货运机场转运中心钢结构建造方式分析

2022-09-06杨利剑华国飞徐山山汪思维

建筑施工 2022年5期

杨利剑华国飞徐山山汪思维

1. 中天建设集团有限公司第六建设公司湖北武汉 430070；2. 浙江中天恒筑钢构有限公司浙江杭州 311300

货运机场作为物流体系中的核心部件，其项目具有体量大、工期紧等特点，如何快速建造且高质量地交付一直是个难题。文献[1]对钢结构吊装作业的各项工艺进行探讨，提出若干可行的安全施工技术建议。文献[2]对钢结构厂房建设中存在的问题进行分析，简要讲述施工过程中抗震、防热等措施。文献[3]对复杂建筑钢结构安装方案进行模拟分析，对钢结构吊装的5种方案进行简要概述。从“十三五”开始，钢结构应用越来越广泛，尽管多数学者对钢结构吊装进行研究，但未结合具体案例，也缺少考虑成本、质量等因素的施工组织比选分析，读者无法直观地看出各方案的优缺点。

基于以上研究，在前人研究成果的基础上，以湖北鄂州民用机场转运中心主楼工程为例，考虑工期、成本、质量等因素，对2种施工组织方案进行对比，重点阐述应用综合吊装双向退吊法后钢结构主体吊装的施工工艺，并介绍了施工前期吊装机械的选型和施工过程中吊装流程等方面需考虑的要素。

1 工程概况

湖北鄂州民用机场转运中心主楼工程位于湖北省鄂州市鄂城区燕矶镇杜湾村附近。工程单层建筑面积16万 m2，总建筑面积53.51万 m2，南北长度约800 m，东西最大宽度240 m，A1—A4主楼4层，A5—A6主楼2层，结构形式为钢框架结构，建筑高度42 m，4层的层高分别为11.3、10.8、9.8、7.3 m。

本项目首层为钢管混凝土柱，其余各层为箱形钢柱，楼板为免支模钢筋桁架楼承板体系。钢柱分段自重约为20 t，钢梁自重约为3.5 t，主体钢构总用量9.6万 t，项目钢筋总用量1.3万 t。

本项目处于机场建设区核心位置，同周边标段界面接口复杂，而且机场建设初期，很难形成完整的临时道路，场区内交通组织转换频率极高，钢构件堆场和卸货区能占用的场地有限，而且需在主体施工工期6个月内完成数量达36 000件的钢构件吊装，需精心组织安装施工流程，精确制定构件进场时间，计算好满足进场要求的构件进场数量和与之匹配的堆场面积，同时合理安排构件吊装顺序，高效、有序、按时完成吊装任务。

2 施工组织方案比选

本项目总工期425 d，主体钢结构量9.6万 t，项目钢筋量1.3万 t。针对本项目情况，共策划2种施工组织方案进行选择[4-5]：

1）履带吊上楼面方案：根据工程特点及工期节点要求，考虑流水节拍，将项目分成6个区，各区同步施工。场内布置17台塔吊用于钢筋、钢承板、钢檩条、幕墙主龙骨等3类构件的吊装，布置18台55 t履带吊采取上楼面方式进行钢柱、钢梁等一类构件的吊装，并在地面安排6台80 t履带吊进行构件的垂直运输，楼面上构件的水平运输使用12台HNF-150叉车和12台15 t平板车（图1）。

图1 履带吊上楼面方案

2）双向退吊方案：将项目分成6个区，各区依旧同步施工。基础施工阶段采用随车吊和履带吊作为垂直运输机械，主体施工阶段实施钢结构退吊施工方案，各区块以中轴线向东西两侧双向施工（图2）。

图2 双向退吊方案

对2种方式的可行性进行对比，发现第1种方案存在诸多问题：

1）工艺间歇时间长。采用履带吊上楼面吊装方案，楼板混凝土需达到养护周期，强度需满足要求后才能实施，工期排算后，发现履带吊存在窝工问题。

2）工期紧，体量大。若进场后安装塔吊，首先需进行塔吊基础桩基施工，耽误工期。经测算，塔吊主要负责3类构件的垂直运输，主体施工阶段时，闲置率高。

3）措施费用高。为保证楼板承载力满足履带吊工作状态时的需求，铺设路基箱板将荷载传递给主次钢梁，因此需租赁大量的路基箱板。此外，塔吊、履带吊等垂直运输机械均存在窝工问题，导致措施费用高。

4）塔吊安拆困难。本项目标准轴网间距16 m，南北44跨，东西12跨，南北长度约800 m，东西长度约180 m，塔吊布置在转运中心主楼内，拆除时，需在屋面设置屋面吊，才能拆除。

5）群塔交叉作业。群塔与履带吊共同作业。由于履带吊吊装时主臂需要考虑50 m左右的高度，一旦开始大面积履带吊工作时，塔吊大臂覆盖范围广，容易出现碰撞，故基本无法运行。

6）工程质量。履带吊需上楼面，对混凝土有损伤，容易产生裂缝，不利于成品保护，增加后期修补量。

采用第2种双向退吊施工方案，不存在工艺间歇时间，各轴线单元从首层吊装至封顶后，可进入下一个轴线单元进行吊装，土建混凝土、机电安装、防火涂料等工程穿插施工。钢柱、钢梁均由履带吊安装，无需额外安装塔吊，故不存在塔吊安拆、群塔交叉作业问题。履带吊作业时，机械位于已夯实的回填土上，承载力满足其要求，不会对结构主体产生破坏。

为进一步确定2种方案的优劣，从经济和进度这2个方面进行对比分析：

1）经济效益。从人工、机械、材料这3个方面对2种方案进行比较，如表1所示。对各项费用进行核算后，第2种方案少花费475.82万元。

表1 经济效益对比

2）进度方面。在基础施工阶段，采用履带吊上楼面方案，进场后需塔吊基础桩施工，需浇筑承台，承台混凝土强度达到要求后方可安装塔吊。采用双向退吊方案，履带吊进场后即可施工。在主体施工阶段，以建筑面积2.7万 m2为考虑单元，采用履带吊上楼面方案，单层吊装时间17 d，混凝土浇筑养护时间30 d，则单层施工时间为47 d，4层总施工时间为188 d，而采用双向退吊方案，单个周期吊装时间为13.6 d（具体计算步骤见3.2节），共计10个周期，总施工时间为136 d。2种方案对比，双向退吊方案工期节约52 d。

3 退吊施工方案实施

3.1 准备工作

构件吊装前的准备工作是确保工程质量、提高效率和保证吊装顺利进行的重要一环。

认真学习施工图纸，结合BIM技术进行图纸审核和会审，核对构件的空间就位尺寸和互相关系，计算全部吊装构件的数量、质量和安装就位高度以及连接板、螺栓等吊装铁件的数量；编制好吊装工程的具体施工作业设计（包含吊装程序、方法、构件制作堆放平面布置、构件的运输方式、施工人员配备、物资供应等）；进行细致的技术交底。

构件的检查包括检查构件的强度及完整性（有无严重裂缝、扭曲、破损及其他缺陷）、外形尺寸、形状、埋设件位置、结构钢筋、吊环、埋设件的稳固程度和构件的轴线等，并在构件上，根据就位、校正需要弹好轴线。柱子应弹出3面中心线，即牛腿面与顶面中心线、±0 m线；基础杯口应弹出横轴线；梁、屋架等构件应在端头与顶面及支承处弹出中心线及标高线；在屋架（屋面梁）上弹出天窗架、屋面板的安装就位控制线。同时检查轴线和跨度是否符合设计要求，找好柱基标高。

吊装前，利用结构计算软件验算构件吊装时的刚度和抗裂性，确定绑扎位置。侧向刚度较差的构件，如屋架、天窗架等，应用脚手杆或竹竿绑扎1～2道进行加固。所有构件应按吊装平面布置图就位。

吊装前还需对施工环境进行检查，考虑吊车开车和构件运输车所经道路是否平整、坚实、畅通。起重机吊杆及尾部回转范围内有无电线杆等障碍物。水、电是否接通，场地是否平整等。

3.2 实施步骤

2种方案考虑成本、质量、进度等多元素对比分析后，双向退吊方案为适合本项目的施工工艺。该工艺雏形为原有的综合吊装法，即起重机在厂房内一次开行中，吊装完成一个节间各种类型的构件，即先吊装4根柱子并立即进行校正固定，接着吊装钢梁等构件，一个节间的构件全部吊装完成后，起重机再移至下一个节间进行全部构件的吊装，直至整个厂房吊装完成。本项目A2、A3、A4区域东西宽度方向均为12个轴网，南北长度方向均为10个轴网，柱间轴网尺寸较为标准，间距为16 m，基于该特点，可以由中间轴线向东西两侧进行同步施工，同原有的综合吊装法相比，可提供的施工面更多，达到节省工期的目的。

主体施工前，对各区域放置履带吊的数量进行计算，考虑A2—A4区各区纵横为10×12个轴网，共计120个节间。对每个节间构件数量、焊缝长度进行统计。各节间构件数量22根，考虑卸货、倒运的附加量0.8，总计吊次40次，每台吊机每天有效工作时间10 h，每次吊装时间为25 min，每格每层所需时间为1.7 d，每个吊装周期约1.7×8＝13.6 d。

现场共分为7个施工分区。每个区块（除A1-2、A5、A6外）根据中心脊线，划分为上下施工分区，根据面积情况，A2、A3区块各安排6台80 t的履带吊，A1（A1-1、A1-2）区块安排7台80 t履带吊，A4区块安排8台80 t履带吊，A5、A6区块各安排1台80 t履带吊。按照总工期要求，分成10个周期，流水施工，每个网格所处的周期序号如图3所示（以A2区为例）。

图3 A2区分块示意

钢结构主体安装以2条轴线间（第6轴网、第7轴网）钢结构为安装单元，各单元吊装顺序为：1层钢柱→1层钢梁→2层钢柱→2层钢梁→3层钢柱→4层钢梁→4层钢柱→4层钢梁。

本方案优点有以下2个方面：开行线路短，停机位置较少，吊装完成一个节点，可进行下道工序，缩短工期；吊装误差能及时发现和纠正，同时吊完一节间，校正固定一节点，结构整体稳定性好，有利于保证工程质量。

但也存在以下3个方面的缺点：需要起重量大的起重机，同时吊装各种类型的构件，影响起重机效率的发挥；构件平面布置和准备工作复杂；校正工作困难，柱子固定需一定时间，常跟不上吊装速度。

解决上述缺点，需提前进行策划考虑。吊装前，将每个小区块的构件运输堆放至吊车附近，以方便吊装提高效率。吊机开行过地梁前，地梁两侧已完成土方回填，并铺设路基箱板供吊机开行。

4 实施过程中注意事项

钢承板及钢筋垂直运输：钢柱、钢梁吊装完成后，需将楼承板吊运至钢梁上集中存放，后期由人工搬运进行铺装，该做法保证履带吊可以及时进入下一跨进行构件吊装。钢筋的铺设工序需在楼承板安装完成后才能进行，此时履带吊已进入下一跨，因此需借助外部一跨的某一单位，该单位优先铺设钢承板，作为钢筋的转运区域，由人工搬运至指定区域。

屋面檩条的安装：4层楼承板吊装至固定区域后，再安装屋面檩条。檩条质量较轻，履带吊撤离前，可将其集中吊运至某一区域，由人工进行二次搬运。

1）混凝土浇筑。采用钢构退吊施工部署，混凝土浇筑为一大难题，需搭设泵管对楼承板混凝土进行浇筑，浇筑前泵管引至楼层最远部位，在浇筑过程中，边浇筑边拆除。

2）砌体、二次结构施工。本项目边跨存在功能用房，该区域存在二次结构砌体，砌体拉结筋设计要求需同主体钢框架柱焊接，因此需在防火涂料喷涂前就焊接施工拉结筋，避免防火涂料施工后，凿开防火涂料层，减少二次修复。

3）防火涂料施工。本项目钢柱为厚型防火涂料，钢梁、屋盖钢结构为超薄型防火涂料。机电穿插施工前，就需完成施工作业面的防火涂料施工，避免防火涂料喷涂时污染机电支吊架、桥架以及风管等设施。

4）机电穿插。采用退吊施工方案，移交区域防火涂料需优先喷涂完成，鉴于无法提供大面移交给机电分包，前期机电仅能安装支吊架等附属设施。

5）金刚砂地坪施工。为防止地坪被破坏，减少地坪保护的措施费用。需待防火涂料施工、机电管线安装完成后，方可进行金刚砂地坪的施工。

6）大型机械安全管理。履带吊吊运构件时安排专人值守，防止与周边构筑物发生碰撞。履带吊等大型机械均设置路径监控，仅允许在本区域吊装，严禁跨区域施工。可通过智慧工地大平台，实时监测机械的上线率。