在异常工况条件下进行钢结构吊装的施工实践

郑建荣,倪一峰,林王剑,章银忠

(1.杭州高新技术产业开发总公司, 浙江 杭州 310053；2. 浙江神业钢结构有限公司, 浙江 湖州 313000；3.五洋建设集团股份有限公司, 浙江 杭州 310003；4.浙江中南建设集团有限公司,浙江 杭州 310053 )



在异常工况条件下进行钢结构吊装的施工实践

郑建荣1,倪一峰2,林王剑3,章银忠4

(1.杭州高新技术产业开发总公司, 浙江 杭州 310053；2. 浙江神业钢结构有限公司, 浙江 湖州 313000；3.五洋建设集团股份有限公司, 浙江 杭州 310003；4.浙江中南建设集团有限公司,浙江 杭州 310053 )

介绍了杭州市滨江区的一个新建大型地标性公建项目中剧院舞台上方高度19.1、22.2 m(+24.65 m和+27.75 m标高)的两片栅顶钢结构工程,在屋盖已完成(网架下弦与栅顶最小净高0.86 m)、外立面幕墙已基本完成封闭、舞台的楼盖设计允许活荷载不能满足吊装的载荷要求、舞台面上空22.2 m范围空间内有已建的钢筋混凝土构造大梁(坑内三侧有悬挑内走廊)阻挡等异常不利的工况条件下,因陋就简、因地制宜、化整为零(一分为三),采用“专用龙门架抬吊”的专项施工方案, 克服了许多困难,最终保质、安全、高效地完成了舞台栅顶钢结构吊装任务。本工程对今后在异常工况条件下进行钢结构吊装提供了一个可借鉴的思路和方法。

异常工况；环境条件；钢结构吊装

1　工程概况

滨江区文化中心工程是集文化、图书、档案、展览、演艺、会议和行政服务及公共资源交易中心为一体的综合性地标性建筑。项目总建筑面积64 702 m2(地上39 753 m2,地下24 949 m2),地下2层,主楼地上10层,高度52.55 m,辅楼地上4层,高度32.75 m,总投资47 600万元。其中辅楼的会议中心兼剧院,设计规模826座观众席位。剧院采用镜框式舞台结构形式,整个舞台由主舞台和左右侧舞台组成。舞台面结构标高5.70 m,舞台宽28.3 m,深度16.55 m,主舞台台口宽度15.6 m,台口高度(净)8 m,下层栅顶高度19.1 m。见图1。

由于建筑设计人员缺乏剧院设计经验,在24.65 m和27.75 m标高土建结构预留给舞台栅顶安装的节点荷载(栅顶自重1.0 kN/m2,活荷载2.5 kN/m2)严重不足,其中、、轴在标高为24.65 m和27.75 m有上下各两根既有钢筋混凝土构造连系梁(无法作为承重梁使用),而且轴结构压根儿未设置大梁,原预留的梁板结构边界无法传递承受栅顶的荷载。见图2。

图1　舞台侧剖面图

舞台机械设备完成采购后,按照工艺设置的条件进行深化设计为时已晚。因此,必须对栅顶钢结构重新进行结构设计,见图3。

钢梁为焊接H型钢梁和箱型钢梁,栅顶单层平面尺寸约为：28.3 m×16.85 m计480 m2,箱型梁最大截面为：BOX500×800×18×35；H型钢BH650×550×18×35,单根钢梁最大重9 131 kg。总重约160 t。见表1。

图2　舞台上空原结构平面图

图3　舞台栅顶钢结构平面图

序号节段编号长度/mm宽度/mm高度/mm重量/kg备注12GL3-117350550650799222GL3a-116480550650674828.300m32GL3-217350550650797642GL5-115694500800913151GL2a-115520550650655261GL3-115990550650603925.200m71GL3a-115720550650640481GL3-2157205506506800

2　实施吊装的难点分析

辅楼的整个屋盖(正锥正交球型节点曲面钢网架和屋面防水均已完成)和大面积幕墙都已经封闭,室外的塔吊和大型汽车吊无法从屋顶上空作业,而屋盖网架下弦杆与上层栅顶的竖向间隙仅为860 mm。因此,室内垂直液压提升设备的支架空间(至少4 000 mm)都无法满足；整个洞坑(净高分别为22.2 m和19.1 m)几乎没有自然采光,室内高空作业,安全危险性大；钢网架下弦杆不得进行吊挂起重物,不容许在网架的杆件和球型节点上进行临时焊接固定；单件构件最大重量达9.0 t,长度15.694 m；舞台的楼盖设计允许活荷载4.0 kN/m2(楼板120 mm,板跨4.0 m×3.68 m；梁跨LX=8.0 m,LY=11.05 m),不能满足吊装时的载荷要求；幕墙东北端只能在交～处预留一小施工洞。该钢结构吊装属危险性特别重大的分部分项工程,需单独编制专项施工方案并经专家论证,从而确保钢结构栅顶施工阶段和使用阶段的绝对安全。见图5。

图5　舞台面上空现状图

3　吊装的方案比选和关键技术及总体思路

3.1吊装方案的比选

首先,由于屋盖和大面积幕墙都已经封闭,室外的塔吊和大型汽车吊无法从屋顶空降(即使临时开口,由于网架的杆件纵横交错,也无法满足吊装空间需求)。

其次,考虑修改设计方案：采用网架下弦杆吊挂两片栅顶,设计复核结果不满足；将、、轴在标高为24.65 m和27.75 m的上下各两根既有钢筋混凝土大梁，作为上、下弦,增加型钢腹杆改装成3.1 m高的型钢混凝土组合桁架,但设计认为实际受力效果很难满足桁架计算模型。

第四,如果考虑采用垂直液压提升设备进行整体提升,除了前面提到的坑洞中间有梁板阻挡因素外,屋盖网架下弦杆与栅顶的竖向间隙只有0.860 m,根本不能满足液压提升设备支架对最小空间4.0 m的要求。因此,这些以往成熟的吊装方案均被一一否决掉了。

3.2吊装的关键技术

既然做不到整体提升(或顶升),那么能否一根一根,并将每根“化整为零(一分为三)”分段提升？将长度15.694 m分成0.5 m+14 m+1.194 m三段,梁的两端头先吊装安装固定；既然垂直液压提升设备的提升空间不够,那么能否采用小龙门架伸入到网架1.8 m矢高利用杆件空间,分别以、轴在标高为27.75 m的钢筋混凝土大梁梁端和坑边混凝土梁作为专用龙门支架的支撑点？譬如,在轴的混凝土梁端设置两只“专用龙门支架”对 14.0 m的中间段梁进行抬吊,可以解决上层栅顶的主要的大钢梁。上层栅顶完成以后,可以利用上层的既有钢梁和、轴上下的既有钢筋混凝土构造大梁整体连接作为拔杆提升支点,起吊下层钢梁。通过现场查勘空间基本满足,通过对、轴在标高为27.75 m的钢筋混凝土大梁梁端的剪力验算也能满足要求(Q抗=190 kN,Q实=120 kN)。见图6。

图6　龙门架抬吊照片

3.3安装的总顺序和实施流程

栅顶钢结构总的施工顺序是：竖向而言——先完成上层栅顶,后完成下层栅顶；同一层而言——先完成外围一圈的箱梁和、、、轴的主龙骨,后完成(次梁)肋和板。

4　难点的解决方法

4.1舞台楼盖加固

舞台的楼盖设计允许活荷载4.0 kN/m2(楼板120 mm,板跨4.0 m×3.68 m；梁跨LX=8.0 m,LY=11.05 m,实际施工荷载达到15 kN/m2),不能满足吊装时的载荷要求。因此须对该楼面进行吊装阶段的加固处理(梁板底采用螺杆顶托加固),舞台的楼板下用40 mm厚的木工板搁在钢管立杆顶托上,钢管下口用120 mm×120 mm木枋传承至1层楼的框架梁顶面上。

图7　钢结构施工实施流程图

4.2汽车抬吊喂梁、小滑轮车水平移位

幕墙东北端只能在(16)交(L)～(M)处预留一小施工洞。因此应在室外采用2台汽车吊抬至2层5.55 m标高,喂入施工洞,并采取小滑轮车进行水平滑移,见图8。

图8　舞台东侧施工洞汽车抬吊喂梁及小滑轮车水平移位

4.3洞库照明、围护、安全绳

整个洞坑几乎没有自然采光,室内高空作业,安全危险性大。采取的措施是：增加洞库照明,所有坑洞临边要采取防护措施；施工操作人员的高空安全绳应绑拴固定在钢网架下弦杆或球型节点上。

4.4吊装落位

1) 专用吊装设备安置好之后,将所需钢梁(2根)运至吊装位置,焊接吊耳,保证2个吊耳距离与上部专用龙门架吊点距离一致,保证提升稳定性,然后用电动葫芦及钢丝绳将钢梁两端固定,徐徐上升。待高度达到一定高度,大约为500～1 000 mm位置时,停止施工,悬空10 min,检查专用支架和专用龙门支架和钢丝绳有无异常情况,然后吊装至一半高度时继续停吊检查,如无异常,继续提升至所需高度。

2) 钢架起吊至所需高度后(28.300 m),将钢梁两端头小构件安装焊接上去,使其保证实际安装长度。冷却完成之后直接卸载,致此一榀钢梁吊装完成。

3) 单榀钢架起吊前应在下翼缘两侧系缆风绳作为构件落位前控制摆幅及位置用。

4) 构件落位吊装完成后及时用钢丝绳或者电焊与预埋件焊接以确保钢架的稳定性。

5) 构件落位暂时固定后对钢架位置进行测量找正工作，位置确定后进行电焊连接。

其余主钢架以此类推。主梁安装顺序图见9。

图9　主梁安装顺序图图

5　其他事项

5.1合金化学锚栓的种植

利用施工现场的脚手架,在混凝土柱上面标注出种植合金螺杆及后置连接板位置。然后采用专业钻孔工具在混凝土柱打孔,打孔必须参照土建钢筋布置图,避开主筋位置,保证主筋不被破坏。采用机械混凝土钻孔机钻至合金螺杆种植所必须的深度。合金螺杆直径30 mm,钻孔深度为270 mm,而后安装预埋钢板,最后进行焊接(按设计要求留置试件,并按规定现场做抗拔试验)。

5.2专用龙门支架构造说明

1)专用龙门架柱脚用300 mm×800 mm×25 mm钢板,并与混凝土梁处用4个化学锚栓固定。

2)专用支架所有主材全部采用HW250×250×14×14,材质均为Q235B钢材,焊接质量均为二级熔透焊缝。

3)所有支架采用工厂制作,拼装成单个框架,以确保现场使用质量要求。见图10。

6　实施效果和结论

综上所述,吊装实施方案经过了多方案比较,先

后三次组织了专题论证；实施前进行预防预控、认真地进行技术交底；实施时预先进行了试吊,提高了安全和质量的可控性。仅仅用了35日历天就安全顺利地完成了吊装任务。工程竣工验收时得到了设计方和验收专家的高度评价。

图10　专用龙门架抬吊建模图

在异常不利的工况条件下,因陋就简、因地制宜、化整为零(一分为三),采用“专用龙门支架抬吊”的专项方案, 克服了许多困难,最终保质、安全、高效地完成了舞台栅顶钢结构工程吊装任务。本工程对今后在异常工况条件下进行钢结构吊装提供了一个可借鉴的思路和方法。

Construction Practice of the Steel Structure Hoisting under the Abnormal Operating Conditions

ZHENG Jianrong1,NI Yifeng2,LIN Wangjian3,ZHANG Yinzhong4

2016-05-17

郑建荣(1963—)，男，浙江江山人，高级工程师，从事建筑施工和工程项目管理工作。

TU758.11

B

1008-3707(2016)10-0039-05