大跨度超高單層鋼結(jié)構(gòu)廠房施工安裝技術(shù)

荊大偉，張任杰

（1.上海寶華國(guó)際招標(biāo)有限公司，上海市 201999；2.寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海市201999）

0 引 言

隨著國(guó)內(nèi)集成工業(yè)化程度的不斷提高，原多條生產(chǎn)線多個(gè)建筑單體的設(shè)計(jì)模式在向獨(dú)立建筑多條生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)模式轉(zhuǎn)變，進(jìn)而導(dǎo)致工業(yè)建筑單體廠房的規(guī)模不斷變大，超高超寬的建筑鋼結(jié)構(gòu)廠房不斷涌現(xiàn)。同時(shí)，受車間內(nèi)工藝設(shè)備基礎(chǔ)及施工場(chǎng)地的影響，廠房的施工多以跨外安裝為主，這勢(shì)必大大增加了施工難度，比如超高鋼結(jié)構(gòu)柱高空對(duì)接平臺(tái)的設(shè)計(jì)及選擇、鋼柱高空對(duì)接垂直度的控制、鋼柱起重吊裝工具的設(shè)計(jì)及吊點(diǎn)的選擇、超大跨屋面梁的吊裝等方面[1]。

1 工程概況

國(guó)內(nèi)某大型鋼鐵集團(tuán)某冷軋工程（二標(biāo)段），最大車間廠房跨長(zhǎng)390 m，跨距48 m，高度51 m。本文通過對(duì)連退車間安裝為例，對(duì)大跨度超高單層鋼結(jié)構(gòu)廠房安裝施工技術(shù)進(jìn)行闡述。連退車間實(shí)體圖如圖1 所示。

圖1 車間實(shí)體圖

2 本工程施工的難點(diǎn)

結(jié)合以往常規(guī)中型鋼結(jié)構(gòu)廠房（建筑高度≤36 m）的施工經(jīng)驗(yàn)以及本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)本工程涉及的大跨度超高等施工難點(diǎn)分析如下。

2.1 鋼柱高空對(duì)接平臺(tái)選擇難

本工程鍍鋅車間鋼柱柱頂標(biāo)高為+51.00 m，連退車間鋼柱柱頂標(biāo)高為+44.00 m，鋼柱只能采用高空對(duì)接的施工方法，同時(shí)，鋼柱中部沒有設(shè)計(jì)任何平臺(tái)。如何選擇鋼柱的分段位置及采用的對(duì)接平臺(tái)類型，能夠既滿足施工的安全性、規(guī)范性，又滿足平臺(tái)的快速周轉(zhuǎn)是項(xiàng)目的難點(diǎn)。

2.2 鋼柱吊裝的吊具設(shè)計(jì)及吊耳位置選擇難

本項(xiàng)目中鋼柱采用上下柱分段吊裝的方式，鋼柱的外形尺寸多，需要多類別吊具。上柱上部分為單BH型鋼柱，下部為雙肢鋼管柱，鋼柱的上部形式相同，但鋼柱本身偏心，重心不易選擇。

2.3 鋼柱高空對(duì)接垂直度控制難

本項(xiàng)目中共計(jì)有120 根超高鋼柱需要進(jìn)行高空對(duì)接，且鋼柱均為圓管柱，最大管柱的中間間距達(dá)3.6 m，鋼管圓度、鋼結(jié)構(gòu)制作的質(zhì)量、現(xiàn)場(chǎng)上下柱對(duì)接的質(zhì)量均會(huì)影響鋼柱垂直的控制。

2.4 大跨距屋面梁的安裝

連退車間廠房跨度48 m，車間高度44 m，屋面梁?jiǎn)误w重量達(dá)到23 t，同時(shí)受車間內(nèi)設(shè)備基礎(chǔ)的影響，必須采用跨外吊裝的方法。按照住建部2018 年37 號(hào)文《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理規(guī)定》要求，該屋面梁的吊裝需要進(jìn)行專家論證，明確屋面梁吊點(diǎn)的選擇、屋面梁的吊裝、臨時(shí)固定措施的設(shè)置等。

3 針對(duì)性應(yīng)對(duì)技術(shù)措施

3.1 超高鋼柱分段位置的選擇及平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1.1 超高鋼柱分段位置的選擇

由于廠房鋼柱超長(zhǎng)，分段位置的選擇應(yīng)從以下幾方面考慮：

（1）鋼柱超長(zhǎng)整體發(fā)貨受到影響，根據(jù)上海市大型貨物運(yùn)輸管理的相關(guān)規(guī)定，確定了構(gòu)件最大的長(zhǎng)度范圍為30 m 以內(nèi)。

（2）從經(jīng)濟(jì)角度考慮，分段的長(zhǎng)度影響運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用，超長(zhǎng)構(gòu)件21~28 m 的費(fèi)用相同，大于28 m 的構(gòu)件運(yùn)輸費(fèi)用則大幅增加。

（3）對(duì)于超高的單層鋼結(jié)構(gòu)廠房，為滿足廠房整體穩(wěn)定性和廠房工藝管線的要求，在廠房柱間不同的標(biāo)高上會(huì)設(shè)計(jì)有水平支撐框架或管道通廊，因此分段位置還應(yīng)考慮水平支撐框架的標(biāo)高，在第一、二層水平支撐的上部300~500 mm 選擇為分段位置。

3.1.2 高空對(duì)接平臺(tái)的設(shè)計(jì)

對(duì)于工業(yè)類廠房的平臺(tái)設(shè)計(jì)，常規(guī)做法分為兩種。第一種是采用臨時(shí)角鋼焊接支撐，上部鋪設(shè)木制雙跳板，其特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、成本低、快捷，能夠滿足基本的施工功能，但外觀簡(jiǎn)陋、不規(guī)范且存在一定的安全隱患；第二種是采用焊接固定式鋼平臺(tái)，其特點(diǎn)：作安全可靠、規(guī)范，完全滿足使用要求，但成本高、周轉(zhuǎn)率低[2]。針對(duì)上述問題，本項(xiàng)目通過與設(shè)計(jì)聯(lián)系，結(jié)合工程特點(diǎn)，充分利用結(jié)構(gòu)本體的承載，制作安裝平臺(tái)，具體考慮如下：

（1）因鋼柱雙肢中間設(shè)置有水平綴條，通過設(shè)計(jì)優(yōu)化可將構(gòu)件的分段與綴條結(jié)合起來，即分段位置選擇在綴條附近，設(shè)計(jì)中在綴條上部增加花紋鋼板將此位置轉(zhuǎn)化為臨時(shí)平臺(tái)。

（2）在管柱的另外三個(gè)面，設(shè)置臨時(shí)鋼平臺(tái)卡槽。

（3）同時(shí)與設(shè)計(jì)聯(lián)系，將分段位置處的斜綴條取消，將斜綴條上、下部都設(shè)計(jì)為平臺(tái)模式，保證整個(gè)鋼柱的強(qiáng)度，形成一個(gè)天然的操作通道。

（4）根據(jù)鋼柱尺寸的大小，設(shè)計(jì)活動(dòng)式組裝平臺(tái)，在鋼柱吊裝前安裝到位。

（5）在鋼柱制作時(shí)用10 mm 的鋼板在鋼柱外圍分別焊接三個(gè)固定式卡槽，同時(shí)用C10 的槽鋼、角鋼和鋼板組裝六塊平臺(tái)，在每個(gè)平臺(tái)下部支撐槽鋼上焊接一塊槽鋼，平臺(tái)上鋪設(shè)花紋鋼板，四周焊接欄桿。平臺(tái)制作完成后，將平臺(tái)底部槽鋼插入鋼柱預(yù)先留置的卡槽。

此平臺(tái)完全克服了傳統(tǒng)操作平臺(tái)的缺點(diǎn)，安、拆方便，成本低、周轉(zhuǎn)速度快。圖2 為平臺(tái)示意圖。

圖2 平臺(tái)示意圖

3.2 鋼柱吊裝吊具的設(shè)計(jì)及吊耳位置選擇

3.2.1 下柱鋼柱吊耳的設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目中鋼柱的分段位置在肩梁以下部位，故下柱是形式簡(jiǎn)單的雙肢格構(gòu)式雙管柱，結(jié)構(gòu)對(duì)稱吊點(diǎn)選擇在距離端部下方300 mm 的位置，但是由于設(shè)計(jì)的關(guān)系，本項(xiàng)目中存在多個(gè)管徑形式的鋼柱，柱中心尺寸不等，常規(guī)的兩個(gè)吊耳扁擔(dān)施工更換頻率大，不經(jīng)濟(jì)。 鑒于此項(xiàng)目可設(shè)計(jì)“4”吊耳的扁擔(dān)，滿足下柱的安全、快捷吊裝。通過計(jì)算確認(rèn)“扁擔(dān)”和吊耳的大小，保證鋼柱吊裝過程中的平衡，吊耳設(shè)計(jì)圖如圖3 所示。

圖3 下柱鋼柱吊耳設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

3.2.2 上柱吊耳的設(shè)計(jì)

由于上柱與下柱要進(jìn)行對(duì)接，吊裝時(shí)保證構(gòu)件保持水平，因此安裝過程中在柱頂、肩梁部位設(shè)置兩個(gè)吊點(diǎn)，在鋼柱吊裝過程中肩部部位的吊點(diǎn)和鋼絲繩之間安裝手拉葫蘆，頂部吊點(diǎn)直接與鋼絲繩進(jìn)行連接（如圖4 所示）。通過肩梁部位來調(diào)整鋼柱的重心，確保鋼柱在吊裝過程中重心保持平衡。在吊裝前對(duì)頂部?jī)蓚€(gè)吊耳焊縫進(jìn)行超聲波探傷檢測(cè)，同時(shí)對(duì)頂部母材本身進(jìn)行超聲波檢測(cè)，防止在吊裝過程中母材出現(xiàn)層狀撕裂，扁擔(dān)吊裝圖如圖4 所示。

圖4 扁擔(dān)吊裝圖

3.3 鋼柱高空對(duì)接垂直度、穩(wěn)定性控制

3.3.1 鋼柱垂直度控制

由于鋼柱為管柱，管柱原材料圓度、鋼結(jié)構(gòu)制作過程中上下柱制作誤差的控制、運(yùn)輸過程的碰撞、現(xiàn)場(chǎng)吊裝對(duì)接質(zhì)量的控制，都對(duì)鋼柱對(duì)接垂直的控制產(chǎn)生很大影響，對(duì)此采取以下措施：

（1）做好圓管材料的入場(chǎng)驗(yàn)收工作，對(duì)鋼管的管口圓度進(jìn)行100%檢查[3]，避免原材料和質(zhì)量缺陷造成現(xiàn)場(chǎng)鋼柱無法對(duì)接。

（2）在鋼柱制作過程中，在鋼柱上下柱接口部位四周分別安裝輔助連接板，同時(shí)在下柱內(nèi)部安裝一塊內(nèi)置墊板，內(nèi)置墊板呈圓臺(tái)形狀，通過圓臺(tái)型內(nèi)置墊板的過渡，上下鋼柱進(jìn)行對(duì)接，保證鋼柱在對(duì)接過程中不發(fā)生錯(cuò)邊的現(xiàn)象（如圖5 所示）。

圖5 柱頂連接圖

（3）鋼柱在工廠內(nèi)分兩階段制作，下柱制作完成后，對(duì)鋼柱端部管柱中線、管柱的圓度進(jìn)行檢測(cè)并形成書面記錄[3]，為上柱制作提供依據(jù)，確保上下柱的公差一致。

3.3.2 鋼柱穩(wěn)定性控制

鋼柱采用高空對(duì)接的方式，在上柱吊裝前應(yīng)對(duì)下層鋼柱進(jìn)行加固，確保上柱吊裝完成后，單根鋼柱整體的穩(wěn)定性。

（1）下柱安裝前復(fù)核杯口的軸線、標(biāo)高方可進(jìn)行吊裝[3]。吊裝前在下柱上部設(shè)置兩道纜風(fēng)繩的掛點(diǎn)，確保下柱的穩(wěn)定性。

（2）下柱安裝完成后及時(shí)進(jìn)行杯口灌漿，充分振搗確保混凝土的密實(shí)度。

（3）上柱安裝時(shí)，應(yīng)緩慢吊裝，特別是接近下柱連接位置處應(yīng)信號(hào)明確、緩慢就位，臨時(shí)連接板連接就位后，采用雙人對(duì)稱焊接的方式進(jìn)行焊接固定，確保鋼柱穩(wěn)定。

3.4 大跨度屋面梁安裝

3.4.1 屋面梁安裝方法的選擇

連退車間跨距48 m，由于構(gòu)件超長(zhǎng)、超寬，構(gòu)件整體運(yùn)輸比較困難，運(yùn)輸費(fèi)用極高，而且整體運(yùn)輸易導(dǎo)致屋面梁變形，因此該項(xiàng)目選擇屋面梁分3 段進(jìn)場(chǎng)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼接，完成后進(jìn)行屋面梁安裝。

對(duì)于超大跨屋面梁吊裝主要應(yīng)考慮屋面梁吊裝過程中的平穩(wěn)，因此吊耳的選擇就非常重要，本工程中屋面梁設(shè)置四個(gè)吊耳，均作為主吊點(diǎn)，通過兩根鋼絲繩對(duì)穿吊裝（如圖6 所示）。

圖6 屋面梁吊耳設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

3.4.2 屋面梁安裝要點(diǎn)

（1）由于本工程車間內(nèi)部同時(shí)有大量設(shè)備基礎(chǔ)正在施工，故屋面梁吊裝采用跨外吊裝，且因車間跨度大，屋面梁重量大，根據(jù)吊車性能表和施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，本項(xiàng)目采用360 t 履帶吊進(jìn)行屋面梁吊裝。

（2）構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)后，在地面進(jìn)行屋面梁拼裝、焊接、探傷，同時(shí)應(yīng)將屋面支撐、屋面照明的穿線管提前安裝在屋面梁上，減少屋面的小件吊裝率。

（3）屋面梁的下弦兩端捆綁溜繩，以便在鋼梁的吊裝過程中控制屋面梁的走向，避免與吊車的吊桿以及周圍其他設(shè)施碰撞，發(fā)生事故。

（4）屋面梁就位后，采用普通螺栓和沖釘臨時(shí)固定，沖釘找正對(duì)孔后，進(jìn)行螺栓安裝固定。安裝完成后由焊工焊接上下翼緣接口，焊接牢靠后構(gòu)件松鉤。

（5）由于車間廠房高、跨度大，屋面梁高空安裝易受風(fēng)力造成擺動(dòng)，因此安排專人對(duì)天氣狀況進(jìn)行跟蹤預(yù)報(bào)，選擇合適天氣對(duì)屋面梁進(jìn)行安裝。

（6）每跨廠房第一榀屋面梁必須拉纜風(fēng)繩（采用φ12 鋼絲繩）兩道，第二榀屋面梁開始吊裝前在地面將安全網(wǎng)綁在屋面梁上，由于廠房高度過高，纜風(fēng)繩的位置可以選擇在吊車梁上部。同時(shí)，第二榀屋面梁安裝完成后，應(yīng)立刻安裝3 道屋面檁條，使屋面系統(tǒng)形成整體，方可進(jìn)行第三榀屋架的安裝。

5 結(jié) 語(yǔ)

本工程在保證安全、質(zhì)量的前提下，采用科學(xué)的施工辦法，增加合理的輔助措施，進(jìn)行必要的節(jié)點(diǎn)計(jì)算，精心組織施工，加快了工程進(jìn)度，解決了現(xiàn)場(chǎng)大跨度超高單層鋼結(jié)構(gòu)廠房施工中的難點(diǎn)，完全可以保證大跨度超高單層鋼結(jié)構(gòu)廠房安裝的質(zhì)量，本項(xiàng)目的成功實(shí)施可為類似工程設(shè)計(jì)和實(shí)踐提供借鑒。