某文旅项目超大型塑石假山钢结构施工技术

罗 伟 王永生 邢义志 王 贺

中国建筑第二工程局有限公司华东公司 上海 200135

近年来，国内文旅项目开发较多，像上海迪士尼乐园、广州长隆欢乐世界、北京欢乐谷、芜湖方特欢乐世界、常州中华恐龙园等，文旅类项目除了本身固有的主题建筑外，还有大量的塑石假山，而塑石假山的核心部分则是框架[1-2]。体量较小的假山可采用钢筋作为框架，而大型假山则必须采用钢结构框架，一般包括主钢结构、次钢结构[3-4]。高度近50 m的超大型塑石假山在国内的应用几乎没有，而钢结构施工是一个关键难点。

1 项目概况

某文旅项目采用超大型塑石假山作为主题乐园室外造型结构，假山内部采用不规则钢结构框架，外部钢筋采用网片覆盖并喷浆处理，从底到顶呈山形布置，山体面积为10 000 m2，由约9 000个钢构件组成，总用钢量约2 800 t，如图1所示。钢结构框架主要由梁柱斜撑主结构、悬挑杆件次结构两部分组成。假山大部分山体结构以东西侧裙房屋顶作为支撑基础，其中落地钢柱最高处达38 m，截面尺寸为1 000 mm×500 mm，壁厚为30 mm。

图1 超大型塑石假山

该假山钢结构安装高度最高达47 m，假山单体室内钢结构分布范围较广、数量多且尺寸形式多样，构件质量为0.1～8.5 t，因此对钢结构吊装、焊接、防火施工及安装精度要求极高。

2 钢结构施工技术分析

2.1 钢结构安装重难点

假山结构较高，造型不规则，主钢结构安装校正规律性较差，假山次杆件数量巨大，定位点数量多，钢结构安装精度和假山山皮成形难以保证。

解决方法：不规则框架分块利用由梁柱斜撑组成的类桁架单元格布置，依次划分单元块并合理布置吊点；利用CAD和Tekla软件，将分块框架旋转至水平，结合框架桁架的特点，设计拼装单元与拼装胎架；考虑分块单元的质量、就位标高、分块面积大小、吊装作业通道布置、作业半径等施工影响因素进行吊机选择和工况分析，提前做好标记，采用高精度全站仪进行监测，保证合理高效地进行框架单元吊装施工。

2.2 钢结构焊接重难点

假山构件均须进行镀锌防腐处理，且存在高空焊接、复杂工位焊接等难点，对钢构件接口焊接要求较高。

解决方法：提前制定焊接指导方法和制度、防腐处理方案并组织交底，做好节点设计及相关技术准备工作。

2.3 钢结构防火施工重难点

假山钢构件数量众多，防火涂料施工作业量巨大，且多属于高空作业，对人员和设备要求较高。

解决方法：采用流水作业方式，待钢结构焊接完成后分层进行防火涂料施工，对作业人员和施工设备进行严格检查与筛选，保证施工有序进行。

3 假山钢结构施工技术

3.1 假山钢结构模块化安装

3.1.1 钢结构拼装模拟

根据超大型塑石假山的概念图，利用BIM软件进行正向设计，形成钢结构框架效果图，并进行假山钢结构的拼装模拟（图2），合理划分钢构件数量、尺寸、节点形式等，记录各个节点的坐标，最终生成并导出为CAD图纸，指导现场钢结构安装作业。

图2 钢结构拼装模拟

3.1.2 安装前期准备

钢结构模块化安装前期准备包括人工、机械、测量设备等，另外，在实施前组织专项方案交底和安全技术交底。为保证假山钢结构安装精度，按照先总体、后局部的原则，布设平面控制网，控制钢结构总体偏差，并对施工中所使用的仪器、工具进行校核。所有控制点位选在结构复杂、拘束度大的部位。测量控制网布设与建筑物平行、分布均匀且闭合。另外，保证各基准点相互通视，不易沉降、变形。钢结构安装前由土建施工单位配合钢结构安装单位进行基础复测，保证基底标高与柱底标高一致。

3.1.3 模块化安装施工

现场使用1台T8020塔吊可覆盖假山钢结构安装大多数作业区域。在塔吊吊重范围内的构件采用塔吊安装，其他超重构件采用汽车吊作为主要吊装机械。假山裙房高度为18.5 m，现场可分2个阶段进行吊装：

1）18.5 m以下假山钢结构安装：钢柱及钢梁选择100 t汽车吊可满足要求。

2）18.5 m及以上假山钢结构安装：T8020塔吊进行吊重范围内和盲区外的钢结构安装，其余部分采用100 t汽车吊辅助安装。

假山钢结构安装流程如图3所示。

图3 假山钢结构分阶段安装

假山次钢结构共约2 900个点位，按从下至上的顺序进行安装，每天安排10组，每组8个点位，40 d以内完成全部次钢结构安装，包括次钢结构点位的复核校正。次钢结构安装精度控制：待主钢结构校正固定后，划分次钢结构安装校正的批次，保证同批次的次构件校正时全站仪测量站位最少。在拼装时保证次钢结构临时固定在相应主钢结构柱或梁上，并进行同步吊装，有效控制施工进度。

假山中不规则钢结构框架拼装是核心难点，通过项目部、设计单位及安装单位等多方研究与探讨得以解决。具体拼装流程如下：

1）钢结构框架吊点设置。不规则框架分块不规则且呈曲面，为保证分块框架吊点准确，避免高空调整吊装位置，预先采用Tekla软件对其分块框架的重心进行找形，结合CAD对绳索挂设位置进行定位，再利用Midas受力软件对分块框架应力应变进行分析，按分块框架支撑点布置原则分布设置吊点。

2）拼装胎架底座测量控制。拼装胎架搭设前，以深化图纸分块区主要立面作为卧拼的水平基准面，再采用全站仪建立相对坐标控制系，同时摆放拼装胎架底座，加固后再次进行复测和调整，保证拼装胎架精度及整体稳定性；底座胎架由250 mm×250 mm×12 mm方管组成，待放置平整后，进行拼装主立面杆件的平面放样。

3）分块拼装过程测量控制。根据框架拼装流程和顺序，对次杆件挂网定位点进行测量监控，以网片固定长宽为基础，测量控制点需满足挂网要求；在模型里测量标记长度，地面拼装时初步校正，吊装完成后再逐个点位进行复核与微调。为保证钢结构安装精度及钢构件节点焊接、假山表面钢筋网片安装准确，节点中心偏移、单元区跨度、单元区跨中高度允许偏差分别控制在2 mm、＋5～10 mm和±3 mm以内。

4）钢结构框架吊装。不规则钢结构框架起吊后先试吊，观察绳索情况以及框架变形情况，确保无误后进行正式吊装，框架呈倾斜状，起升和下降时吊车应保持匀速。钢结构框架吊装时设置2名信号工，吊装过程中吊机与起重工相互配合，严格遵守指挥人员传递的信号命令，并保持框架平稳吊运。不规则钢结构框架吊装如图4所示。

图4 不规则钢结构框架吊装

5）钢结构框架就位加固。吊装单元高空就位后，在吊装单元多个方向安装若干组倒链，及时调整各个对接口距离。由于框架就位节点标高不一致，故要对吊点位置、对接位置挂设的倒链分别进行调整。如不能一次准确就位，则在就位准确的节点点焊固定好后，通过倒链进行少量调整，同时观察已点焊固定的一侧框架，防止开焊。当框架就位满足要求后，再焊接固定框架，完成后松钩移车。

3.2 假山钢结构焊接施工

本项目假山钢结构的焊接施工面临高空焊接、复杂工位焊接2个主要难点，经过研究，具体采用以下施工方法：

1）针对高空焊接作业，建立完善的管理体系，进行三级安全教育及交底，落实安全技术措施，高处作业人员必须持证上岗，高处作业使用的工具和各种设备要确保安全可靠。

2）假山钢结构复杂工位焊接存在空间跨度大、焊接工程量大、焊接质量要求高、焊接位置复杂多变等特征，为此，在焊接过程中要实时进行结构标高、水平度、垂直度的监控，通过改变焊接顺序和加热校正等方法进行处理，使焊接结构能够满足设计要求。

焊接施工前，根据接口焊接位置及坡口形式等编制有关的焊接工艺文件，进行焊接工艺评定，确定适宜的施工方法，并进行技术交底后再指导现场焊接。焊接时主要采用了二氧化碳气体保护焊，同时为保证焊接质量及焊后外观一次成形，减少焊缝外打磨清理，采用配套的药芯焊丝。校正好一个安装段后，进行焊接，焊接应力可顺安装方向自由释放。

钢柱焊接施工时采取对称焊接的方法以减小焊接倾斜，焊接完成后用全站仪复测钢柱的垂直度，焊接上节钢柱时需考虑下节钢柱的倾斜，以减小焊接误差，通过焊接施工来调整整根钢柱的垂直度。为保证框架的精度，拟采用先主后次，先焊收缩量大的再焊收缩量小的焊接方法。为减少焊接变形，原则上同一根钢柱不得同时开焊。

钢梁焊接时，若不能同时对一根钢梁的两侧进行焊接，则应在一端焊接完成，待达到常温后，再进行另一端焊接。当H型钢梁翼缘、腹板都采用焊接连接时，应先焊接下翼缘，然后焊接上翼缘，最后焊接腹板；当H型钢梁腹板采用螺栓连接时，应先焊接钢梁下翼缘，然后焊接钢梁上翼缘。只有当钢梁、钢柱及各部件均焊接符合要求后，方可进行防火涂料施工。

在进行分块框架焊接时，应严格按照焊接顺序进行施焊，施焊过程中做好对分块框架结构梁柱斜撑的测量控制，偏差较大时，应对焊接顺序进行调整或者对该位置进行校正后再施焊。在施工的同时进行抽查，保证焊接过程中框架变形可控。钢结构局部焊接顺序如表1所示。

表1 钢结构局部焊接顺序

3.3 假山钢结构防火施工

假山钢结构焊接完成后由专业持证上岗的工人采用流水作业方式进行防火涂料施工，非预埋钢构件表面处理主要为厚涂型非膨胀防火涂料、超薄膨胀型防火涂料，其余室外结构采用镀锌处理。具体分类及耐火要求如表2所示。

表2 钢结构防火分类

假山层高16 m以内部分搭设移动脚手架或操作平台进行防火施工，层高超过16 m的部分采用移动操作平台或专用吊车进行施工。钢结构施工前清除表面杂物，刚施工的涂层应防止脏液污染和机械撞击。露天施工情况下，如遇雨天、雾天或构件表面有结露现象，或空气湿度大于90%时不宜施工。钢结构厚型防火涂料底层采用滚涂或喷涂，等待12 h至其实干后，抹涂中层防火涂料，等待8 h后再施涂面层防火涂料。楼层部分混凝土结构浇筑固化受力稳定后，方可涂抹防火涂料，避免因浇筑混凝土造成钢柱、钢梁和梁轴的承重变化而影响防火涂层与钢构件的附着力。

超薄型防火涂料施工时，大面积钢结构平面采用滚涂（喷涂）工艺，小面积如槽钢、角钢、圆钢等采用涂刷工艺。施工前，将被涂钢结构件表面的油污、尘土等清除干净，用手工打磨、机械打磨或喷砂处理的方式除去铁锈。

4 结语

超大型塑石假山钢结构的构件数量较多，尺寸及结构形式多样，常规的高空散装及焊接工艺难以保证工期、质量和安全。通过预先采用BIM软件进行拼装模拟，再利用设置吊点、分块拼装、全站仪点位监测与复测、钢结构框架吊装及加固等措施实现钢结构模块化吊装，有效节约工期。在钢结构焊接和防火涂料施工时，由专业工人持证上岗，在过程中实时进行钢结构点位复核，充分保证钢结构施工安全和质量，可为今后同类项目的施工提供借鉴。