大跨度钢结构安装施工技术探讨

大跨度钢结构安装施工技术探讨

黄合全

深圳市第一建筑工程有限公司广东深圳518000

摘要：当前，大跨度钢结构的造型越来越独特，结构体系越来越复杂，施工难度也越来越大。因此，研究大跨度钢结构的安装施工技术具有重要的现实意义。本文结合某建筑工程项目施工实例，对大跨度钢结构的安装施工技术展开了探讨，并对大跨度钢结构的安装施工进行了详细的介绍，旨在为类似工程提供参考借鉴。

关键词：大跨度；钢结构；施工技术

随着我国社会经济的快速发展以及工程技术的不断进步，大跨度钢结构在我国建筑工程中的应用也越来越广泛。大跨度钢结构具有造型独特、受力情况复杂、施工影响因素多、施工难度大等特点。因此，如何合理应用安装施工技术，保证工程建设安全、经济、顺利进行是当前建筑界的一个重要课题。对此，笔者结合工程实例进行了相关介绍。

1工程概况

某建筑工程采用框架剪力墙结构体系，建筑总面积约为13.4万平方米，地上均为5层；钢结构的主要形式为：H型钢劲性结构、22.4m标高处的钢结构组合梁和屋顶采光顶的张弦梁结构，工程量约100t。其中钢柱与大跨度钢梁为分段制作及安装，构件主要为H型截面，框架柱最大截面形式为H700×400×12×16mm；活动中心主梁截面为H1200×400×22×18×500×22mm，梁两端变为H550×400×22×18×500×22mm，采用预埋锚栓固定于混凝土梁上；张弦梁截面有H600×200×10×12mm、H300×200×6×10mm、口300×200×8×12mm、○102×6mm。

2钢结构施工特点与难点

本工程钢结构总质量约为100t，钢梁单件质量较大，水平和垂直运输难度大，合理的分段、选用合理吊装方案、选用吊车的起重能力将会成为本工程施工进度的重要影响因素。

2.1结构变形控制

在施工各阶段，主体钢结构当钢梁跨度大于4m时，按跨度的1/500起拱，当为悬臂时按悬臂跨度的1/250起拱，起拱高度不小于20mm，预设调整值和变形测控在整个施工中非常重要，也是保证结构的关键。

2.2结构加工

本工程钢结构构件节点数量多，杆件角度变化大，组装精度高，大量的构件需要采用端部铣平、精密制孔等；截面尺寸较大、单件较重，制作服从吊装。

2.3全防护要求高

钢结构建筑的单根构件在形成框架前需采用临时支撑、缆风绳等加固措施保证其稳定。倾斜构件和悬臂部分构件为悬空安装，安全防护操作平台搭设困难，这部分的安全措施设置尤其重要。

3安装方案

3.1钢结构安装进度部署

中心楼的屋面钢梁跨度大、质量大，只能采用200t汽车吊跨外吊装；楼屋面采光顶钢结构都在塔吊的起重范围内，用塔吊单件吊装；这两栋楼分别有三根劲性钢柱，活动中心钢柱距塔吊25m左右，可采用现场塔吊进行吊装，钢柱位于塔吊作业半径以外，采用汽车吊进行安装。

3.2钢结构安装

3.3.1吊装总体部署

1）施工顺序。本工程较为特殊，拟安排如下：钢柱脚安装—H型钢第一节柱安装—H型钢第二节柱安装—屋面钢梁安装—采光顶安装。

2）钢柱的分节。本工程钢柱吊装拟定分段如表1所示。

表1钢柱分段吊装表

为保证测量基准点的准确性，在基准点投测后，以其他不少于两个点对此进行复核。所有基准点投测完成后，对各控制点进行全面复核，且对各投测点进行专门维护。

②定位环板安装。安装前在地脚螺栓定位环板上划出定位十字线，安装时把定位环板放置在已测设出的纵横定位轴线上，要求定位环板上的定位十字线与钢筋上测设出的定位轴线标志完全对齐。

梳理阀板钢筋，利用水平尺调节定位环板的水平度，然后将定位环板焊接在阀板面筋上，并加固定位环板所在位置涉及的面筋。

③螺杆穿插。定位环板安装完成后，即进行螺杆的穿插。螺杆就位应由两人操作，螺杆尾端用临时垫块固定，与定位孔的间隙均匀一致。固定后，目测螺杆自身是否垂直，定位孔与地脚螺栓之间间隙是否均匀，确认后将螺栓上口旋入调平螺帽，将螺帽旋至定位环板平面，目测螺帽与环板面无间隙为准。

④地脚螺栓顶标高调整、垂直度调整。

a.地脚螺栓顶标高调整。根据标高控制点，用水准仪按照《工程测量规范》（GB50026－2007）中四等水准测量的精度要求，将螺杆调整到设计标高处，并将螺帽旋至定位环板平面无间隙为止，此为粗调。初调结束后，用水准仪将整体螺栓上口的标高复核，至规范和设计要求的控制精度为止。

b.地脚螺栓垂直度调整。利用吊线坠配合双层定位环板保证杆件的垂直度。

⑤地脚螺栓固定。地脚螺栓垂直度和标高调整完毕且检查无误后，将定位环板、螺杆与钢筋进行焊接固定，并通过钢筋与每组螺栓的固定连接来保证各螺栓的相对位置，利用钢筋将底板钢筋与螺栓中部点焊固定，且每个螺栓中部与底板钢筋不少于两处连接，水平钢筋、预埋螺栓、斜钢筋三部分形成稳定结构，以确保地脚螺栓位置稳定。一般在固定焊完成后，再次进行标高和水平位移的复核（见图2）。连接钢筋根据螺栓规格的不同选择C10－C20。

图2地脚螺栓固定示意图

⑥验收与交接。地脚螺栓在混凝土浇灌前应再次复核，对部分误差较大者进行微调。最后在螺纹部位涂抹黄油并用软布包裹后用钢套管套住。上报监理验收，确认合格后转入下一道工序。

3.3.3钢柱吊装

采用单机回转法起吊安装钢柱，起吊前，垫上枕木，绑好爬梯和缆风绳，起吊时，柱端在地面上不得有拖拉现象，钢柱起吊必须垂直，回转必须具有足够的高度，且保持钢柱平稳。

1）上部钢柱的吊装

上部钢柱的安装与首段钢柱的安装不同点在于柱脚的连接固定方式不同。

吊装前，本节钢柱底面和下节钢柱顶面的渣土、浮锈要清除干净，保证上下节钢柱对接面接触顶紧。

下节钢柱的轴线偏差和顶面标高、钢柱扭曲值一定要控制在规范内，上节钢柱吊装时要进行反向偏移回归原位的处理，逐节进行纠偏，避免造成累积误差过大。

钢柱吊装到位后，钢柱的中心线应与下面一段钢柱的中心线吻合，活动双夹板平稳插入下节柱对应的安装耳板上，及时拉设缆风绳对钢柱进行进一步稳固。钢柱吊装完成后，进行初校，以便进行斜撑及钢柱的安装。

现场安装测量时布置两台经纬仪，观测方向一台为圆的径向，一台为圆的切向，两台仪器同时观测。斜钢柱就位时通过旋转、俯仰臂和上下钩将构件准确移动到柱基上方约1m处停置，由安装人员扶持后按倾斜度的方向对正，再开始缓慢下落，待钢柱的底座接触到基础螺栓垫板后，通过观测基本达到正确的安装角度时，立即拉好缆风绳稳固钢柱。

钢柱吊装前使用水平仪复测各点标高，通过调节垫铁和螺母来控制底板标高，经纬仪要提前架在观察点上并调校正确。

钢柱就位后，测量与校正同时穿插进行，钢柱安装测量校正完成后，柱连接螺帽拧紧，用电焊点焊固定，倒链分两个点固定，要使用牢固的锚固点，并将倒链的链条用铁丝扎牢，设置明显标志防止他人触动。

2）注意事项

每根钢柱安装后应及时进行初步校正，以利于钢梁安装和后续校正。

校正时应对标高、轴线、焊缝间隙、垂直度等因素进行综合考虑，每个分项的偏差值都要达到设计及规范要求。

吊点必须对称，确保钢柱吊装时为垂直状。

3.3.4钢梁安装

1）吊装前准备

①吊装前，对钢梁标高、定位轴线、长度、钢梁的标号、螺孔直径、截面尺寸及位置、节点板表面质量等进行复核，符合要求后，才能进行安装。

②用钢丝刷清除浮锈，保证连接面上平整，无毛刺、飞边、泥土等杂物。

2）钢梁的起吊、就位与固定

①将梁吊至安装点处缓慢下降使梁平稳就位，待梁与柱连接板对准后，用冲钉穿孔作临时就位对中，并将另一块连接板移至相对位置穿入冲钉中，节点两侧各穿入不少于1/3的普通螺栓临时加以紧固。

②临时螺栓不少于两套，每个节点上使用的临时螺栓和冲钉不少于安装总孔数的1/3，冲钉不宜多于临时螺栓的30%。

③为了加快吊装速度次梁可以采用串吊的方法进行。

④在任何一个单元钢柱与框架梁安装时，必须校正柱子，柱间框架梁调整校正完毕后，将各节点上安装螺栓拧紧，使各节点处的连接板贴合好以保证更换高强度螺栓的安装要求。

3.3.5屋面钢梁吊装

1）钢梁吊装部署

本工程屋面钢梁为组合型钢梁，钢梁跨度为26m，重量在8.5t左右，考虑到现场施工机械的吊装能力和构件运输等因素，把钢梁分两段运输到现场。现场吊装机械采用200t汽车吊，型号LTM1200/1。根据现场布置及吊装机械的性能，汽车吊需在东、西两侧选择合理位置进行安装。根据汽车吊性能，1、2、8、9号钢梁可采取拼接后整体吊装；其余钢梁采取底部搭设临时支撑，空中拼接的方法安装。考虑到现场4层张弦梁安装时下方需搭设满堂脚手架，钢梁安装需协调土建，满堂脚手架应在钢梁安装完成后再拆除。

2）钢梁的就位与临时固定

吊装前，对产生浮锈的连接板和摩擦面前进行除锈。

钢梁安装就位时，对孔洞有偏差的接头应用冲钉配合调整跨间距，然后再用普通螺栓临时连接。普通安装螺栓数量按规范要求不得少于该节点螺栓总数的30%，且不得少于3个。

3）支撑架计算

支撑架采用脚手架管搭设，截面为700mm×700mm，高度为3200mm，横向支撑间距1600mm，顶部采取加密措施。

根据计算结果显示可满足现场要求。

4）具体吊装方法

图4主臂+副臂的形式

根据现场汽车吊站位，5号钢梁距离汽车吊45.8m，距汽车吊46m时副臂20°吊重5.3t，40°吊重5.4t，满足现场吊装要求。

②6～9号钢梁安装。6～9号钢梁安装时，汽车吊位置变换到J轴线以西15m左右的位置，由于此时5层屋檐阻挡（J轴以西1600mm位置为屋檐边），汽车吊主臂角度最小为54°，此时8号、9号钢梁距汽车吊距离为28.4m、32.7m。此两根钢梁满足拼装后整体吊装，如图5所示。

图56～9号钢梁安装

6、7号钢梁由于距离较远，则需采取主臂+副臂的方式进行分段安装，此时汽车吊占位于J轴以西15m左右位置，钢梁距汽车吊距离分别为为37.1m、41.4m，汽车吊吊重6.7t、5.9t，满足吊装要求。

3.3.6采光顶张弦梁安装

1）采光顶张悬梁整体部署

采光顶为张弦梁结构，跨度为20m，采用预应力钢索规格为φ5×37mm，预拉力为90kN，张弦梁上弦为箱型截面，截面为口300×200×8×12mm，撑杆为φ102×6mm圆管，结构形式如图6所示。

图6结构形式图

根据现场吊装机械及平面布置，钢梁最重为1.66t，距塔吊为47m，根据塔吊性能，满足整根安装要求，故钢梁拼接、张拉后整体安装。

2）施工流程

施工流程：施工图深化—工厂分段制作—地面支架拼接—张拉检测—吊装—水平支撑杆件及檩条安装。

3）张弦梁吊装

张弦梁吊装采用现场塔吊（TC6015），考虑张弦梁上弦构件截面较小，采用3个吊点进行吊装，吊点设置于撑杆处。张弦梁吊装到位后，将固定端用锚栓与框架梁连接。

4）张弦梁水平构件安装

吊装到位后，安装张弦梁间的水平支撑杆件，使张弦梁成为稳定的结构体系。

安装时先安装系杆（XG1），后安装檩条（LT1）。系杆安装采取从两侧向跨中的方法进行安装。

4结语

综上所述，大跨度钢结构的安装施工难度较大，受影响的因素较多。因此，在大跨度钢结构安装施工中，要应用先进的安装施工技术，严格安装施工规范要求进行施工，同时还要加强对施工现场的管理，严格控制施工质量，从而保证工程建设的安全、顺利进行，确保工程的工期、质量等各方面满足施工要求。

参考文献：

[1]黄红刚.大跨度悬挑钢结构安装施工技术[J].武汉工程职业技术学院学报.2016（01）

[2]杨荣华，贾其伟，陈洪军.航站楼大跨度空间钢结构安装施工技术研究[J].青岛理工大学学报.2015（04）