伞状形钢柱柱顶钢梁对接施工技术研究

李 斌 （安徽三建工程有限公司，安徽 合肥 230022）

0 前言

随着钢结构施工技术的推广应用和发展，钢结构的应用范围越来越广，除普通工业厂房、基础设施、桥梁、展览馆、体育馆等诸多方面外，超高层建筑、大型公共建筑等也越来越多地应用钢结构，特别是一些造型独特、空间异形结构[1]。通常，空间异形钢结构中伞状形钢柱柱顶钢梁现场对接施工时需搭设临时支撑平台，以确保钢梁对接过程安全及对接质量[2]。

1 伞状形钢柱柱顶钢梁现场对接施工技术简介

伞状形钢柱由一根Ф500*10 钢管柱及三根Ф245*8 钢管支撑构成伞状形，钢管支撑一端与H 型钢梁通过Ф70销轴连接，另一端与钢管柱通过焊接固定；其中，钢管支撑在钢柱上方多方向钢梁对接完成后进行安装。

伞状形钢柱柱顶设计标高与柱顶正上方钢梁下表面设计标高高差为2.5m,钢柱加工长度较设计长度延长2.5m，至钢梁下表面，顶部用钢板封堵，作为柱顶上方多方向钢梁对接施工临时支撑平台。钢柱上方首根钢梁安装根据钢柱顶部十字线进行辅助定位，确保首根钢梁定位准确。钢柱上方多方向钢梁对接完成及三根钢管支撑安装完成后，切除钢柱设计标高以上钢管柱，并用装饰半球封堵钢管柱。

2 伞状形钢柱柱顶钢梁对接施工工艺原理

伞状形钢柱柱顶钢梁对接施工，首先，复核钢柱预埋螺栓尺寸，利用经纬仪、水准仪定位伞状形钢柱安装十字线，确保钢柱定位准确后安装伞状形钢柱，并用揽风绳三边固定钢柱；其次，安装伞状形柱顶上方首根钢梁[3]，钢梁一端与普通钢柱螺栓连接，另一端根据伞状形钢柱柱顶十字线位置临时固定在延长柱顶顶部，钢柱延长部位作为临时支撑平台，其余方向钢梁依次安装并完成对接；接着进行三根伞状钢管支撑安装施工；最后将伞状形钢柱设计标高以上部位钢柱切除，并用装饰半球封堵。

3 施工工艺及施工操作要点

3.1 施工工艺流程

伞状形钢柱柱顶钢梁对接施工工艺流程如图1所示。

图1 伞状形钢柱柱顶钢梁对接施工工艺流程

3.2 施工操作要点

3.2.1 施工准备

认真熟悉图纸，进行二次深化设计并请设计、甲方、监理进行图纸确认，编制施工机具设备需求计划；吊装路线规划，起吊位置布设，构件堆放场地平整；组织工具用具、机械吊装设备和钢板等进场；根据实际吊装高空对接情况编制安全技术交底书，组织召开安全技术交底会议，确保操作人员了解相关施工技术要求及安全防护措施。

3.2.2 测量放线

采用（激光）经纬仪、水准仪、线锤、墨斗等仪器工具，在混凝土短柱上弹出钢柱安装十字线，允许偏差为±5.0mm；根据施工厂区基准点，确定标高控制点。

3.2.3 伞状形钢柱安装

根据钢柱定位十字线安装钢柱，通过柱脚调平螺母调整钢柱垂直度，调整完成后柱脚底板下方对称垫设四块斜铁，并拉设揽风绳三个方向固定钢柱（见图2）。

图2 伞状形钢柱安装固定示意图

3.2.4 首根钢梁临时固定

伞状形钢柱安装固定完成后进行钢柱上方多方向钢梁中首根钢梁临时固定安装，首根钢梁与其余普通钢梁区别在于：首根钢梁在钢柱上方对接位置处有多方向分叉接头，以便普通钢梁与其对接连接（见图3）。首根钢梁需定位准确，否则影响其余普通钢梁对接精度，甚至导致其余钢梁无法对接。首根钢梁通过点焊与伞状形钢柱延长部位顶部临时固定（见图4）。

图3 首根钢梁图

图4 首根钢梁临时固定示意图

3.2.5 其他钢梁对接

首根钢梁临时固定完成后，依次进行剩余方向钢梁高空对接，遵循先对接跨度小、截面大的钢梁，后对接跨度大的钢梁原则；在钢梁对接节点刚接前需确保各方向钢梁安装精度，满足要求后方可焊接固定（见图5）。

3.2.6 钢管支撑安装

每根钢管柱顶部有三根Ф245*8 钢管支撑，与钢管柱构成伞状形钢柱。钢管柱上方多方向钢梁对接完成，刚接后，经焊缝探伤检测符合设计要求，方可进行钢管支撑安装。钢管支撑一端与钢管柱上方钢梁通过销轴连接，为铰接节点，另一端与钢管柱通过焊接连接，为刚接节点，三根钢管支撑与钢管柱焊接节点位于同一标高，安装过程中需严格控制三根钢管支撑底部标高，确保三根钢管支撑受力均匀（见图6）。

图6 钢管支撑安装示意图

3.2.7 钢柱设计标高以上切除

①伞状形钢柱顶部三根钢管支撑安装完成后，进行钢柱设计标高以上部位钢柱切除工作，采用盘片切割机切除，切除作业时确保作业人员操作面安全，做好高空防坠、防火等相关安全措施。

②钢柱设计标高以上部位钢柱切除后，需进行钢柱顶部封堵，封堵材料选用装饰半球，壁厚同钢管壁厚，与钢柱顶部通过焊接固定，以确保钢柱整体刚度符合设计要求（见图7）。

图7 钢柱切除装饰半球封堵

4 伞状形钢柱柱顶钢梁对接施工质量安全控制

4.1 原材料质量控制

主钢构钢材选用Q345B 钢，其屈服强度fy ≥345N/mm²；手工焊时，采用E43XX 型焊条，自动焊接或半自动焊接时采用的焊丝和焊剂，应与主体金属的强度相匹配；高强度螺栓采用大六角头型高强度螺栓,性能等级为10.9s，不同规格钢板、钢管、高强螺栓均见证取样进行检测。

4.2 制作质量控制

焊缝质量的检验等级：钢梁钢柱为二级，其余次要构件为三级。所有梁、柱连接节点，凡是要求坡口等强连接的均应设引弧板，施焊完成后可将引弧板割掉。

所有需要拼接的构件一律要用等强拼接，上、下翼缘和腹板中的拼接焊缝位置应错开，并避免与加劲板重合，腹板拼接焊缝与它平行的加劲板至少相距200mm，腹板拼接与上、下翼缘拼接焊缝至少相距200mm。

4.3 安装过程中的质量控制

①平面主梁施工时须考虑跨中起拱高度为60mm，现场起拱后，对起拱高度进行检查；

②伞状形钢柱上方多方向钢梁安装需消除积累误差，确保沿钢梁长度方向钢次梁顺利安装；

③大跨度钢梁安装完成后，在整个钢骨架未达到设计要求平面刚度之前，定期进行变形、跨中挠度监测，确保大跨度钢梁变形、跨中挠度位于设计允许范围内[4]；

④钢梁与钢梁连接、钢梁与钢柱连接先利用高强螺栓连接临时固定，后利用引弧板进行焊接固定；高强螺栓初拧、复拧、终拧在24 小时内进行，并对终拧后高强螺栓随机检查扭矩值；

⑤伞状钢柱顶部三根钢管支撑安装时需严格控制钢管支撑底部标高及钢管支撑与钢梁通过销轴连接质量[5]；

⑥所有刚接节点施焊完成后，对焊缝焊渣进行清理，经检查焊缝外观质量及焊缝探伤检测合格后涂刷防锈底漆两度。

4.4 吊装阶段安全措施

吊装作业前做好安全技术交底、安全教育，特种作业人员持证上岗，未经教育和交底的人员不准上岗作业。施工现场电焊作业，必须按有关规定办理用火审批手续，领取用火证，动火前要消除附近易燃物，并采取一定的防火措施，动火证当日有效。

施工现场全体人员必须遵守劳动纪律和安全生产制度，上班前严禁喝酒，作业现场不准吸烟。钢梁吊装前，在钢梁上表面通长布设安全绳，高空作业人员需正确穿戴安全带、安全帽，穿防滑鞋，安装使用工器具及螺栓螺帽应随手入袋，以免坠落误伤他人。

4.5 其他注意事项

钢构件吊装之前应复查钢构件加工尺寸图及相应安装布置图，确保钢构件安装位置准确；通过高强螺栓连接的钢梁，严禁用气割扩孔，必须扩孔时需经设计单位同意后，采用铰刀扩孔。

钢梁高空安装过程中，操作人员工器具，如扳手、撬棍等应装入随身携带的袋子里，以免掉落伤人；尽量避免在大风、雨天进行安装，采取有效措施，防止钢构件尖锐棱角刺割钢丝绳。

5 工程应用分析

伞状形钢柱柱顶钢梁对接施工技术应用于南艳高科清华大学合肥公共研究院一期项目综合实验大楼钢结构工程，综合实验大楼中庭区域空间异形钢结构包含三根伞状形钢柱，伞状形钢柱上方共计15根钢梁对接施工[6]。

本施工技术采用延长钢柱设计长度至钢梁下表面，以作为钢柱上方多方向钢梁对接施工时临时支撑平台施工工艺，可节省临时支撑架体材料费、施工机械台班、以及人工等费用，施工工期大大缩短。

成本分析如下：

①采用普通钢管脚手架临时支撑架体，架体搭设高度为20.8m，架体尺寸为3m×3m，所需材料租赁费1500 元/月，地面硬化费用4×4×0.1×350+12×4×4=752 元，搭设架体人工费3×3×20.8×15=2808 元，一根伞状形钢柱柱顶钢梁对接施工临时支撑架体搭设所费用合计为5060元；

②采用延长钢柱设计长度至钢梁下表面，以作为钢柱上方多方向钢梁对接施工时临时支撑平台所需材料费1280元，切除钢柱延长部分及进行封堵所需人工费400 元，一根伞状形钢柱柱顶钢梁对接所需费用合计为1680元。

同比节约（5060-1680）×3=10140元。

6 结论

本文以南艳高科清华大学合肥公共研究院一期项目综合实验大楼钢结构工程为实例，对伞状形钢柱柱顶钢梁对接施工技术的工艺原理、施工工艺、质量控制、成本效益等进行分析和研究，得出：利用钢管柱自身作为钢柱上方多方向钢梁对接施工临时支撑平台，避免搭设高支撑平台，节省施工空间，施工安全系数高、综合成本低、便于施工，可以大大缩短施工工期，具有明显的经济效益、工期效益、社会效益。