建筑工程中，建筑材料受環(huán)境因素的影響。建筑結(jié)構(gòu)在日照、溫度、高風(fēng)速的作用下，會對結(jié)構(gòu)的材質(zhì)造成一定的磨損和老化。在這樣的環(huán)境負(fù)荷下，異型結(jié)構(gòu)也會受到很大的影響。由于鋼制建筑對環(huán)境有很高的要求。由于環(huán)境日益惡化，現(xiàn)在的建筑材料壽命越來越短。因此，在工程建設(shè)中，必須對軸線和標(biāo)高的控制進(jìn)行補(bǔ)償與糾錯，特別是對于大型鋼結(jié)構(gòu)張弦梁屋面結(jié)構(gòu)體系來說，這一點(diǎn)的管理與控制尤為重要。只有把整體結(jié)構(gòu)安裝的誤差控制在合理的范圍內(nèi)，才能達(dá)到既能達(dá)到藝術(shù)效果又能滿足實(shí)際需要的要求。

2 大型屋面鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

首先，嚴(yán)格審查屋面鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在大型鋼結(jié)構(gòu)張弦梁屋面結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)中，需要大量的圖紙，其中的高度、位置、厚度等數(shù)據(jù)的大小，直接關(guān)系到整個建筑的設(shè)計(jì)質(zhì)量，因此要確保其設(shè)計(jì)的效果，就必須對其進(jìn)行詳細(xì)的審核。關(guān)于工程圖紙中所包含的計(jì)算問題，還需由有關(guān)評審小組進(jìn)一步理清。若有與實(shí)際工程不相符的地方，應(yīng)由工作人員及時糾正，以確保資料的準(zhǔn)確性，并為今后的屋頂設(shè)計(jì)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

其次，加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)建質(zhì)量檢查。在大型鋼結(jié)構(gòu)屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)中，也會有許多的構(gòu)件，這些構(gòu)件的功能也各不相同，但如果有一個構(gòu)件的質(zhì)量問題，將會對整個屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。因此，在實(shí)施之前，有關(guān)的工作小組必須對各工序中使用的部件進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)。比如構(gòu)件的型號、材料、尺寸等，都要經(jīng)過嚴(yán)格的檢驗(yàn)，并及時更換出問題的構(gòu)件，以確保整個構(gòu)件的質(zhì)量。此外，屋頂設(shè)計(jì)師還必須按照規(guī)范的施工工藝和施工程序，并嚴(yán)格對照屋面設(shè)計(jì)圖紙上的要求，將構(gòu)件進(jìn)行組合，確保鋼結(jié)構(gòu)屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)效果。

第三，加強(qiáng)屋面安裝管理。對鋼結(jié)構(gòu)屋頂進(jìn)行全面的管理，既可以提高其安裝的正確性和穩(wěn)定性，又可以間接地保障工人的生命安全，是建筑工程中必不可少的一環(huán)。大型鋼結(jié)構(gòu)張弦梁屋面結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)，包括構(gòu)件的裝配、設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化和工人的工作分工等。若工程小組不能很好地對其進(jìn)行管理和控制，導(dǎo)致施工現(xiàn)場出現(xiàn)了一些混亂，將會對其設(shè)計(jì)的效果產(chǎn)生很大的影響，從而妨礙到整個屋面的設(shè)計(jì)過程和技術(shù)的運(yùn)用。因此，施工隊(duì)伍要加強(qiáng)對建筑工地的管理，才能確保屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)水平。

第四，加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)屋面抗震審查。為加強(qiáng)我國超限建筑的抗震管理，加強(qiáng)其安全性與穩(wěn)定性，確保其抗震性能，建設(shè)部對其進(jìn)行了抗震檢查，并就相關(guān)的管理制度提出了相應(yīng)的規(guī)范。由于現(xiàn)有的抗震計(jì)算方法尚不完備，規(guī)范中所提及的各種計(jì)算方法均有一定的假定，而在三個因素中，僅有一個峰值的加速度，其余兩個因素僅僅是一個簡單的估計(jì)。所以對于超限的建筑，在實(shí)際的規(guī)范中僅有某一限度的應(yīng)用超過了該限度。超限評估是指在現(xiàn)行設(shè)計(jì)水準(zhǔn)下，按實(shí)際規(guī)范進(jìn)行的超限施工，其實(shí)質(zhì)是設(shè)計(jì)管理，施工質(zhì)量由設(shè)計(jì)質(zhì)量控制。因此，必須對設(shè)計(jì)質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，將超限審查提高到一個絕對的高度，才能決定建筑的超限荷載。

3 工程實(shí)例

新建靈臺縣體育中心工程，結(jié)構(gòu)類型屬于框架結(jié)構(gòu)，屋蓋采用雙向張弦梁結(jié)構(gòu)體系；張弦梁結(jié)構(gòu)平面尺寸為68.8 m×47.7 m，共設(shè)置8榀張弦梁，長度均為48 m，單榀張弦梁整體吊裝重量26.7 t，整個屋蓋鋼結(jié)構(gòu)重量大約為345 t。

首先，場地準(zhǔn)備。

（1）分析場地狀況。該項(xiàng)目的主體部分是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，屋面由屋蓋張弦梁主梁8榀、聯(lián)系梁2榀、邊梁2榀、其他聯(lián)系梁3榀、撐桿、交叉拉桿、主索和穩(wěn)定索組成構(gòu)成。屋面鋼梁的吊裝必須由車輛吊來完成。

（2）場地籌備。由于體育場內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，吊裝工作場地狹窄，在施工之前，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真和分析。根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)，確定了主體張弦梁每榀分三段運(yùn)至場地，結(jié)構(gòu)現(xiàn)場拼裝，張弦梁構(gòu)件堆放在體育中心內(nèi)部安裝位置附近，這樣可以免去二次搬運(yùn)的麻煩，也為張弦梁的整體吊裝提供便利。前6榀張弦梁和邊梁即12~6軸線的鋼構(gòu)件拼裝及堆放場地緊靠于C軸線，最后2榀張弦梁和邊梁即5和3軸線的臨時拼裝區(qū)域位于5軸和3軸之間，其拼裝方向與原來6榀張弦梁的拼裝方向垂直。

（3）鋼梁焊接。張弦梁主梁截面形式主要為焊接箱型截面，規(guī)格為RHS700 mm×300 mm×25 mm，材質(zhì)主要分為Q355B其中張拉弦桿耳板于主梁兩端插入其箱型截面，并且采用T型對接焊接。由于鋼梁的生產(chǎn)場地比較大，施工場地也不需要過多的預(yù)制，所以所有的鋼梁都是采用了場外的方式進(jìn)行預(yù)制，因?yàn)橹髁旱拈L度比較大，搬運(yùn)起來也比較麻煩，所以將其分為三部分，然后運(yùn)送到了工地上，然后在地面上進(jìn)行組裝。主梁分段后，每個區(qū)段長度為16 m，重量約8.9 t。在此基礎(chǔ)上，利用一個50 t的大型起重機(jī)，在現(xiàn)場對主梁進(jìn)行了分段組裝。鋼梁為全熔透等強(qiáng)度焊接，焊接時需開坡口、加襯板、設(shè)置引弧板，一次焊接成形，并按照二級焊縫檢驗(yàn)，通過驗(yàn)收后方可吊裝。

其次，主鋼梁吊裝。

（1）吊裝過程模擬。①選擇吊裝設(shè)備。單根主鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的自重G=26.7 t，按130 t履帶式起重機(jī)的性能表取值，工作半徑14 m，臂長34 m時工況其起重工作量為35.6 t。②吊裝模擬。在吊裝之前，將拼接好的主鋼梁Ⅰ，主鋼梁Ⅱ，主鋼梁Ⅲ分別置于相應(yīng)的位置，并進(jìn)行了吊裝過程的仿真。

舉例來說，第一主梁 I段的三段起重操作：

“吊裝過程1”是在準(zhǔn)備階段，將主梁豎向吊裝到20 cm處，進(jìn)行吊裝實(shí)驗(yàn)；“吊裝過程2”是利用起重機(jī)臂的升降、旋轉(zhuǎn)等動作，將主鋼梁從結(jié)構(gòu)柱和二樓的觀眾席上抬到各自的位置；“吊裝過程3”通過吊桿將鋼梁抬起，直至梁底超過鋼梁支撐柱的頂部標(biāo)高，然后通過旋轉(zhuǎn)、平移動作將其移到就位。

（2）主鋼梁精確就位。在吊裝時，采用捆綁于梁端的麻繩，以作拉力和穩(wěn)定措施。在吊裝的時候，屋面會有4個工人（兩邊兩個），在主梁抬起的時候，用繩索將主梁抬起，然后用手拉著吊車，在半空中完成主梁的轉(zhuǎn)動。

（3）主鋼梁起吊、安裝。吊裝中心設(shè)在主梁的中間位置，3個吊耳進(jìn)行吊裝。起重時，首先將主梁吊離地面20 cm，然后停住，進(jìn)行10 min的試吊，以檢查各小點(diǎn)有無異常。試驗(yàn)完畢后，將主梁吊裝到安裝高度。按照仿真方案將主梁移至設(shè)計(jì)位置，并進(jìn)行焊接和固定。

第三，次鋼梁吊裝。①吊裝前準(zhǔn)備。次鋼梁與主鋼梁通過對應(yīng)的螺栓進(jìn)行合適地連接，根據(jù)螺栓的基礎(chǔ)要求進(jìn)行，在土建和主梁的吊裝中，如果有一些偏差，那么根據(jù)項(xiàng)目部的基本要求，必須先將主梁吊裝完畢，然后才能進(jìn)行，而且要根據(jù)具體的測量及其相應(yīng)尺寸規(guī)格進(jìn)行加工。②制定吊裝模擬方案。對于鋼梁，一般都要控制在1~3 t之間，并且要選擇合適的車輛進(jìn)行吊裝，在吊裝的初期，要預(yù)先對其進(jìn)行仿真。之所以要進(jìn)行仿真，就是為了讓吊車在起重的時候盡可能多的進(jìn)行輔助鋼梁的吊裝，這樣就可以減少吊車在重復(fù)的情況下造成的浪費(fèi)，在將起重機(jī)的工作水平進(jìn)行提高，然后盡可能降低高空作業(yè)幾率，最大化降低安全事故發(fā)生率。③綜合措施。有關(guān)部門在實(shí)施初期階段已制訂了具體的施工方案，并對風(fēng)險較大的項(xiàng)目進(jìn)行了一段時期的相關(guān)研究。相關(guān)團(tuán)隊(duì)認(rèn)真地研究了吊裝方案的總體內(nèi)容，根據(jù)現(xiàn)場的觀察，結(jié)合自己的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)各自的特點(diǎn)，根據(jù)不同的情況，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的吊裝船段，將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，使得整個吊裝過程更加順利。

4 結(jié)束語

總而言之，在大型屋面鋼結(jié)構(gòu)工程中，吊裝施工技術(shù)的運(yùn)用十分關(guān)鍵。針對施工單位而言，必須科學(xué)制定吊裝方案，通過科學(xué)方法，開展規(guī)范施工，必須做好施工環(huán)節(jié)的嚴(yán)格監(jiān)督，方可有效提升工程質(zhì)量，確保屋面施工的效率，促進(jìn)建筑業(yè)的快速、穩(wěn)定發(fā)展。