傘狀形鋼柱柱頂鋼梁對接施工技術研究

李 斌 （安徽三建工程有限公司，安徽 合肥 230022）

0 前言

隨著鋼結構施工技術的推廣應用和發展，鋼結構的應用范圍越來越廣，除普通工業廠房、基礎設施、橋梁、展覽館、體育館等諸多方面外，超高層建筑、大型公共建筑等也越來越多地應用鋼結構，特別是一些造型獨特、空間異形結構[1]。通常，空間異形鋼結構中傘狀形鋼柱柱頂鋼梁現場對接施工時需搭設臨時支撐平臺，以確保鋼梁對接過程安全及對接質量[2]。

1 傘狀形鋼柱柱頂鋼梁現場對接施工技術簡介

傘狀形鋼柱由一根Ф500*10 鋼管柱及三根Ф245*8 鋼管支撐構成傘狀形，鋼管支撐一端與H 型鋼梁通過Ф70銷軸連接，另一端與鋼管柱通過焊接固定；其中，鋼管支撐在鋼柱上方多方向鋼梁對接完成后進行安裝。

傘狀形鋼柱柱頂設計標高與柱頂正上方鋼梁下表面設計標高高差為2.5m,鋼柱加工長度較設計長度延長2.5m，至鋼梁下表面，頂部用鋼板封堵，作為柱頂上方多方向鋼梁對接施工臨時支撐平臺。鋼柱上方首根鋼梁安裝根據鋼柱頂部十字線進行輔助定位，確保首根鋼梁定位準確。鋼柱上方多方向鋼梁對接完成及三根鋼管支撐安裝完成后，切除鋼柱設計標高以上鋼管柱，并用裝飾半球封堵鋼管柱。

2 傘狀形鋼柱柱頂鋼梁對接施工工藝原理

傘狀形鋼柱柱頂鋼梁對接施工，首先，復核鋼柱預埋螺栓尺寸，利用經緯儀、水準儀定位傘狀形鋼柱安裝十字線，確保鋼柱定位準確后安裝傘狀形鋼柱，并用攬風繩三邊固定鋼柱；其次，安裝傘狀形柱頂上方首根鋼梁[3]，鋼梁一端與普通鋼柱螺栓連接，另一端根據傘狀形鋼柱柱頂十字線位置臨時固定在延長柱頂頂部，鋼柱延長部位作為臨時支撐平臺，其余方向鋼梁依次安裝并完成對接；接著進行三根傘狀鋼管支撐安裝施工；最后將傘狀形鋼柱設計標高以上部位鋼柱切除，并用裝飾半球封堵。

3 施工工藝及施工操作要點

3.1 施工工藝流程

傘狀形鋼柱柱頂鋼梁對接施工工藝流程如圖1所示。

圖1 傘狀形鋼柱柱頂鋼梁對接施工工藝流程

3.2 施工操作要點

3.2.1 施工準備

認真熟悉圖紙，進行二次深化設計并請設計、甲方、監理進行圖紙確認，編制施工機具設備需求計劃；吊裝路線規劃，起吊位置布設，構件堆放場地平整；組織工具用具、機械吊裝設備和鋼板等進場；根據實際吊裝高空對接情況編制安全技術交底書，組織召開安全技術交底會議，確保操作人員了解相關施工技術要求及安全防護措施。

3.2.2 測量放線

采用（激光）經緯儀、水準儀、線錘、墨斗等儀器工具，在混凝土短柱上彈出鋼柱安裝十字線，允許偏差為±5.0mm；根據施工廠區基準點，確定標高控制點。

3.2.3 傘狀形鋼柱安裝

根據鋼柱定位十字線安裝鋼柱，通過柱腳調平螺母調整鋼柱垂直度，調整完成后柱腳底板下方對稱墊設四塊斜鐵，并拉設攬風繩三個方向固定鋼柱（見圖2）。

圖2 傘狀形鋼柱安裝固定示意圖

3.2.4 首根鋼梁臨時固定

傘狀形鋼柱安裝固定完成后進行鋼柱上方多方向鋼梁中首根鋼梁臨時固定安裝，首根鋼梁與其余普通鋼梁區別在于：首根鋼梁在鋼柱上方對接位置處有多方向分叉接頭，以便普通鋼梁與其對接連接（見圖3）。首根鋼梁需定位準確，否則影響其余普通鋼梁對接精度，甚至導致其余鋼梁無法對接。首根鋼梁通過點焊與傘狀形鋼柱延長部位頂部臨時固定（見圖4）。

圖3 首根鋼梁圖

圖4 首根鋼梁臨時固定示意圖

3.2.5 其他鋼梁對接

首根鋼梁臨時固定完成后，依次進行剩余方向鋼梁高空對接，遵循先對接跨度小、截面大的鋼梁，后對接跨度大的鋼梁原則；在鋼梁對接節點剛接前需確保各方向鋼梁安裝精度，滿足要求后方可焊接固定（見圖5）。

3.2.6 鋼管支撐安裝

每根鋼管柱頂部有三根Ф245*8 鋼管支撐，與鋼管柱構成傘狀形鋼柱。鋼管柱上方多方向鋼梁對接完成，剛接后，經焊縫探傷檢測符合設計要求，方可進行鋼管支撐安裝。鋼管支撐一端與鋼管柱上方鋼梁通過銷軸連接，為鉸接節點，另一端與鋼管柱通過焊接連接，為剛接節點，三根鋼管支撐與鋼管柱焊接節點位于同一標高，安裝過程中需嚴格控制三根鋼管支撐底部標高，確保三根鋼管支撐受力均勻（見圖6）。

圖6 鋼管支撐安裝示意圖

3.2.7 鋼柱設計標高以上切除

①傘狀形鋼柱頂部三根鋼管支撐安裝完成后，進行鋼柱設計標高以上部位鋼柱切除工作，采用盤片切割機切除，切除作業時確保作業人員操作面安全，做好高空防墜、防火等相關安全措施。

②鋼柱設計標高以上部位鋼柱切除后，需進行鋼柱頂部封堵，封堵材料選用裝飾半球，壁厚同鋼管壁厚，與鋼柱頂部通過焊接固定，以確保鋼柱整體剛度符合設計要求（見圖7）。

圖7 鋼柱切除裝飾半球封堵

4 傘狀形鋼柱柱頂鋼梁對接施工質量安全控制

4.1 原材料質量控制

主鋼構鋼材選用Q345B 鋼，其屈服強度fy ≥345N/mm2；手工焊時，采用E43XX 型焊條，自動焊接或半自動焊接時采用的焊絲和焊劑，應與主體金屬的強度相匹配；高強度螺栓采用大六角頭型高強度螺栓,性能等級為10.9s，不同規格鋼板、鋼管、高強螺栓均見證取樣進行檢測。

4.2 制作質量控制

焊縫質量的檢驗等級：鋼梁鋼柱為二級，其余次要構件為三級。所有梁、柱連接節點，凡是要求坡口等強連接的均應設引弧板，施焊完成后可將引弧板割掉。

所有需要拼接的構件一律要用等強拼接，上、下翼緣和腹板中的拼接焊縫位置應錯開，并避免與加勁板重合，腹板拼接焊縫與它平行的加勁板至少相距200mm，腹板拼接與上、下翼緣拼接焊縫至少相距200mm。

4.3 安裝過程中的質量控制

①平面主梁施工時須考慮跨中起拱高度為60mm，現場起拱后，對起拱高度進行檢查；

②傘狀形鋼柱上方多方向鋼梁安裝需消除積累誤差，確保沿鋼梁長度方向鋼次梁順利安裝；

③大跨度鋼梁安裝完成后，在整個鋼骨架未達到設計要求平面剛度之前，定期進行變形、跨中撓度監測，確保大跨度鋼梁變形、跨中撓度位于設計允許范圍內[4]；

④鋼梁與鋼梁連接、鋼梁與鋼柱連接先利用高強螺栓連接臨時固定，后利用引弧板進行焊接固定；高強螺栓初擰、復擰、終擰在24 小時內進行，并對終擰后高強螺栓隨機檢查扭矩值；

⑤傘狀鋼柱頂部三根鋼管支撐安裝時需嚴格控制鋼管支撐底部標高及鋼管支撐與鋼梁通過銷軸連接質量[5]；

⑥所有剛接節點施焊完成后，對焊縫焊渣進行清理，經檢查焊縫外觀質量及焊縫探傷檢測合格后涂刷防銹底漆兩度。

4.4 吊裝階段安全措施

吊裝作業前做好安全技術交底、安全教育，特種作業人員持證上崗，未經教育和交底的人員不準上崗作業。施工現場電焊作業，必須按有關規定辦理用火審批手續，領取用火證，動火前要消除附近易燃物，并采取一定的防火措施，動火證當日有效。

施工現場全體人員必須遵守勞動紀律和安全生產制度，上班前嚴禁喝酒，作業現場不準吸煙。鋼梁吊裝前，在鋼梁上表面通長布設安全繩，高空作業人員需正確穿戴安全帶、安全帽，穿防滑鞋，安裝使用工器具及螺栓螺帽應隨手入袋，以免墜落誤傷他人。

4.5 其他注意事項

鋼構件吊裝之前應復查鋼構件加工尺寸圖及相應安裝布置圖，確保鋼構件安裝位置準確；通過高強螺栓連接的鋼梁，嚴禁用氣割擴孔，必須擴孔時需經設計單位同意后，采用鉸刀擴孔。

鋼梁高空安裝過程中，操作人員工器具，如扳手、撬棍等應裝入隨身攜帶的袋子里，以免掉落傷人；盡量避免在大風、雨天進行安裝，采取有效措施，防止鋼構件尖銳棱角刺割鋼絲繩。

5 工程應用分析

傘狀形鋼柱柱頂鋼梁對接施工技術應用于南艷高科清華大學合肥公共研究院一期項目綜合實驗大樓鋼結構工程，綜合實驗大樓中庭區域空間異形鋼結構包含三根傘狀形鋼柱，傘狀形鋼柱上方共計15根鋼梁對接施工[6]。

本施工技術采用延長鋼柱設計長度至鋼梁下表面，以作為鋼柱上方多方向鋼梁對接施工時臨時支撐平臺施工工藝，可節省臨時支撐架體材料費、施工機械臺班、以及人工等費用，施工工期大大縮短。

成本分析如下：

①采用普通鋼管腳手架臨時支撐架體，架體搭設高度為20.8m，架體尺寸為3m×3m，所需材料租賃費1500 元/月，地面硬化費用4×4×0.1×350+12×4×4=752 元，搭設架體人工費3×3×20.8×15=2808 元，一根傘狀形鋼柱柱頂鋼梁對接施工臨時支撐架體搭設所費用合計為5060元；

②采用延長鋼柱設計長度至鋼梁下表面，以作為鋼柱上方多方向鋼梁對接施工時臨時支撐平臺所需材料費1280元，切除鋼柱延長部分及進行封堵所需人工費400 元，一根傘狀形鋼柱柱頂鋼梁對接所需費用合計為1680元。

同比節約（5060-1680）×3=10140元。

6 結論

本文以南艷高科清華大學合肥公共研究院一期項目綜合實驗大樓鋼結構工程為實例，對傘狀形鋼柱柱頂鋼梁對接施工技術的工藝原理、施工工藝、質量控制、成本效益等進行分析和研究，得出：利用鋼管柱自身作為鋼柱上方多方向鋼梁對接施工臨時支撐平臺，避免搭設高支撐平臺，節省施工空間，施工安全系數高、綜合成本低、便于施工，可以大大縮短施工工期，具有明顯的經濟效益、工期效益、社會效益。