异形大跨度钢结构施工综合技术

刘志亮

摘要:本文综合阐述了建筑施工中异形大跨度钢结构施工技术的运用，力求全面，并重点阐述了大跨度钢结构的拼装、吊装就位、临时支撑的设置、结构卸载等技术。结合安徽省淮南市“煤电之星”影剧院工程的实际情况，具体说明了该项技术的运用。

关键词：钢结构拼装、钢结构吊装、临时支撑、精度控制、结构卸载

中图分类号：TU391文献标识码： A

前言

钢结构由于其具有强度高、自重轻、抗震性能好、工业化程度高、施工周期短以及外形美观等综合优点，是一种节能环保型、能循环使用的绿色产品，被广泛应用于大跨度厂房、高耸、板壳等结构。近年来随着我国城市化的发展，机场、剧院、体育馆、会展中心等大型公共设施的建设进一步推动了钢结构向异形化和大尺度（跨度）方向发展。本文通过一个工程实例，详细介绍了异形大跨度钢结构的施工技术。

1、工程概况及技术概述

1.1工程概况

“煤电之星”影剧院位于淮南市山南新区淮河大道东侧。本工程建筑设计平面为正五边形，每边长48m，建筑物高35m，空间结构形式为一钻石状，总建筑面积为2.3万平方米，可容纳1280人。本工程钢结构最大跨度为75m，为三段折线拱形，钢柱为H型钢焊接而成的空间格构柱，格构柱通过地脚螺栓与混凝土结构铰接。

本工程外罩钢结构是由5个3HJ5、3GL9、3GL10、3个3GL17、5个3HJ1、5个3HJ2、5个3HJ3、5个3HJ4、5个3GL12、3个3GL14、3GL7、3GL15、5个3GL8、5个3GL11、5个3GL-1、5个3GL-2、5个3GL-3、5个3GL-4、10个3GL-5、10个3GL-6、5个3ZC1、5个3ZC2、5个3ZC3、5个3ZC4和20根钢柱组成。

1.2技术概述

本工程钢结构二次设计采用建筑信息建模（BIM）软件Tekla Structures19.0进行三维空间设计，3D模型中完整地包含了设计、制造（包括下料）、施工安装的全部信息需求，所有的图纸与报告完全整合在模型中并产生一致的输出文件，设计、制造（包括下料）、施工安装信息管理全部通过共享的3D模型来采集、获取及处理，而且很方便导出所需的二维和三维数据（DXF、DGN 和 DWG格式）。

在工厂加工完成的钢结构构件采用打条形码来进行标识和识别。构件进场后，采用条形码扫描系统扫描构件铭牌上的条形码，将条形码数据读入计算机系统进行分类、统计、分析、处理。条形码管理系统，可以保证钢结构工程构件准确、有序的供给。

工艺流程

施工准备→安装五个临时支撑架→吊装中间的五品桁架→吊装N-C轴上的格构柱→吊装N-C轴上的格构柱与五个临时支撑架之间的桁架→桁架校正、焊接固定→吊装N-D轴上的格构柱→格构柱及主要桁架吊装完毕→焊接补强、检查验收→临时支撑架拆除、卸载→主要桁架之间檩条（次梁）安装→钢构整体验收→屋面、墙面等装饰施工。

3、钢构安装

3.1金属罩钢结构吊装的技术准备工作

3.1.1测量放线和精度控制

首先根据原始轴线控制点及标高控制点对现场轴线和标高控制点进行复核，再根据控制线测放出每条轴线及其交点；柱脚标高通过调节螺栓来控制，在安装钢柱前将所有钢柱的调节螺栓调到设计高度并复核，钢柱垂直度采用两台全站仪来控制；中间小五边形的五个结点（此五个结点无柱）通过全站仪采用三维坐标来控制位置，在施工时需在这五处设置临时支撑架，并把三维坐标测设到临时支撑架上进行坐标控制。

3.1.2 吊装设备选型

组成金属罩屋盖的钢柱最大重量为13.3吨，最大吊装半径为60米，桁架3HJ1和3HJ3拼装重量为7.6吨，吊装半径最大距离为48米，桁架3HJ5重量为4.2吨，最大吊装半径约为57米。根据上述情况查履带吊性能表，选择300吨履带吊适合本工程的吊装工作。

3.1.3 各种钢柱临时固定方式

采用Ф22及Ф16钢丝绳进行临时固定（每个钢柱拉4根钢丝绳进行固定），每根钢丝绳一端固定在钢柱上，另一端固定在混凝土主体上（混凝土梁或柱上），每根固定绳中间均安装一个5吨的倒链，用于拉紧钢丝绳使钢丝绳产生拉力。

3.2金属罩钢结构吊装顺序

3.2.1吊装中间的五榀桁架即5个3HJ5

3.2.1.1安装五个临时支撑架，支撑架顶部采用支座形式，地锚采用后植或者焊接在21.4m钢平台桁架上。

3.2.1.2吊装桁架3HJ5，单榀桁架重量为4.2吨，吊装半径约为57米，根据300T履带吊的性能可以完全满足吊装需要。

3.2.1.3将已经吊装完成的桁架焊接在支撑架的支座上。

3.3吊装N-C/N-1轴线的格构柱3GZ7（即最东侧格构柱）

由于3GZ7是吊装的第一个柱子，除采用4根钢丝绳临时固定外，还要安装临时拉杆进行固定，以保证N-C轴上所有柱子的整体稳定性。用【16槽钢作为临时拉杆，拉杆连接到到混凝土墙柱上。

3.4吊装第“3.3”条格构柱所在的桁架3HJ1、3HJ2、3HJ3、3HJ4。

先进行拼装，其中3HJ1和3HJ3组成一榀桁架，3HJ2和3HJ4组成一榀桁架。桁架吊装完成后由于格构柱是与混凝土结构存在刚性连接，同时与已吊装好的3HJ5连接，已吊装完成的3HJ5是一个固定的整体，故桁架3HJ1、3HJ2、3HJ3、3HJ4在吊装结束后不存在失稳问题。

3.5吊装东南侧钢柱3GZ4

吊装钢柱3GZ4，履带吊吊钩不松开，始终吊着钢柱直到柱间支撑3ZC3安装完毕、固定钢柱的固定绳（采用Ф16的钢丝绳）安装完毕、3GL8安装完毕后钢柱3GZ4与格构柱3GZ7、桁架3HJ5形成稳定单元后松开吊钩。

履带吊在吊装钢柱时不能松钩，现场采用塔吊配合吊装柱间支撑等小构件。

3.6吊装东南侧钢柱3GZ5

吊装钢柱3GZ5时同样吊车的吊钩不松开，直到柱间支撑3ZC1和钢柱的固定绳安装完毕后吊车松开吊钩，吊车松钩后安装3GL12。

至此已吊装完N-C轴上的所有格构柱、柱间支撑及主要桁架，并已连接牢固，形成一个完整的吊装区域。按照逆时针顺序再分别吊装N-D、N-E、N-A、N-B轴上的格构柱、柱间支撑及主要桁架，并和最先吊装的中间五榀桁架连接牢固，最终形成一个稳固的钢架体系。次构件（檩条及次梁）在结构卸载完成后使用塔吊配合进行安装。

4、金属罩屋盖卸载措施

五个临时支撑拆除的过程也就是主要钢桁架的卸载过程，要遵循以下原则和规定。

4.1拼装支撑点（临时支撑）拆除的原则

拆除临时支座实际就是荷载转移过程，在荷载转移过程中，必须遵循“变形协调、卸载均衡”的原则。采用 tekla钢结构分析软件进行计算，确定理论卸载下沉量。

tekla钢结构分析软件计算的卸载下沉量

4.2临时支撑架的卸载方案

根据“变形协调，卸载均衡”的原则，将通过放置在临时支架上的可调节点支撑装置千斤顶，多次循环微量下降来实现荷载平衡转移。

4.2.1在卸载过程中做到同步卸载。

4.2.2在卸载过程中，必须严格控制循环卸载时的每一级高程控制精度，设置测量控制点，在卸载全过程进行监测，并与计算结果对照，实行信息化施工管理。

4.2.3在五个临时支撑点中，为防止个别支撑点集中受力，采用每步不大于10mm的等步下降法拆除支撑点（临时支座）。

4.2.4卸载步骤

（1）先在支撑架顶部的槽钢上垫好规格为δ10、δ20不同厚度的垫板；

（2）在各个支撑架上的槽钢表面架设35吨千斤顶；

（3）根据每次的卸载量，抽掉相应厚度的垫板；

（4）千斤顶统一下降，开始卸载；

（5）循环反复，直至卸载完毕。

4.3监测的时机和步骤

在卸载过程中，每一个卸载步骤前后测试一次，保证每次卸载量为10mm。最终实际卸载下沉总量要和tekla软件计算下沉量进行对比。

5、质量控制

5.1做好控制线、轴线、标高、坐标点的复测及校核工作，确保测量误差控制在设计范围内。

5.2进场的材料、构配件、设备的质量必须合格，及时对进场的物资进行检测和试验，不合格的坚决不使用。

5.3每道工序必须严格按规定程序进行，上道工序没有检查验收的，不得进行下道工序。

5.4对异形构件要仔细检查其加工精度及焊接质量，确保合格。

6、结束语

异形大跨度钢结构在施工时要特别注意构件的加工精度，这是保证安装精度的前提，现代化的数控加工设备已能保证非常高的加工精度；在构件安装过程中要做好构件的分类和识别，防止错拿错用，造成返工；在安装过程中要特别注意做好测量定位和复测工作，保证安装精度，避免出现安装应力；在大跨度钢构件卸载过程中要做到同步、微量、循环卸载，防止应力重分布时产生应力集中而造成钢构件破坏。

参考文献 ：①《建筑施工手册》第五版中国建筑工业出版社

②《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001

③《钢结构设计规范》GB50017-2003