大型屋面钢结构吊装施工技术

2022-02-06孙斌

大众标准化 2022年8期

孙斌

（甘肃第一建设集团有限责任公司，甘肃兰州 730070）

针对建筑工程，在吊装施工中，机械化操作属于常见施工形式，存在一定施工难度及危险性，受到建筑领域的高度关注。屋面处于建筑顶层，吊装施工环节较为关键，尤其是大型屋面的钢结构施工，必须通过科学施工方法，有效提升工程整体质量。笔者根据灵台体育中心项目屋面采用双向张弦梁结构体系的建筑工程施工经验，主要分析大型屋面钢结构吊装施工技术。

1 大型屋面钢结构设计的特点

针对大型屋面钢结构的质量控制，对建筑整体质量有着直接影响。随着建筑技术日益更新，建筑钢结构的施工质量，是建筑领域的重点研究课题。为此，需充分掌握大型屋面钢结构设计的特点。

首先，结构测量难。针对大型钢结构，应根据其结构特性，进行综合规划与测量。在屋面钢结构的施工中，钢件的两个方向都是水平的。由于大型钢结构张弦梁屋面钢结构体系的特殊性，各条钢梁的倾角也各不相同。因此，在工程测量中，既要从平面上测量建筑物的长、宽等，又要设置空间的空间坐标，以便更准确地进行测量。而且，还需要准确计算出钢梁之间的倾斜和扭曲的空间位置，这样才能保证钢梁在不同力的作用下不会发生变形。

其次，质量控制点较多。大型钢材的质量难以保证，在安装时，不仅要控制钢件的安装质量，还要注意安装顺序，对相邻钢件的安装有没有影响；如何对高程进行补偿等问题进行严密的规划。因此，在质量管理中，需控制单一钢结构质量，还需控制好焊接质量以及安装顺序。

第三，外部环境影响较大。在建筑工程中，建筑材料受环境因素的影响。建筑结构在日照、温度、高风速的作用下，会对结构的材质造成一定的磨损和老化。在这样的环境负荷下，异型结构也会受到很大的影响。由于钢制建筑对环境有很高的要求。由于环境日益恶化，现在的建筑材料寿命越来越短。因此，在工程建设中，必须对轴线和标高的控制进行补偿与纠错，特别是对于大型钢结构张弦梁屋面结构体系来说，这一点的管理与控制尤为重要。只有把整体结构安装的误差控制在合理的范围内，才能达到既能达到艺术效果又能满足实际需要的要求。

2 大型屋面钢结构的设计要点

首先，严格审查屋面钢结构设计。在大型钢结构张弦梁屋面结构体系的设计中，需要大量的图纸，其中的高度、位置、厚度等数据的大小，直接关系到整个建筑的设计质量，因此要确保其设计的效果，就必须对其进行详细的审核。关于工程图纸中所包含的计算问题，还需由有关评审小组进一步理清。若有与实际工程不相符的地方，应由工作人员及时纠正，以确保资料的准确性，并为今后的屋顶设计工作打下坚实的基础。

其次，加强钢结构构建质量检查。在大型钢结构屋顶的设计中，也会有许多的构件，这些构件的功能也各不相同，但如果有一个构件的质量问题，将会对整个屋顶的设计质量产生很大的影响。因此，在实施之前，有关的工作小组必须对各工序中使用的部件进行严格的质量检验。比如构件的型号、材料、尺寸等，都要经过严格的检验，并及时更换出问题的构件，以确保整个构件的质量。此外，屋顶设计师还必须按照规范的施工工艺和施工程序，并严格对照屋面设计图纸上的要求，将构件进行组合，确保钢结构屋顶的设计效果。

第三，加强屋面安装管理。对钢结构屋顶进行全面的管理，既可以提高其安装的正确性和稳定性，又可以间接地保障工人的生命安全，是建筑工程中必不可少的一环。大型钢结构张弦梁屋面结构体系的设计，包括构件的装配、设计方案的优化和工人的工作分工等。若工程小组不能很好地对其进行管理和控制，导致施工现场出现了一些混乱，将会对其设计的效果产生很大的影响，从而妨碍到整个屋面的设计过程和技术的运用。因此，施工队伍要加强对建筑工地的管理，才能确保屋顶的设计水平。

第四，加强钢结构屋面抗震审查。为加强我国超限建筑的抗震管理，加强其安全性与稳定性，确保其抗震性能，建设部对其进行了抗震检查，并就相关的管理制度提出了相应的规范。由于现有的抗震计算方法尚不完备，规范中所提及的各种计算方法均有一定的假定，而在三个因素中，仅有一个峰值的加速度，其余两个因素仅仅是一个简单的估计。所以对于超限的建筑，在实际的规范中仅有某一限度的应用超过了该限度。超限评估是指在现行设计水准下，按实际规范进行的超限施工，其实质是设计管理，施工质量由设计质量控制。因此，必须对设计质量进行严格的控制，将超限审查提高到一个绝对的高度，才能决定建筑的超限荷载。

3 工程实例

新建灵台县体育中心工程，结构类型属于框架结构，屋盖采用双向张弦梁结构体系；张弦梁结构平面尺寸为68.8 m×47.7 m，共设置8榀张弦梁，长度均为48 m，单榀张弦梁整体吊装重量26.7 t，整个屋盖钢结构重量大约为345 t。

首先，场地准备。

（1）分析场地状况。该项目的主体部分是钢筋混凝土结构，屋面由屋盖张弦梁主梁8榀、联系梁2榀、边梁2榀、其他联系梁3榀、撑杆、交叉拉杆、主索和稳定索组成构成。屋面钢梁的吊装必须由车辆吊来完成。

（2）场地筹备。由于体育场内部空间结构复杂，吊装工作场地狭窄，在施工之前，利用计算机进行了计算机仿真和分析。根据有关试验，确定了主体张弦梁每榀分三段运至场地，结构现场拼装，张弦梁构件堆放在体育中心内部安装位置附近，这样可以免去二次搬运的麻烦，也为张弦梁的整体吊装提供便利。前6榀张弦梁和边梁即12~6轴线的钢构件拼装及堆放场地紧靠于C轴线，最后2榀张弦梁和边梁即5和3轴线的临时拼装区域位于5轴和3轴之间，其拼装方向与原来6榀张弦梁的拼装方向垂直。

（3）钢梁焊接。张弦梁主梁截面形式主要为焊接箱型截面，规格为RHS700 mm×300 mm×25 mm，材质主要分为Q355B其中张拉弦杆耳板于主梁两端插入其箱型截面，并且采用T型对接焊接。由于钢梁的生产场地比较大，施工场地也不需要过多的预制，所以所有的钢梁都是采用了场外的方式进行预制，因为主梁的长度比较大，搬运起来也比较麻烦，所以将其分为三部分，然后运送到了工地上，然后在地面上进行组装。主梁分段后，每个区段长度为16 m，重量约8.9 t。在此基础上，利用一个50 t的大型起重机，在现场对主梁进行了分段组装。钢梁为全熔透等强度焊接，焊接时需开坡口、加衬板、设置引弧板，一次焊接成形，并按照二级焊缝检验，通过验收后方可吊装。

其次，主钢梁吊装。

（1）吊装过程模拟。①选择吊装设备。单根主钢结构构件的自重G=26.7 t，按130 t履带式起重机的性能表取值，工作半径14 m，臂长34 m时工况其起重工作量为35.6 t。②吊装模拟。在吊装之前，将拼接好的主钢梁Ⅰ，主钢梁Ⅱ，主钢梁Ⅲ分别置于相应的位置，并进行了吊装过程的仿真。

举例来说，第一主梁 I段的三段起重操作：

“吊装过程1”是在准备阶段，将主梁竖向吊装到20 cm处，进行吊装实验；“吊装过程2”是利用起重机臂的升降、旋转等动作，将主钢梁从结构柱和二楼的观众席上抬到各自的位置；“吊装过程3”通过吊杆将钢梁抬起，直至梁底超过钢梁支撑柱的顶部标高，然后通过旋转、平移动作将其移到就位。

（2）主钢梁精确就位。在吊装时，采用捆绑于梁端的麻绳，以作拉力和稳定措施。在吊装的时候，屋面会有4个工人（两边两个），在主梁抬起的时候，用绳索将主梁抬起，然后用手拉着吊车，在半空中完成主梁的转动。

（3）主钢梁起吊、安装。吊装中心设在主梁的中间位置，3个吊耳进行吊装。起重时，首先将主梁吊离地面20 cm，然后停住，进行10 min的试吊，以检查各小点有无异常。试验完毕后，将主梁吊装到安装高度。按照仿真方案将主梁移至设计位置，并进行焊接和固定。

第三，次钢梁吊装。①吊装前准备。次钢梁与主钢梁通过对应的螺栓进行合适地连接，根据螺栓的基础要求进行，在土建和主梁的吊装中，如果有一些偏差，那么根据项目部的基本要求，必须先将主梁吊装完毕，然后才能进行，而且要根据具体的测量及其相应尺寸规格进行加工。②制定吊装模拟方案。对于钢梁，一般都要控制在1~3 t之间，并且要选择合适的车辆进行吊装，在吊装的初期，要预先对其进行仿真。之所以要进行仿真，就是为了让吊车在起重的时候尽可能多的进行辅助钢梁的吊装，这样就可以减少吊车在重复的情况下造成的浪费，在将起重机的工作水平进行提高，然后尽可能降低高空作业几率，最大化降低安全事故发生率。③综合措施。有关部门在实施初期阶段已制订了具体的施工方案，并对风险较大的项目进行了一段时期的相关研究。相关团队认真地研究了吊装方案的总体内容，根据现场的观察，结合自己的经验，根据各自的特点，根据不同的情况，设计出相应的吊装船段，将理论与实践紧密结合，使得整个吊装过程更加顺利。