大型公用建筑钢结构施工技术研究与应用

陈征国

上海建工集团股份有限公司 上海 200080

1 工程概况

上海世外附属海口学校综合楼屋顶平面尺寸为27.900 m×28.875 m，采用主桁架和H型钢连系梁组成屋盖体系，主桁架跨度27.25 m，高度3.10 m；次梁为H型钢，跨度10.5 m，2榀主桁架单榀质量为33 t，吊装作业拟采用整榀桁架吊装，吊装作业单件超过30 t，为超过一定规模的危大工程。

综合楼屋面位于③—⑥/ D— G 轴之间，安装高度为17.9 m；由E 轴、 F 轴两榀跨度为27.25 m、高度为3.10 m的钢桁架构成主要承重构件，钢桁架之间采用上下弦连系梁和连系桁架连接，构成框架结构体系。钢桁架上弦杆为H型500 mm×450 mm×36 mm×36 mm，下弦杆为H型500 mm×450 mm×36 mm×36 mm，腹杆为H型300 mm×300 mm×20 mm×20 mm。钢桁架之间的连系梁采用焊接H型钢，跨度为10.5 m，主要截面为BH450 mm×200 mm×14 mm×14 mm、BH450 mm×200 mm×10 mm×10 mm，结构如图1所示。

图1 综合楼主桁架立面布置示意

2 钢结构施工重、难点分析

1）构件多处与土建预埋件连接，对土建施工精度要求较高，需要在土建结构施工时，配合完成预埋件的安装，使误差满足要求，便于后期钢结构顺利就位[1-3]。

2）场地狭小，到现场后立即吊装就位，避免现场构件囤积在场地上，保证现场作业的施工效率。

3）安装高度较大，所有作业都是高空作业，必须采取安全防护措施，创造安全作业环境。

4）吊装作业期间，其他单体和专业仍在施工中，交叉作业管控难度大，必须加强安全监督与巡视。

5）安全管控难度大，现场主要为钢结构吊装，吊装作业、交叉作业，点多、面广，需加强现场作业安全管控。

3 钢结构施工关键技术

3.1 钢结构施工总体部署

由于综合楼屋面桁架跨度较大，达到27 m，高度达到3.1 m，无法整体出厂。因此考虑加工制作、运输等因素，确定在加工厂预制时，对于单榀主桁架拟分两段出厂，宽度不分段。运输时桁架平放在拖车上出厂，到现场后卸货，在平台上进行拼装，起吊时翻身就位。钢结构施工整体部署顺序如图2所示。

图2 钢结构施工整体部署

3.2 钢结构现场吊装工况分析

3.2.1 施工机械选型

综合楼屋面吊装时，履带吊只能停机于东侧。综合楼主桁架的最大质量为33 t，长度27 m，高度3.1 m，安装高度21 m，选用徐工XGC300 t履带吊作为吊装机械，采用无臂端滑轮重型主臂主钩工况，中心配重40 t，转台配重115 t，作业半径按照30 m计取，扒杆接长57 m，起吊高度21 m，满足要求。

综上，综合楼钢结构现场吊装采用1台XGC300 t履带吊吊装主桁架，汽车吊配合卸车及拼装；构件的堆场可在汽车吊吊装区域内设置1个。钢结构吊装机械的具体规格、数量和用途见表1。

表1 钢结构吊装机械

3.2.2 吊装工况分析

经现场踏勘，综合楼桁架吊装采用XGC300 t履带吊作为吊装机械。由于构件质量较大（33 t），且起吊高度较高，下部混凝土梁、柱已经完成，综合考虑构件质量、作业半径、起吊高度等因素，避免起吊过程中扒杆与混凝土结构相碰，准备采用超起工况进行吊装，吊装工况为作业半径30 m，额定起吊质量39.3 t，扒杆长度58 m（图3）。

图3 钢结构吊装工况示意

3.2.3 地基处理

根据现场实际情况，综合楼下部有1层地下室，因此履带吊停机时，尽量远离地下室外墙位置，以减小对侧墙的压力。停机面处理：先用16 t压路机对结构至道路之间履带吊开行的区域进行路面压实，浇筑厚150 mm的C30混凝土。履带吊就位时，自带8块3.0 m×5.0 m×0.2 m的路基箱。停机中心位距建筑边线至少9 m，根据压力45°角扩散的原则，保证对地下室外墙的侧压力较小。

按最大起重量300 t进行地基承载力计算，只要满足最大起重量时的要求，则其他情况也满足要求。吊车自重为260 t，最大起重量时的臂长19.5 m，臂质量为6.2 t，吊钩质量为3.9 t，动载系数取1.1，吊车单履带下铺设路基箱4块，面积利用系数为0.75，单履带的触地面积按45 m2计算。本场地土层分层为黏土层、强风化泥灰岩，区域黏土层较厚，地下水位较低，因此土层按单一黏土层考虑，在压实土层表面浇筑厚150 mm的C30混凝土，按路基箱接触截面3 m×5 m作为基础验算模型，验算地基极限承载力。经计算，地基承载力符合要求。

3.3 钢结构现场吊装施工顺序

按照结构桁架主梁、桁架间连系梁、桁架外侧悬挑结构、压型钢板施工的次序完成全部结构的安装工作，具体安装顺序如下（图4～图7）：

图4 E 轴吊装平面布置示意

图5 F 轴吊装平面布置示意

图6 次梁吊装平面布置

图7 桁架框架结构吊装及屋顶压型钢板铺设

1） E 轴桁架结构安装。 E 轴桁架由下弦构件、上弦桁架及腹杆等部件组成， E 轴桁架整体质量约33 t，采用XGC300 t履带吊吊起构件移位。

2） F 轴桁架结构安装。 F 轴桁架由下弦构件、上弦桁架及腹杆等部件组成， F 轴桁架整体质量约33 t，采用XGC300 t履带吊吊起构件移位。

3）桁架间次梁安装。采用XGC300 t履带吊由下到上逐层进行次梁移位及安装。

4）桁架框架结构吊装及屋顶压型钢板铺设。采用XGC300 t履带吊由下到上逐层进行次梁及其他构件安装；完成桁架框架结构后，屋顶铺设压型钢板。

3.4 狭小空间下操作平台设计

由于场地限制，本工程不能采用高空车进行涂装作业，拟采用搭设钢管满堂脚手架操作平台的方法以满足安全要求和安装、涂装作业的需要。

②轴—③轴、⑤轴—⑥轴之间没有下弦杆，搭设高度12.2 m，③轴—⑤轴之间搭设到下弦杆底0.3 m，搭设高度为10.5 m。采用单立杆，横向、纵向纵距为0.9 m，横杆步距0.9 m；每3跨设置横、纵向剪刀撑一道。施工荷载2.0 kN/m2，模板满铺，自重取0.35 kN/m2，连墙方式采用与四周框架柱扣接。

4 结语

上海世外附属海口学校综合楼屋顶大跨度钢结构施工时面临场地狭小、高空作业风险大、吊装施工期间与其他单体交叉作业管控难度大等难题。通过综合分析作业场地实际情况以及吊装机械的作业需求，在分析狭小场地不移机及最不利施工工况的基础上，综合考虑构件质量、作业半径、起吊高度等因素，同时避免起吊过程中扒杆与混凝土结构相碰，确定选用XGC300 t履带吊作为吊装机械。

同时，根据现场实际情况，制定了结构桁架主梁、桁架间连系梁、桁架外侧悬挑结构、压型钢板的安装作业次序，通过搭设满堂脚手架工作平台，解决了钢结构高空涂装作业受限的难题。

[1] 吴文平,蒋跃楠,蔡蕾,等.复杂环境中大型钢结构工程的施工技术分析[J].空间结构,2021,27(1):29-36.

[2] 王冰.大型钢结构厂房中钢结构的制作与安装施工技术[J].城市建筑,2020,17(33):136-138.

[3] 成继红,刘明路,何月峰,等.某大型美术馆钢结构施工关键技术[J].施工技术,2017,46(14):79-82.