關于大跨鋼結構安裝施工關鍵技術分析

楊軍YANG Jun

（中國水利水電第八工程局有限公司，長沙 410000）

0 引言

基于社會經濟的發展，建筑行業日新月異，建筑結構日益復雜，施工工藝不斷更新。本文以大跨度鋼結構為探究對象，該類型建筑的空間結構特征主要表現在跨度大、桿件類型多且數量大，受力關系也十分復雜，這就決定了此類建筑施工難度較大。所以，必須對大跨鋼結構安裝施工中的關鍵工序和技術要點予以明確，加強控制，方可保證最終的施工質量。

1 大跨鋼結構發展概述

20世紀中后期至邁入21世紀的幾十年中，涌現了一大批空間鋼結構，建筑材料、結構樣式、工程技術等都得到了極大程度的發展。在公共建筑中，出現了形如上海體育場的索膜結構、如上海世博會世博軸的索膜與單層網殼結構組合，在商業及地標建筑方面，鋼結構作為承重骨架或外包結構也得到了廣泛的應用，包括在地標建筑上的應用，如香港中國銀行大廈和廣州塔等。大跨空間結構多采用鋼結構體系，其具有顯著的輕質、高強的特征，并且可滿足大跨度、超高層建筑結構施工對于材料性能的高要求。所以，鋼結構被廣泛應用于各類大跨空間結構中。

隨著鋼結構建設產業化以及“十三五”規劃和“2025”規劃建議的提出，鋼結構作為裝備制造業與建筑和土木工程業的交叉行業，無疑在未來幾年內將得到極大的發展，而鋼材作為空間結構的主要組成材料，其發展必將推動形式復雜多樣的空間結構的建造，這就需要更加完善的施工理論和技術為建造過程提供安全保障，這也是本文研究的重點所在。

2 大跨鋼結構特點與安裝施工技術方法

2.1 大跨鋼結構特點

①大跨空間鋼結構形式多樣，而且施工技術極其復雜，例如，廣州國際會展中心跨度126.6m，國家游泳中心跨度為177m，國家體育場跨度為296m，而南京奧體中心體育場跨度為360m。

②與傳統的結構形式相比，大跨空間鋼結構多非采用單一結構形式，而是以組合形式為主。例如，鳥巢采用的是扭曲的空間桁架結構，而廣州國際會展中心則采用的張弦桁架結構。

③在大跨空間鋼結構中，預應力技術的應用也十分廣泛，且隨著技術水平的不斷提升，衍生出很多新型的結構形式，如膜結構、張拉整體結構及索穹頂等。例如，國家體育館采用的是雙向張弦梁結構，奧運會的羽毛球館比賽場館采用的是弦支穹頂結構。在大跨空間鋼結構中應用預應力技術，在優化了建筑結構的同時，也可降低工程成本。對于結構的改善表現在降低了內力峰值，全面提升了結構剛度。

④大跨空間鋼結構施工規模大，難度高，對于精度的要求極為嚴格。因此，此類工程多為國家重點工程項目，對于建筑外觀、施工質量、成本控制、工期等要求較高。例如，鋼結構加工精度的管控，很多焊縫多按照一級焊縫標準進行處理，其作業的執行難度較高，且工作量較大，對此，要想在規定時間內完成相應的施工任務，則可以改為預拼裝形式。

2.2 大跨鋼結構安裝施工技術方法

結合相關理論與實踐分析，大跨空間鋼結構的形式眾多，且受力相對復雜，常見施工技術方法如下：

2.2.1 高空滑移法

高空滑移法是在提前設置好的滑軌上移動網架單元，在滑移至指定位置后進行拼接，形成一個有機整體。其中網架單元需現在工程地面進行拼接，后通過起重機吊運至支架上。若現場的設備和施工條件不允許，則可以先拼接小型散件，后在空中進行組裝，拼接成為條狀單元。高空支架通常會設置在建筑物的一端，在滑移時，網架吊裝單元會向另一端移動，主要有單條滑移法、逐條累積滑移法兩種。

2.2.2 高空散裝法

高空散裝法是統一安裝節點和桿件，在空中直接拼接成一個整體。當前高空散裝法主要有懸挑法、全支架法，前者多應用于高空拼接，后者多應用于散件拼接。該施工工藝操作便捷，安全風險低，但是施工進度慢。高空散裝法多被應用于非焊接的網架屋蓋施工中，無需使用大型的起重設備，工程質量的可控性較高。

2.2.3 分條分塊安裝法

分條分塊安裝法是將網架分為塊狀單元或者是條狀單元，再有起重機有序地懸吊至空中指定位置進行拼接。該工藝中的拼裝和焊接作業均在地面完成，可節省拼裝支架的用量，施工效率和質量較高。需注意的是，分條單元或者是塊狀單元的重量需嚴格控制，必須與起重設備的型號相匹配。該工藝多被應用于中小型網架結構施工中，高空作業量的占據比例較大。

2.2.4 整體提升法

整體提升法是在結構柱上安裝提升設備、網架，主要有滑模提升法、單獨提升法兩種，前者為新型的網架結構安裝方法，更適合小型設備的安裝作業。

2.2.5 整體頂升法

整體頂升法是在結構點下設置千斤頂，完成安裝后將結構頂升至相應位置。此方法與整體提升法類似，但是使用的提升設備和位置有所差異，整體頂升法支點在下面，整體提升法支點在上面，且作用原理也不同。采用整體提升法時，只需將提升設備垂直安裝就可實現網架的有效上升；采用整體頂升法時，若是無導向措施，極易出現偏轉問題。上述兩種方法的共同點是安裝過程中無法移動或是轉動。

2.2.6 整體吊裝法

整體吊裝法是在地面直接將網架拼裝成一個整體，然后由起重設備懸吊鋼結構構件至規定位置。采用該方法進行空間鋼結構的安裝，允許在場外進行，也可在柱錯位處總拼，適用于連接網架焊接，可有效保證焊接質量。但是該方法也存在一定缺陷，即對起重設備的操作要求較高，對停機點有明確要求，多適用于小跨度或者是中跨度的空間結構施工。

2.2.7 移動支架安裝法

移動支架安裝法就是在可移動的支架上開展安裝作業，對于已經安裝好的結構必須加設臨時支撐，以減少位移，在結構部分的安裝工作結束后再拆除臨時支撐結構。移動支架與固定支架相較，穩定性略差，但是移動支架中支撐腳手架數量較少，可較少人力作業量，也有效加快了施工進度，同時無需使用大型起重設備，成本較低。

3 實例探析大跨鋼結構安裝施工關鍵技術

3.1 項目概況

紅河特大橋鋼箱梁總拼場鋼結構廠房位于5#路基左幅鋼箱梁總拼場內，距元陽側主墩約800m，分為鋼箱梁總拼主廠房及節段防腐車間。主廠房內部設置2臺20t橋式起重機（36m跨）、鋼箱梁總拼胎架、雙拼胎架及板單元存放區。主要用于紅河特大橋主橋鋼箱梁總拼，面積112m×39m（長×寬）。防腐車間設置為兩個封閉式鋼結構廠房，內部凈空尺寸均為35m×16m（長×寬），主要用于節段噴砂及涂裝。

3.2 鋼結構情況

廠房采用的是單層門式鋼架鋼結構，建筑總面積為5515m2，抗震設防烈度為7.0度，采用鋼筋混凝土獨立基礎，主要構件有鋼柱、鋼梁（屋面梁，吊車梁）、系桿、柱間支撐、屋面支撐，C型鋼檁條，屋面及墻面彩板等。該廠房最大鋼柱單重約3.65噸，最大組合后吊裝單體梁單重約4.35噸。主要吊裝部件參數如表1所示。

表1 鋼結構廠房主要零部件重量及外形尺寸表

3.3 鋼結構安裝流程

廠房鋼結構安裝主要流程步驟：

第一步：安裝前準備工作：包括技術準備工作；設備清點、驗收、保養；工具材料、人員分工落實等準備工作；

第二步：安裝樣點的放設；

第三步：鋼結構廠房基礎地腳螺栓安裝、二期混凝土澆筑（包括鋼筋安裝）、養護（已完成），并復查合格；

第四步：鋼柱安裝；

第五步：屋面梁安裝；

第六步：支撐系桿及軌道梁安裝；

第七步：檁條安裝；

第八步：二次防腐；

第九步：彩鋼板安裝。

3.4 施工技術方案

3.4.1 吊裝順序

鋼柱、鋼梁的吊裝是主要骨架。但不管是鋼柱的吊裝還是其他鋼構件的吊裝都應遵循以下吊裝的順序原則：

①穩定跨柱的安裝：鋼柱鋼梁到位后，先從設有柱間支撐的一個開間的兩顆鋼柱吊起，當鋼柱吊裝就位后，吊車解開吊繩前應對鋼柱加拉三顆風繩，等風繩固定穩后才能松吊繩。調整鋼柱使其標識與定位軸線及控制標高點相重合及后再安裝系桿及柱間支撐，并作調整使之達到施工規范及設計要求。

②穩定跨梁的安裝：穩定跨柱安裝完后就形成了一個平面的穩定結構，但不能隨后就安裝其它的鋼柱，應安裝穩定跨的鋼梁，梁間系桿及屋面支撐并調整使之達到施工規范及設計要求。

③穩定跨安裝完畢后就形成了空間穩定結構，此后則可按以下順序進行安裝：鋼柱→柱頭鋼系桿→屋面鋼梁→鋼梁間系桿→屋面檁條。

3.4.2 鋼柱吊裝

該工程選用QY25型汽車吊完成鋼柱的吊裝作業，并安排了專人指揮操作。在吊裝過程中，通過旋轉法，也就是先將鋼柱運送至工程現場的指定位置，起重機在起鉤的同時回轉，使柱子圍繞柱腳旋轉即可講鋼柱吊裝至指定剛度和位置，流程如下：綁扎→起吊→對位→臨時固定→校正→固定，如圖1所示。需注意的是，在鋼柱吊裝至指定位置后需進行調試，對鋼柱支座中心、定位軸線、鋼梁側向彎曲等進行逐一檢查，后有序完成柱間支撐的安裝作業。

圖1 鋼柱吊裝示意圖

3.4.3 屋面梁吊裝

屋面梁安裝過程為：地面拼裝→檢驗→空中吊裝。地面拼裝時采用無油枕木將構件墊起，構件兩側用木杠支撐，增強穩定性。屋面梁吊裝作業順序為地面拼裝→檢驗→空中吊裝。該部分的吊裝由兩臺設備共同操作完成，吊點先進行綁扎，綁扎位置需使用軟材料進行襯墊，起保護作用，可避免鋼構件損壞。在第一榀鋼梁連接后使用兩根溜繩從兩側進行拉伸，穩固鋼梁，每吊一榀鋼梁則用屋面梁面系桿，而屋面檁條則用于連接固定。在鋼梁位置、垂直度等確認無誤后可安排其他構件的安裝工作，完成上述作業任務后擰緊螺栓。

吊點位置（如圖2），屋面梁吊耳應在鋼梁制作時就一并焊接牢固，起吊用鋼絲繩直徑均為17.5mm。

圖2 屋面梁吊點設置示意圖

3.4.4 行車梁、系桿及墻面檁條及安裝

①行車梁安裝。行車梁長度7.5m，采用四點兩繩起吊，在鋼梁的兩側拴好溜繩，調整位置后使用螺栓對鋼梁和鋼柱進行連接處理，并對連接出進行檢查，必須牢固。同時，安裝系桿和水平支撐，構件一個相對穩固的空間體系后即可拆除吊鉤。

②系桿安裝。因系桿的截面積較小，自身重量較輕，需通過一鉤多吊或成片吊裝方式完成吊裝作業。對于檁條的校正重點為間距和平直度，檢查方法如下：間距檢查，使用樣桿在檁條桿件移動，如發現尺寸偏差需立即調整；平直度檢查，可使用拉線或者是鋼尺進行檢查，精準度符合要求后即可用螺栓進行固定。

③檁條安裝：檁條安裝前，測量、整平檁條支撐點，低的點適當墊高，檁條高差應嚴格控制在±5mm范圍以內。檁條支撐點應按設計要求的支撐點位置固定，所以支撐點應用墨線彈出中心位置，供檁條安裝定位，確保檁條的直線性和按照檁條布置圖布置。按照圖紙要求進行螺栓連接，連接前應對固定點進行測量，確保間距、位置正確，直線度不大于6mm，高度不大于5mm。

3.4.5 鋼屋架的吊裝

鋼屋架采用吊車吊裝，鋼屋架的側向穩定性差，如果吊車的起重量、起重臂的長度允許時，先拼裝兩榀屋架及其上部天窗架、檁條、支撐等成為整體，然后再一次吊裝，有效確保吊裝穩定性，同時也能提高吊裝作業的效率。

鋼屋架的最后固定，采用高強螺栓固定。

4 結語

紅河特大橋鋼箱梁總拼場鋼結構廠房在投入使用一年后，順利完成了該項目部的鋼結構制作任務，期間未出現任何安全隱患與事故，經專家評估后，主要鋼構件拆除后運往下一個項目同類鋼結構廠房繼續使用。

綜上所述，鋼結構由于具有性能穩定、價格適中以及可重復使用等優點，近年來得到了廣泛應用，尤其是在大跨度結構中表現優異。大跨鋼結構工程往往具有構件數量多、結構復雜、施工難度大、安裝精度高等特點，對此必須根據項目情況、施工條件合理制定安裝施工方案，規范落實各道關鍵工序，在保證質量、工期的同時，合理控制成本，確保項目效益良好。