中山大学北校园医学科研楼连廊钢结构施工技术

2023-11-11谭灵君

建材发展导向 2023年19期

谭灵君

(广州市第二建筑工程有限公司，广东广州 510045)

现代建筑工程结构型式呈现出多元化发展趋势，钢结构型式逐渐取代了传统的钢筋混凝土结构型式，这对减少造价成本、缩短工期时间、改善造型效果起到积极正面影响，这也标志着我国建筑业迈入全新发展阶段。与此同时，连廊钢结构施工技术与传统建造模式存在本质差异，原有工艺技术、施工经验缺乏适用性，现场施工期间难免出现错误操作问题，存在质量和安全隐患。

1 项目概况

中山大学广州校区北校园医学科研楼1号2号项目位于广州市越秀区东风东路658号，以连廊钢结构部分安装作为施工范围，科研楼建筑主体结构采取钢筋混凝土剪力墙型式，连廊钢结构采取空间桁架型式，以混凝土柱作为支撑构件，总重量与长度分别为44t与24.15m，断面高度为4.6m，使用H型钢制作上下弦杆、腹杆等部件，采取焊接作为对接方式。本项目严格遵循《钢结构高强螺栓连接技术规程》(JGJ 82—2011)、《钢结构工程施工规范》(GB 50755—2012)等现行规范，以达到国家现行施工规范与广州市现行规定要求作为工程建设目标。

2 连廊钢结构施工工艺流程与技术要点

2.1 连廊制作

在连廊制作环节，提前按照图纸做好测量放样等准备工作，按照1∶1比例在放样台上标记实体形状，复核放样成果是否符合施工详图与零部件图样要求，并在样板上设置加工记号。采取气割下料、机械剪切下料等方法，从原材料上下料分离零件。正常情况下，采取机械剪切下料方式，钢板厚度超过12cm时操纵剪板机与冲剪机来切割钢材，磨平切口表面毛刺，保持切口表面光滑、平整与规则状态[1]。最后，在板料上标记多处弯曲点位，使用旋转辊轴对钢板进行弯曲处理，保持钢板纵向中心线和滚筒轴线平行状态，重点控制型钢弯曲半径，把边缘部位压弯至一定倾角，并在指定位置制作特定规格的预留孔，后续作为铆钉孔或是螺栓孔，待钢板弯曲成型后，对钢构件进行矫正处理，即可完成钢构件制作任务，尽量采取机械矫正方法。

2.2 钢构件预处理

钢构件转运入场后，质检员对各批次钢构件质量与安装编号进行核对检查，核查出厂许可证与质检报告等文件。在钢构件通过入场检验后，施工人员做好构件预处理工作，以改善钢构件使用状态作为处理目的，具体采取缺陷修补、除锈、防腐、防火四项处理措施。1)缺陷修补，检查钢构件是否存在裂纹、孔穴、未熔合、固体夹杂等质量缺陷，根据缺陷类型、破损程度来制定专项修补方案。以裂纹缺陷为例，锁定裂纹部位，裂缝两端钻设止裂孔，铲除表面焊缝金属，开展补焊作业；2)钢构件除锈，采取喷砂、钢丝刷、砂轮打磨等方法，清除钢结构表面残留锈迹，除锈完毕后在表面均匀涂刷防锈保护漆层，检查漆层厚度与均匀程度是否达标，避免后续再次出现锈蚀问题；3)钢构件防腐，清理钢构件表面灰尘杂质，保持表面洁净状态，在表面均匀涂刷具备防腐性能的油性基料，或是喷涂具备挥发性与快干性的防腐涂料。根据钢构件防腐性能要求、现场环境条件来确定涂料品种、涂层厚度以及涂刷遍数；4)钢构件防火，考虑到钢结构连廊具备不耐火的局限性，火灾持续期间会大幅降低钢材强度及弹性，容易出现结构塌陷等安全事故。因此，需要对构件进行防火保护处理，在表面均匀喷涂防火漆层，或是铺贴耐燃隔热材料作为防火层，保持防火层与钢构件表面紧密贴合状态[2]。在本项目，最终选用Q355B钢材制作钢构件，对钢构件进行除锈、防腐与防火处理，要求除锈等级不低于Sa2.5，构件表面喷砂除锈后依次喷涂环氧富锌底漆、环氧云铁中间漆和丙烯酸面漆作为保护漆层。

2.3 提升支架安装

提升支架是连廊钢结构施工体系的重要组成部分，负责把钢构件起吊就位后在高空原位散装，或提前在现场地面把钢连廊结构拼装成型，再将钢结构整体提升就位、拼装连接。在提升支架安装环节，提前在现场标记支架安装位置，对现场地表进行夯实整平处理，上方支设模板与现浇混凝土，待混凝土固结成型后，拆除模板，把混凝土结构作为提升支架基础结构。随后，在基础结构上方依次安装导向架、打入地锚与系上钢绞线。导向架由角钢、脚手架等材料制成，在提升器位置处平稳架设导向架，要求架体横梁标高略超过天锚标高，架体水平位置偏差控制在10cm以内[3]。地锚数量和提升器数量保持一致，在钢桁架主梁上翼缘板下方吊具内部设置地锚，保持下方地锚、上方提升器竖直对应状态，设置压板来固定地锚位置，在压板下方预留一定空隙，确保地锚可以自由转动。钢绞线穿入提升器内，使用钢绞线把提升器固定安装在提升梁部位，检查各台提升器的钢绞线根数是否达标，穿线完毕后缩紧上下锚。最后，在提升支架安装完毕后，开展提升试验，以验证支架承载性能作为试验目标，如果未通过提升试验，则对支架结构采取额外加固措施，或是调整钢构件起吊安装方案内容。

2.4 连廊桁架吊装

在连廊桁架吊装环节，必须做好前期准备工作，对起重机进行充分保养，检查吊索吊具质量性能是否达标，对施工人员进行安全教育与技术交底，清理吊装路径沿途障碍物。按照既定方案安装吊索吊具，把钢构件起吊至地面上方0.3m处悬停，悬停时间不得少于10min，观察钢构件稳定性是否合格，出现构件松脱失稳情况时必须修改方案内容，调整吊点数量、位置。随后，参照施工图纸在现场标记各处预埋件的安装位置，引测平面控制线和高程控制线，在混凝土结构上打入预埋件，主要以螺栓作为预埋件，全面检查各处预埋件安装质量是否达标。在本项目，要求预埋件平面位移量不超过±5mm、标高偏差不得超过±2mm、螺栓中心位移量不得超过±1mm。最后，在桁架上设置钢管与钢丝绳，按照吊装方案，把钢桁架平稳起吊至安装面上方悬停，构件朝向角度调整完毕后，平稳下放钢桁架，连接地脚锚栓和桁架下端，焊接桁架上端和混凝土结构植入的化学螺栓，在钢桁架临时固定后，方可解除卡索机构与拆除吊具，重复上述操作，完成剩余各榀钢桁架与连接梁的吊装作业。

2.5 高空合龙

依次将钢构件在水平方向与高度方向就位，再采取临时固定措施，把钢构件初步拼装形成连廊钢结构。1)水平就位，提前在连廊主梁两端位置设置预留段，把提升单元缓慢上提到合龙高度后，操纵导链来调节水平方向与连廊空中姿态，同步测量对口长度，待连廊空中姿态达到设计要求后，在预留段两端进行连接处理，分别采取全等强焊接方式、高强螺栓与焊接混合方式；2)高度就位，提前在现场布置传感器装置，通过传感器实时测量连廊结构提升高度，施工人员根据测量数据来点动调整液压提升器，调整精度保持在mm级，直至连廊结构到达设计高度、高度偏差不超过限值；3)临时固定，现场配备具备自锁功能的液压提升器，待连廊结构提升就位后，启动自锁装置来临时固定提升单元位置，临时停留期间操纵倒链把连廊结构与建筑主体结构相互连接。

2.6 节点连接

连廊钢结构主要采取高强螺栓连接、焊接连接两种形式，施工人员必须掌握正确工艺做法。1)高强螺栓连接，检查所准备螺栓的外观质量、型号是否合格，禁止使用生锈、缺牙、损牙的劣质螺栓，并对螺栓的机械性能与化学性能进行检验。随后，对安装面进行处理，保持连接板表面紧密贴合状态，接触面间隙值超过1mm时在板体一侧朝受力方向打磨缓坡，接触面间隙值超过3mm时增设垫板。准备工作完成后，在预留孔内拧入临时螺栓，开展调孔清孔作业，再采取扭矩法分多次拧入高强螺栓，以中心点作为起始位置，初拧力矩保持在30%～50%左右，终拧力矩必须完全达到设计扭矩，最终向四周方向扩散拧入剩余高强螺栓；2)焊接连接，优先采取气体保护焊技术，在现场风速低于2m/s时开展焊接作业，标记焊接位置，清理钢构件和预埋件表面灰尘污渍，保持焊缝洁净、干燥状态[4]。随后，对焊缝进行预热处理，以焊缝两侧150mm作为预热范围，预热后的温度保持在100～150℃以内，预热完毕后一次完成焊接作业，实时清理焊接熔渣，最后检查焊缝质量是否达标，必要时开展补焊作业。如果钢构件厚度超过3cm，或是屈服强度较高，则额外增设焊后热处理步骤，处理温度控制在150～200℃以内，后续自然冷却至室温。

3 连廊钢结构施工技术的应用策略

3.1 质量通病防治处理

连廊钢结构施工受到工艺操作、现场环境等因素影响，难免出现各类质量通病，如果问题发现、处理不及时则会对连廊结构性能与使用安全造成负面影响。对此，施工单位在采取工序交接检验、原材料入场检验等质控措施的同时，还需要掌握质量通病客观出现规律，提前采取防治处理措施，典型质量通病包括焊缝咬边、预埋螺栓偏位、钢构件垂直偏差等。1)焊缝咬边，形成原因包括焊接电源超标、焊条把持角度不当、错误选用焊条规格，施工人员提前开展焊接试验，根据试验结果来确定焊接电流、电弧等工艺参数的最佳值。如果后续仍旧出现焊缝咬边问题，则对咬边深度超标部位开展补焊作业，补焊次数控制在2次以内；2)预埋螺栓偏位，形成原因包括测量误差、螺栓在混凝土现浇期间受到挤压、施工机械碰撞错位，施工人员应采取预埋螺栓控制线引测复核、保持预埋螺栓与混凝土模板及钢筋安全间距、设置井字形钢管固定螺栓位置、预埋螺栓成品保护等防治处理措施；3)钢构件垂直偏差，形成原因包括未设置垫块、垫块数量偏少，要求施工人员在钢构件吊装就位后，在底部垫设若干垫块，以钢柱构件为例，在柱脚四处方向均设置垫块，检查垫块高差与表面平整度是否达标，垫块起到维持钢柱平稳状态、预防失稳变形的作用[5]。

3.2 施工监测

在连廊钢结构施工期间，可能出现高处坠落、钢结构变形失效等情况，如果继续开展施工活动，无法为连廊施工质量提供有力保障，严重时引发安全事故出现。因此，施工单位需要同步开展监测作业，设立钢结构应力监测、变形监测等项目，全程观察现场施工情况，发现异常情况后立即叫停现场施工、着手解决施工问题。1)钢结构应力监测，采取电阻应变法，提前在连廊钢结构上布置绕丝型、薄膜式等种类的电阻应变片，如果钢结构出现挠度变形、节点位移等问题，应变片随之出现变形现象，通过观测电阻值变化情况来确定应变程度、锁定应变位置；2)钢结构变形监测，采取导线法、自由设站法、三角测量法等常规方法，现场布设若干监测点，确定监测频率，定期采集现场数据来判断钢结构是否出现变形现象、变形程度是否超过安全范围。同时，也可采取GPS变形监测技术，现场布置GPS接收机，动态测量测点三维位置，根据三维坐标值变化情况来掌握钢结构变形程度，此项技术具备全天候监测条件，可以在短时间内发现钢结构变形问题，及时采取解决措施，避免钢结构过度变形。

3.3 编制专项施工方案

现代建筑工程有着工期时间长、现场环境复杂特征，在强风、暴雨等恶劣天气下，常规施工方案缺乏指导价值，容易形成施工纰漏与质量安全隐患。因此，施工单位需要根据已掌握信息，判断特殊天气对连廊钢结构施工过程造成的具体影响，编制专项施工方案。在本项目，陆续制定面向雨季、强风天气与夜间等特殊情况的专项施工方案。1)雨季施工方案，在提升支架与垂直运输机械周边设置排水设施，持续监测设备与平台的垂直度与沉降量，现场出现五级以上雷雨天气时禁止开展钢构件吊装作业，雨后对机电设备、提升支架与塔吊设备进行全面检查。同时，要求施工人员穿戴防滑雨鞋等施工防护设备，对钢构件与施工设施采取防雨防滑保护措施，在现场空气湿度超过80%时不得露天开展焊接作业，在节点连接前对焊接母材进行预热驱潮处理；2)强风天气施工方案，持续收集当地气象资料，在强风天气来临前对已拼装钢结构、施工机具、临时设施与脚手架结构进行预防性加固处理，风力超过五级时不得开展钢构件吊装等高空作业，大风后检查现场情况与清理现场垃圾；3)夜间施工方案，尽量在昼间开展连廊钢结构施工作业，如果施工进度严重落后，则组织夜间施工，以节点焊接、高强度螺栓连接等危险系数较小的工序作为夜间施工内容，禁止在夜间开展钢结构吊装作业。