简述智能实验室工程大跨度钢排架结构施工技术

阮金标

（浙江省一建建设集团有限公司，杭州 310013）

1 引言

因大跨度钢排架结构建筑具有空间大、侧向刚度小、耐火性能差等特点，在建筑施工过程中，对钢结构的制作精度、现场拼装施工和吊装工艺等管理技术提出了较高的要求。因此，做好钢排架结构的现场施工管控对施工效率与施工质量的有效提升，同时保证施工安全有十分重要的意义。

2 实况案例

上海交通大学海洋装备研究中心长兴岛基地一期项目4#智能制造实验室项目，位于上海市崇明区长兴岛。本工程分别为中试试验室和辅助用房组成，其中，中试试验室为单层大跨度钢排架结构，结构为二连跨，单跨跨度为36 m，建筑平面尺寸为126 m×72 m，单层建筑结构总高度为26.42 m。

通过对钢排架结构施工进行分析研究,从钢结构施工场地规划、机械选择、钢结构吊装连接、防火涂刷等施工技术的精心设计和周密布置安排，通过对施工技术的合理选择以及对施工现场的有序管控，将本工程最终完满地完成，并将施工过程中的安全与施工质量进行了有效的控制。

3 工程特点及重难点分析

1）本工程由中试试验室和辅助用房组成，房屋结构类型多，工期时间紧，对施工现场平面布置规划管理要求高。

2）试验室钢结构体量较大，且结构构件种类较多，节点比较复杂；构件加工、运输、安装任务复杂，同时钢结构的预埋及安装精度要求极高。

3）钢排架结构跨度大，单层建筑结构高度较高，对吊装机械选择和施工安全提出了更高的要求。

4 钢结构工程施工技术要点

在钢结构施工过程中难免会出现各种阻碍，为了将这些施工重难点进行有效解决，必须采取针对性的施工技术，同时加强对施工现场的管理，以此保证施工质量与施工安全[1]，本项目具体的施工技术要点如下。

4.1 科学布局施工地点

施工规划原则：（1）协调性原则，即必须充分考虑工程涉及的各方需求，并将需求与钢结构施工的特点相结合；（2）经济实用、合理方便，并满足安全文明要求；（3）场地布置首先要考虑钢结构进场道路，吊装机械位置，构件堆放场地，要求现场构件堆置顺序应与施工吊装顺序相符，避免构件重复搬运。同时现场道路的布置要能够满足钢结构构件运输车对于转弯半径的要求。

4.2 吊装机械选择及安全验算

钢结构吊装是主体结构施工的重要环节。对吊装设备（汽车吊）要结合场地情况、吊装位置、设备性能等进行安全验算。钢结构构件的吊装应符合设计要求，考虑构件的类型、应力控制水平、机械设备的起吊能力、构件安放位置等因素，具体确定吊点位置、吊具设计、吊装方法及顺序，并进行验算分析。

根据吊车的定位及性能，选择合适的吊装机械进行拼装和吊装作业，本工程构件按照重量的不同以及场地布置的方式，采用2台25 t汽车吊进行构件的地面拼装和2台80 t汽车吊进行吊装。

4.3 BIM技术应用

1）施工深化设计：施工深化设计是在施工图和施工图设计模型的基础上，根据项目施工特点和现场情况，完善建立深化设计模型。在获得项目前期资料的基础上建立各专业模型，并对模型进行专业调整优化，再将各专业模型整合汇总进行碰撞检测，由专业工程师提供意见进行审核反馈，经过反复多次整合反馈直至碰撞问题为零，满足所有相关单位的要求后，输出施工图，现场施工人员根据施工图以及三维BIM模型进行施工。

2）施工场地布置：本项目结合BIM模型搭建施工场地布置中的施工围墙、大门、施工便道、各项设施模型等，并结合项目施工进度反映各主要施工阶段的场地布置和道路交通情况，辅助项目优化施工现场布局，及时协调施工过程中影响时间和空间的因素，以实现场地布置科学合理。

3）施工流程模拟：在初始的施工设计模型中将施工流程与施工实况的数据信息实时录入，并利用三维影像将施工流程进行可视化的三维模拟。借此对方案实施进行分析和优化，提高方案审核的准确性。本项目将针对危大工程，如钢结构吊装工程、外立面施工、大型机电设备吊装运输等进行可视化模拟，真实地反映工程实体和施工环境、施工方法和顺序、施工机械的运作方式、所需临时及永久设施安装的位置等，将施工方案及方案模拟文件一并提交，审批通过后再进行现场实施。

4.4 钢结构安装技术措施

施工分区：本工程主厂房钢结构场地为126 m（长）×72 m（宽），范围较大，考虑到配合土建的混凝土浇筑施工可将钢结构划分为6个施工区域，合理划分施工段作业，实行流水施工和工序搭接[2]。

构件分段及地面拼装：本工程构件分段按照运输条件进行确定，与相关运输单位确定后，可运输长度不超过18 m宽度不超过3 m的构件，拟将钢柱及屋架梁均分为2段，在工厂加工完成后分段运输至施工现场后，在场内设置拼装场地进行构件的地面拼装工作，构件拼装成整榀后吊装，格构柱等较重构件的分段拼装可采用现场80 t汽车吊进行吊装，屋架梁、抗风柱等重量较轻构件的分段拼装可采用现场25 t汽车吊进行吊装。

吊装方式：本工程钢柱主要采用2点绑扎吊装，屋架梁均采用2点焊接吊耳进行吊装，平面桁架可采取4点绑扎吊装方式，其余钢梁及次构件采用2点吊装。钢梁2点吊装时吊点位置处于3等分点处，钢丝绳与钢梁之间的夹角宜为45°～60°，采用绑扎吊装时需采取木条等软性保护措施包裹构件边缘，防止其割断钢丝绳（见图1）。

图1 钢结构屋架吊装示意图

焊接要求：进行焊接工艺时要严格按照GB 50661—2011《钢结构焊接规范》及GB 50205—2020《钢结构工程施工质量验收标准》实施。

1）若焊接在工厂进行，则在焊接工艺上应尽量采用自动或半自动焊接工艺；若焊接在现场进行，则应尽量采用手工焊接，同时焊接流程要严格按照相关规定进行，以此保证施工安全与施工质量。

2）在工厂焊接时，对焊缝要充分控制，焊缝应能保证多数构件为平焊部位。

3）在现场焊接时，为保证质量与安全，要选用合乎规格的脚手架以及天气防护等设备。

4）等强对接焊应设置引弧板，引弧板割去处应机械加工（砂轮打磨或刨削）。

5）对接焊缝单面施焊且无衬板时应补焊根。

6）进行柱与柱的焊接时，应在接头100 mm内、工形柱边缘、腹板间、箱型柱角部壁板之间采用全熔透焊缝进行焊接。

7）进行梁与柱焊接时，在梁翼缘500 mm内、柱翼缘、柱腹板间、箱型柱壁板间之间采用全熔透坡口焊缝进行焊接。

高强螺栓安装：本工程所采用高强螺栓为钢结构用高强度大六角头螺栓，高强螺栓性能等级为10.9级。主要用于H型钢与钢管柱、H型钢与H型钢之间的连接。高强螺栓摩擦面抗滑移系数＞0.45。具体要求如下：

1）首先将摩擦面进行检查与清洁，保证上面的洁净，并对其进行抗滑移试验，对结果进行判定。

2）保证高强度螺栓的穿入方向与施工方向的一致性。

3）进行结构件位置的确定，并在确定后进行高强度螺栓连接副的安装，安装时确保冲钉与螺栓的数量，避免出现强行穿入等不规范穿入。

4）组装高强度螺栓连接副时，保证螺母带圆台一侧的倾倒方向，其应倒向垫圈有倒角的一侧。

5）避免将高强度螺栓利用工具强行穿入，同时不得使用气割法进行扩孔。

6）按照初拧、终拧的流程拧紧扭剪型高强度螺栓。初拧后，应在高强度螺栓的螺母上做好标记，之后利用专门的扳手进行终拧，直至螺栓尾部的梅花头脱落方可停止。

7）明确初拧与终拧的扳手差异，初拧时，使用定矩扳手，扳手可选择手动与电动两种，终拧使用电动扳手，扳手为固定的。此外，初拧的定矩扳手要定期进行检查标定，在每次使用前还要二次矫正，以此保证扭矩误差。

8）保证拧紧高强度螺栓的扭力顺序为中央向外。

9）保证时效性，在进行高强度螺栓的初拧、终拧时应保证在24 h内完成。

高强度螺栓的质量检验：终拧后可采用目测法进行，判断扭剪型高强度螺栓尾部的梅花头是否脱落，若脱落则为合格。在验收上报时应保证资料的完整性，具体包含：抗滑移试验数据，初拧、终拧原始数据，施工质量检验数据等[3]。

4.5 钢结构涂装要点

1）钢结构的涂装要保证防腐涂料的质量，因此，在出厂时要保证其具备完善的生产合格资料。

2）保证涂装技术的施工设备充足，如称量设备、配料设备、搅拌设备等，同时在配制时严格按照相关比例进行，并保证涂料的搅拌均匀。

3）若使用双组分的防腐涂料，则对比例更应严格把控，并在搅拌后令其熟化，避免影响使用效果。

4）采用喷涂法。

5）技术人员要具备合格的施工资质，并拥有国家相关的资质证书，上岗前要经过定向培训，保证施工质量与施工安全。

6）保证喷涂顺序为底漆、封闭漆。并保证每一层涂料的干燥与清洁。

7）当防腐涂料喷涂完毕后，表层的涂层应符合光滑、清晰、色泽均匀、无脱层、不空鼓、无流挂、无针孔、膜层厚度合格等要求。

8）确定漆膜的使用量，并保证喷涂的平均厚度，实时使用测量仪对漆膜厚度进行测定。

9）针对涂装的间隔要按照钢结构的类型进行，同时保证涂装间隔不能超过相关规定的最大限额。

5 结语

通过本钢排架结构工程的施工实践，解决施工过程中存在的重难点问题和实际困难，从实际工程规划、施工方案与流程的制定、施工设备的选择购置、施工现场管理、对钢排架结构施工进行全面控制，并给合BIM技术创新应用，从而快速、精准、保质、安全完成了钢结构工程，并有效地保障了工期。这也是顺应当前文明施工、优质结构目标的方式，并取得了较好的社会荣誉和经济效益。