大跨度鋼桁架結構屋頂快速施工技術

陳貽清 王志龍 毛厚壯 王 昊 宋 斌

（中建八局第一建設有限公司，山東 濟南 250000）

現如今我國體育場館、圖書館乃至主題公園等公共建筑均朝向大跨度建筑類型發展，而鋼結構本身具備的輕質高強特性讓其在大跨度建筑屋面中得到廣泛性應用[1-3]。傳統建筑施工模式下的鋼結構安裝技術是“拼裝+焊接”，在小體量建筑結構中得以應用，但在大跨度結構體系中應用這一方法既無法確保整個鋼結構安裝質量，也會給建筑施工增加不必要的施工工序，無形延長建筑項目的施工周期，增加大型建筑的施工安全隱患[4]。

1 工程概述

集成電路制造線項目總承包工程位于深圳市龍崗區平大路與新廈大道交叉路口東北角。合同要求建筑工程質量需要達到廣東省建設工程優質結構，建筑項目的總建筑面積約為15.75 萬m2，包括辦公樓、實驗樓、實驗樓、停車庫、倉庫等其他廠房配套設施。

B1 實驗樓鋼結構為屋架鋼結構，長寬度為96m×48m，跨度為24m，用鋼量為1045t，結構形式為桁架結構。鋼結構主要構件概況如表1 所示。

表1 鋼結構主要構件概況

2 施工重難點

案例工程的鋼桁架結構設計相對新穎，一共分為16 跨，跨度較大為24m，桁架最重為23.2t。在實際施工過程中，需要利用200t 汽車吊分段吊裝，上下弦桿則使用50t 汽車吊裝施工。

案例工程涉及的構件品種較多，各個鋼構件需要在工廠加工完成之后到施工現場拼裝，為此需要在鋼板進場前對其進行無損檢測，下料前完成原材取樣、送檢的工作。同時需要對于各種配件按照圖紙要求來分類編號，有序開展構件打包運輸工作。根據施工現場要求對于構件分類就近堆放，盡可能地減小對于構件的二次搬運，與此同時也要合理應用機械裝置，提升構件搬運效率，保障建筑項目的施工工期。

案例工程的緊固件連接關乎整個建筑項目的施工質量，通過開展高強螺栓連接副試驗，施工現場抗滑移試驗，繼而全面提升高強螺栓安裝質量。

3 大跨度鋼桁架結構屋頂快速施工技術

3.1 工藝流程

單榀桁架地面拼裝→單榀桁架地面焊接、吊耳焊接→側（北側）桁架及上下弦桿吊裝→螺栓緊固及桿件焊接→另一側桁架及上下弦桿安裝→螺栓緊固及桿件焊接→上部門架吊裝→安裝完成。

3.2 大跨度鋼桁架結構吊裝要點

3.2.1 吊裝裝置選擇

吊裝機械選擇是根據工程實際施工情況、構件重量以及吊裝半徑選擇吊裝機械。案例工程的屋架單片為24m，最大重量為23.2t，現場吊裝半徑選取20m，吊裝高度為19.6m，以200t 汽車吊相關標準為基礎選取53.03m 吊車臂長取53.03m，吊裝重量設計為23.5t，吊裝鋼絲繩的直徑為45.5mm，吊裝用的卡環為25t標準。

3.2.2 拼裝平臺設計

拼裝平臺搭建受到運輸條件以及施工現場條件制約，構件只能在現場拼裝后整體吊裝施工，因此拼裝場地需要盡可能選擇在吊裝施工附近區域，避免出現二次倒運情況。拼裝平臺的型鋼需要利用水平儀超平，而型鋼下方需要利用鋼板塞實，而拼裝場地也要進行平整與夯實，避免拼裝場地出現下沉現象。

3.2.3 屋架吊裝要點

1.吊裝前。施工人員需要根據構件重量、施工作業半徑確定施工流程，選用200t 的汽車吊開展屋架單片的吊裝作業，先對實驗樓北側的屋架進行吊裝施工。此外，在吊裝前施工人員需要對預埋螺栓的螺母以及墊片安裝狀況進行檢查與調整，對于操作平臺的搭設情況進行檢查，對于吊裝設備、鋼絲繩等器械設備進行安全檢查，有效避免安全事件的發生。

2.吊裝中。吊裝作業準備工作完成后便可進行起吊作業。第一，屋架起吊時需要保證吊裝速度的緩慢，柱腳板為方形板的接觸面不動，屋架緩慢性直立，而吊車吊臂可伴隨其緩慢仰桿，確保吊鉤與鋼絲繩始終處于垂直狀態。在屋架垂直立起時需要先停止起鉤，確保屋架穩定后緩慢起吊，避免屋架出現較大的晃動發生安全隱患。第二，在屋架起升過程中，調度指揮人員需要觀察屋架的動態并及時與吊車司機保持聯系，等待屋架轉過廠房混凝土達到安裝區域位置上方后，可停止吊車轉臂并穩定屋架桁架。安排兩名施工人員在桁架基礎架體上穩定屋架桁架并幫助屋架平穩下落至地腳螺栓上方50mm 區域，施工人員需要從兩個方面將地腳螺栓與鋼柱柱腳板的孔位對準，通過緩慢落鉤確保屋架鋼柱能夠平穩落在地腳螺栓孔位置。第三，施工人員需要墊好墊片并擰上螺母，利用線墜檢查屋架鋼柱垂直度，在調整好其垂直度后利用螺母擰緊，吊車便可松掉鋼絲繩而施工人員經由立柱處的直爬梯在屋架上弦桿區域摘鉤。第四，在1 榀吊裝完畢后，方法同上進行屋架后續吊裝工作。屋架吊裝完畢后利用50t 的汽車吊來吊裝上下弦桿間的連接次梁，繼而形成框架式的屋架結構，確保框架式屋架結構本身的穩定性。第五，在屋架吊裝作業過程中，施工人員需要在施工現場周邊拉好警戒線，嚴令禁止與項目施工無關的人員進入吊裝施工作業現場。

3.吊裝后。屋架吊裝作業完成后施工人員需要在鋪設樓承板前完成屋面上門式結構安裝作業，針對所應用的6m 寬小門式結構可先行在地面上整體拼裝，在拼裝完成后進行整體吊裝，而大門式結構則需要進行單根吊裝，吊裝方法與屋架吊裝方法同樣。

3.3 鋼梁施工要點

案例工程所應用鋼梁最重為1.2t，長度為5.5m。鋼梁吊裝工藝流程為固定安全扶手繩→清理鋼梁摩擦面，配備安裝螺栓→采用一鉤一吊方式起吊→安裝鋼梁，利用撬棍調整，對齊螺栓孔→螺栓臨時固定→高強螺栓替換安裝螺栓固定，終擰高強螺栓并補涂連接板油漆。

3.4 大跨度鋼桁架結構焊接要點

3.4.1 明晰焊接內容

對于案例工程鋼桁架結構焊接工作，主要是針對鋼梁焊接，通過利用Q355B 材質的鋼材對其進行焊接。本次工作所選擇的焊接方法為拉弧式電弧螺柱焊以及焊條手工電弧焊，焊縫形式為平焊。

3.4.2 合理選擇焊接材料與工藝參數

案例工程的主要鋼構件材質為Q355B，選擇的焊接材料為Φ3.2mm的E50XX焊條、Φ4mm的E50XX焊條。

在進行手工電弧焊工藝參數、CO2氣體保護焊工藝參數選擇過程中，需要以鋼板厚度、種類、坡口形式等為依據。

3.4.3 構件焊接要點內容

1.做好焊接準備工作。第一，施工人員需要在焊接前清理好焊渣、飛濺等雜物，對于定位焊點以及收弧處需要利用角向磨光機修磨成緩坡狀，同時確保其沒有熔合、收縮孔等缺陷。第二，手工電弧焊是不能應用于母材與組隊的坡口內區域，而施工人員需要在試弧板上分別開展短弧、長弧以及正常弧長的試焊工作，并嚴格核對其極性。第三，CO2氣體保護焊施工前，施工人員需要在試弧板上分別進行焊接電流、收弧電流、收弧電壓的對比調試工作。施工人員需要開展氣體檢驗工作，對于氣體流量、送氣時間、滯后時間進行合適，同時也要確認氣路不會出現阻滯、泄露的情況。第四，施工人員需要確保焊接材料與輔材均有質量合格證書且滿足建筑項目的施工要求。與此同時，需要在施工現場內設置專門用于存儲焊材的場所，對于焊材分類存儲保管。第五，施工人員需要提前對焊接器材進行安全檢查，確保焊接器材沒有故障問題，焊槍口無堵塞的問題，接口處未有氣體泄漏的問題。第六，施工人員需根據焊接形式以及焊接量提前配備充足的焊接人員與輔助人員。

2.構件焊接控制要點。第一，施工人員需要在焊道兩側加上與母材同材質、同坡口的引弧板與熄弧板。第二，在外界環境溫度低于焊接要求溫度時，可將焊構件預熱至150℃時，利用CO2氣體保護焊進行焊接操作。第三，為了避免出焊接變形問題，可采用對稱施焊的手段，隨時利用鋼尺檢驗焊接尺寸并進行調整，一層焊作為打底，二層焊與三層焊可逐步提升焊接電流、電壓，適當降低焊接的速度。第四，在上層焊道相對較寬時，每一層可焊接2 遍到3 遍，每一遍焊接完成后均需要清理干凈熔渣，并密切觀察焊縫的融合狀況。第五，在焊縫存在局部缺陷時，可利用碳弧氣刨清除，借助角向磨光機打磨焊接干凈后再開展焊接工作。

3.明晰焊接條件。第一，在下雨天氣不允許開展焊接操作，倘若當天必須要開展焊接施工，需要在施工作業區域設置防雨與防風措施。同時在焊縫區的空氣濕度超過85%時，需要對其進行加熱除濕處理。第二，施工人員需要確保焊縫表面的干凈，不可在表面存有、浮銹、油漆以及水分等。第三，風力大于5m/s 采用手工電弧焊作業以及風力大于2m/s 采用CO2氣體保護焊焊接作業時，需要在施工現場設置防風棚。

3.5 高強螺栓施工要點

3.5.1 節點處理要點

在鋼結構安裝調整完成作業后，施工人員需要對連接件進行矯正作業施工，確保連接件并未有變形、錯位等問題后，對其進行高強度螺栓安裝施工。先利用手動扳手進行緊固，加強二者與摩擦面的貼緊水平，每一個節點穿入臨時螺栓數量不能少于高強度螺栓總數量的三分之一，而定位銷沖打穿入的數量則不能多于臨時螺栓總數的3%。

3.5.2 螺栓安裝要點

第一，大六角型螺栓連接副安裝過程中，施工人員需要確保根部墊圈有倒角的一層與螺栓頭傳入方向的一致。第二，需要保證安裝螺栓構件摩擦面的干燥清潔性，避免出現雨中作業的情況。第三，高度螺栓的擰緊順序是節點板中心向邊緣施擰，外露絲扣最多為3 扣，在節點板上的孔超出允許偏差值導致高強螺栓不能穿通時，可利用鉸刀適當進行修整，施工人員需要確保修整后的最大直徑在螺栓直徑1.2 倍以內。此外，在鉸孔過程中需要防止鐵屑落入板疊縫隙當中，影響高強螺栓的安裝質量。

3.5.3 高強螺栓緊固檢查

第一，在高強螺栓緊固過程中，施工人員需要對其等級、規格、長度、外觀以及緊固順序等內容進行檢查。第二，在高強螺栓緊固完成后，施工人員需要利用0.3Kg 的小錘敲擊每一個螺栓螺母的一側，與此同時，施工人員需要用手指按住另一側，繼而檢查是否存在漏擰的情況。第三，高強螺栓復檢的抽查量是每一個作業班組每天終擰完畢數量的5%，復檢抽查不合格的數量需要低于被抽檢數量的10%。

4 結語

在建筑產業持續發展的背景下，各種大型建筑數量越來越多，大跨度鋼桁架結構也愈發廣泛，針對此類建筑項目的施工要求也在不斷提升，在大跨度鋼桁架結構屋頂快速施工過程中，需要尋找各個工序的施工關鍵點，合理組織項目施工，全面提升大型建筑施工質量。