论某建筑工程钢结构施工技术及施工管理

　　摘要：随着经济的快速发展，城市建设突飞猛进，在建筑工程建设中，钢结构工程也日益受到重视和广泛应用，把握好钢结构工程的施工工艺及做好施工管理是整个工程中十分重要的环节，文章是作者结合某钢结构工程实例，就该工程中的施工工艺及其主桁架的制作、施工和监控等问题进行分析探讨，以供参考!

　　关键词：钢结构施工工艺,检测,施工管理

　　1 引言

　　某工程的结构特点、施工工艺、技术难度和管理要求都引人注目，其中，钢结构屋盖施工是其关键环节之一，它主要由30榀126.6 m跨“鱼鳆” 钢桁架组成，东西长448 m，建筑高度达40 m，仅屋盖用钢量为0.47万t，总用钢量约1.773万t，其施工有几大特点：

　　(1)张弦钢桁架无论跨度还是规模在目前都是国内最大的，屋架以拉杆梁结构构成无柱大空间，设计和施工都采用了新技术、新工艺，对钢结构制作安装提出了很高的要求，其制作精度和安装偏差的要求高于国家现行施工及验收的规定，达到国际先进水平。

　　(2)主要构件选材大，大直径的管材加工需要空间五维切割设备和高精度控制手段，安装时由于钢构件单件重量重、吊装跨度大，并且大部分钢结构吊装时二层砼结构楼面已基本建成，四周可使用场地很小，施工难度十分高。

　　(3)工期紧，钢桁架安装仅55天，整体安装工期只有6个月的时间。

　　(4)成本控制很严。

　　2 结构特点和施工工艺

　　主桁架上部倒三角形的钢管桁架和下部张拉弦之间有腹杆顶撑，共同组成张弦桁架，桁架跨中高度达13 m，桁架相距15 m，张弦桁架下弦为 单根平行高强度钢索，单榀桁架重量为130 t。张弦钢桁架的安装采用了平移方案，即：张弦钢桁架在地面胎膜上拼装和完成钢索安装张拉，通过四台TG-160a型塔吊将张弦钢桁架抬吊到跨端结构顶上，平移一个节间距离(15 m)后，在跨端再吊一榀张弦钢桁架，及时安装节间檩条和水平支撑、端头桁架，组装成节间，每个节间组装完成后平移一个节间的距离后组装下一个节间，直至连续五个节间组装完形成一个区间.整体由小车支承、计算机控制同步牵引平移到设计位置的屋盖安装方案。张弦钢桁架的平面示意见图1。由于受到工期和现场条件的限制，整个钢屋盖30榀主桁架分为五个区间，六榀桁架组成一个区间，其中东作业线有二个区间，西作业线有三个区间。

　　2.1 钢结构制作

　　张弦钢桁架的分段制作和预拼装都在现场制作场胎架上进行，采用“卧式” 组装，每榀分十一段制作，约11 m一段，重量控制在13 t左右。在每段桁架成型后，进行预拼装。分段桁架预拼组装定位采用点焊连接，主要考虑方便杆件吊装、拆卸和减少对相贯面坡口的影响。张弦钢桁架构造图见图2。

　　2.2 构件拼装

　　张弦桁架拼装顺序：拼台、支承点尺寸定位------胎架搭设-----分段桁架拼装------ 分段桁架上胎架拼装--- 电焊------- 安装腹杆—— 安装钢索和锚具——索的张拉—— 验收交付安装。

　　张弦钢桁架的整榀拼装胎架搭设在展览大厅东西两侧跨端地面上，采用“正造法” 立式拼装施工，以利于钢桁架的下弦索张拉和整榀吊装。桁架的拱高和跨度按一次张拉方案计算确定。胎架的刚度、整体稳定性、不沉降以及不变形是保证钢桁架制作满足设计精度要求的主要关键因素。

　　本方案胎架受力特点：胎架两端的支撑点承受全部桁架重量和施工荷载;两端胎架与钢桁架的接触面一端在张拉时能在跨度方向滑动，另一端不能滑动但有转动。胎架精度的保证方法：观察胎架沉降的均匀性，根据实际情况进行局部调整或加固，对不均匀沉降引起的高差，采用千斤顶进行处理，并在调整至符合要求后的牛腿侧面上重设支撑板固定，做到小范围内无限制定位。

　　桁架整榀拼装的顺序从中问向两边对称进行，按实际就位的位置调整固定，由300 t吊机将桁架吊上胎架。在拼装每一分段时，利用全站仪对桁架尺寸进行实时测量，包括构件上抬架前、预拼完成后、焊接完成后，检测桁架节点标高位置、水平投影长度、桁架侧弯值，及时调整超偏尺寸，避免或消除过多的累积误差。分段桁架就位到抬架并确认尺寸无误后才能焊接，焊接原则从中间开始，向两边对称焊接。为了控制焊接变形及确定焊接收缩预留量，桁架焊接前选择了有代表性的节点做焊接工艺评定，并由此制定本焊接施工工艺。

　　2.3 张拉

　　张弦桁架下弦为单根平行高强度钢索，中间通过夹具与腹杆相连，二端通过LM.337特制冷铸锚体系与三角桁架相连接。三角桁架焊接完毕并经验收合格后才能进行钢索安装和张拉。钢索张拉示意见图3。

　　钢索安装流程为：钢索进场验收一放索、就位一在索的标记处夹紧锻钢夹具一安装一头锚具和部分腹杆与夹具连接一安装另一端锚具和剩余部分腹杆与夹具连接一两端同时同步按0—20%—60%一100% 分级张拉分段读数，一同步观测桁架径向、跨向、矢向位移量一检测索力、关键受力杆件内力一验收合格后吊装。

　　胎模张拉控制分二个阶段，脱离胎模前张拉力控制，脱离胎模后跨中起拱位移控制。在张拉力130t到150t桁架逐渐脱离胎模的关键阶段，安排人员对脱离进行直接观察，当矢高达到规定值时，立即停止张拉，测拉索张力和复核跨度值。为了保证各桁架腹杆位置的一致性，以中间腹杆作为基准，协调二端张拉值。由于张弦桁架跨度大，变形对气温变化反应敏感，因此需记录拼装交验和张拉完毕时的环境温度，在二者温差大于5℃时，要考虑在张拉测跨距时由此引起的跨距变化。

　　2.4 起吊、平移、就位、固定

　　钢桁架起吊分东西二个作业线施工，每个作业线配置四台(桁架两端各设两台)GT160和一台300 t吊机。GT160塔吊起重性能为：工作半径R=4 m，起重量9—2X40 t二80 t，有效高度H二43 m。单榀桁架重量为130 t，最高安装高度约为40 m。采用四点吊将张弦桁架抬吊就位在滑道上。300t吊机负责安装两榀主檩条支撑，同一区间的第一榀张弦钢桁架起吊到位后，由于端部桁架还未安装，单榀桁架处于不稳定状态，这时两端塔吊不能卸钩，必须在桁架二端和跨中间方向临时固定，第二榀张弦桁架起吊到位且与端部桁架S1连接完毕后才能卸钩，确保张弦桁架稳定。起吊过程主要监控张弦钢桁架起吊重心位置，因为张弦钢桁架的理论重心位置高于吊点平面外70 em，属高重心起吊，当两端起吊点高差大于127 em，呈25。斜角时，桁架重心才偏离吊点平面范围，引起倾覆。四台吊机采用了计算机联机控制起吊，实际起吊时没有出现高重心倾斜现象。

　　屋盖平移包括节间平移和区间平移。每个区间由6榀桁架5个节问组成，节间平移是每组装完成一个节间向内移一个节间距离(15 m)。区间平移是每组装完成一个区间，整个区间平移到设计位置。节问的安装、平移顺序和区间平移顺序是先内后外。

　　张弦钢桁架的屋盖平移系统包括滑道、滑车、计算机同步控制系统、液压牵引系统组成。A轴高跨处的滑道与滑车侧向紧密接触，确保证张弦桁架一端的安装位置，F轴低跨处滑道和滑车为松配合，留有伸缩余地给于桁架在安装檩条和屋面结构时跨度变化的调整;滑车采用定型的ER.80载重滚轮小车，每榀张弦桁架用4台(整个区间用24台)小车支承平移，屋盖平移到位后采用24只CLP-602薄型液压自锁千斤顶进行支座转换。液压牵引系统由液压千斤顶、钢铰线、反力架组成。钢绞线的直径为15.24mm，破断拉力为26 t，张弦钢桁架的屋盖平移同步控制以计算机控制为主，辅以人工观察，计算机控制液压牵引器的同步牵引，并将二端牵引偏差控制在设计允许的范围内，其控制参数为：2点同步水平牵引距离15 m一264 m水平移位速度5 m/min～12 m/min;同步移位与牵引基准点水平移位误差≤20 mm。

　　2.5 检测

　　张弦式钢桁架预应力施工第一控制是变形控制，张拉力及内力大小是第二控制。但由于杆件内力的大小是结构承载能力的直接反映，因此内力检测在反映结构的安全性上仍是第一位的，尤其对于本工程新型大跨度张弦式钢桁架，需测试内力值以检查计算模式的正确性。选择了一次张拉方案的同时，设计确定了张拉时桁架变形控制值及杆件内力预期值。跨中起拱值为张拉最终控制目标，桁架缩短值是屋架移位导轨的依据，索端力为施工张拉力，拉索和所选定的桁架杆件计算内力及应变值用于监控桁架受力。位移测量的方法：每一榀桁架都要进行位移测量。以跨中为主控制点，两个四分之一跨点为参考控点。预应力张拉时，控制跨中点到理论起拱位置。

　　由于实际制作误差，四分之一跨点不一定很准确地起拱到理论位置，根据其位置适当调正跨中点的控制。位移测试使用SET-500全站仪，测角精度为5”，测距精度为2 mm±2 ppm。胎模上张拉时全站仪放在展览大厅楼板上。区间形成后，全站仪置于屋面上测量屋面上各测点高度。棱镜支架放在张弦桁架托盘板上有时安放在檩条上。

　　内力测量方法：拉索内力测试首选电阻应力计，在拉索跨中点C安装应变计，在预应力张拉时，拉索端的内力值从千斤顶压力表上读出。桁架应变量测采用温度白补偿方法，外界温度影响小，静态应变仪DH3816性能稳定，钢杆件测试数据可靠稳定主要量测步骤：单榀试验桁架胎模张拉量测： (1)桁架、拉索胎膜上安装就位后，全站仪初读，静态应变仪调零。(2)分级张拉至130 t，桁架开始脱离胎膜;同步分级量测。(3)张拉至150 t，桁架全部脱离胎膜;同步分级量测。(4)位移控制，分级张拉至桁架预定起拱高度：同步分级量测。(其余27榀桁架量测：单榀张拉时，仅做位移和拉索内力量测，不做杆件内力量测，量测步骤同试验桁架);区间量测：(5)榀桁架及檩条、支撑安装就位后，静态应变仪调入拉束初始调零值;桁架位移及拉束内力量测。(6)屋面板马道安装后，桁架位移及拉束内力量测。以C6-HJ1为例检测成果如下(1)张拉位移检测成果：计算跨中起拱量为260 mm，预计桁架缩短量为98nan，最终跨中起拱量为257 mm，量测得桁架缩短量为125 mm。

　　(2)张拉杆件应变检测成果：桁架的下弦杆应力最大，测试值和理论预期值较接近。桁架竖杆、腹杆和上弦杆压应变值很小，测试值和理论值差异很大。(3)张拉拉索应变检测成果：拉索外裹PEC为塑性材料，应变片很难粘贴牢，故测试数据不稳定，曾改用电位移计测量，由于拉索在张拉变形时会扭转曲直变形，电位移计的读数也不太理想。尽管如此，获取的数据和理论计算的预期值仍有可比性。(4)区间就位后桁架相对高差检测成果：相对参考点相对高差的最大值为37 mm。相对高差由二部分组成，一部分是张拉起拱误差，另一部分是桁架制作安装误差。对于跨度为126 m的张弦式钢桁架，相对高差仅不足万分之三，完全满足设计要求。

　　3 施工工期管理

　　(1)用钢桁架地面拼装、节问端面组装、区间整体同步牵引平移到外到位的方法，钢索张拉方便，胎架多、胎架不用反复搭拆、工作面多，可以和土建交叉施工，对工期目标的实现有保证;

　　(2)工程主体部分的钢结构制作分别由两个加工厂同时进行，以提高生产制作速度;

　　(3)分东西两个区域同时开两条作业线同步安装，增加工作面，加快安装施工进度;

　　(4)深化设计、钢结构制作、现场拼装、放火涂料施工、玻璃幕墙安装、屋面结构铺设等均按上述的布置适当搭接，流水作业，配合施工;

　　(5)针对钢结构的制安工程，对、检测等分包单位的管理，做到命令源单一直接，指挥得力，收到理想的效果。钢构件的加工制作时间、运输时间、分段拼装时间，每榀桁架的总拼时间，放索、张拉、调试、内力测试、起吊、平移的时间等编制出详细的控制计划，并在施工过程中严格执行;

　　(6)通过采用定期工程协调会制度、每日现场协调制度、特别会议制度等协调和解决影响工程进度、质量等问题，对工程进度实行动态管理，通过网络确定进度控制关键点，对关键工序上可能会出现的问题进行分析、预控。在工程实施过程中利用前锋线分析计划的偏差情况，当实际进度稍有延误，及时采取有效措施赶工或调整：

　　(7)施工后期由于各种因素影响制作进度，为了缩短运输时间，由原船运改为公路运输，周期由海运15天缩短至陆运4天;

　　(8)实行合同分层管理，由钢结构总包单位负责其钢结构深化设计、钢构件加工。检测等分包单位的管理，做到命令源单一直接，指挥有力，收到有效的成果。

《论某建筑工程钢结构施工技术及施工管理》

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