大型公用建筑钢结构施工技术研究

石王朋,谢先江

摘要：在大跨度连体钢结构施工中，施工工艺和施工技术不同会导致结构内力、稳定性及形变有较大差异。此外，因施工荷载的复杂性、材料的蠕变、结构在施工过程中的不完整性等因素引发结构在施工过程中产生事故的概率极大。在建筑施工中加强对大型悬挑钢结构关键施工技术的研究，控制好建筑工程质量尤为重要。

关键词：大型公用建筑；钢结构；施工技术

1工程概况

临港新片区105社区金融东九项目17-02、23-01地块建筑面积约24万㎡，共包含12个单体，其中包含8个办公楼，1个商业裙房，1个文化楼，2个二层地下室，地下室为框架剪力墙结构，地上全部为钢结构。其中环形办公楼为大跨钢桁架结构，上弦标高55.4m，下弦标高48.7m，横向悬挑跨度99.25m，纵向悬挑跨度25.2m，菱形办公楼为钢框架钢管混凝土柱-钢梁-混凝土核心筒结构，地上20层，地下2层，大屋面高度96米，建筑高度109.95米。

2钢结构施工难点分析

2.1工期性问题

在该项目早期施工过程中，由于施工现场规模较小，无法安排单体建筑的塔吊设备，钢结构吊装工作也无法继续。根据标准建筑的进度统计，钢结构吊装时间通常需要3天，钢梁结构吊装时间约需要4天。由于吊装时间较长，后续主体结构的施工进度进一步下降。为了有效解决这一问题，该项目随后采用了汽车和塔式起重机等不间断的吊装方法，使钢梁和钢柱的吊装时间缩短了1天以上，大大提高了施工质量。

2.2吊装精度问题

钢管混凝土柱和钢梁在吊装过程中，由于自身结构的影响，实际吊装精度与设计吊装精度存在一定误差，使得钢管混凝土柱、钢梁在吊装时容易处于不稳定状态。为了保证其准确性，一些施工单位会在模板与钢梁之间的缝隙处添加一些不同规格的模板条进行填充。这种处理措施不仅会增加施工成本，还会降低施工效率。因此，有必要使用其他方法来确保钢结构吊装的准确性。

3大型公用建筑钢结构施工技术

3.1施工安装方案

2号多功能展厅地下室钢骨柱使用80t汽车吊通过钢栈桥坡道到地下室底板上吊装。

地上钢结构施工时，使用汽车吊在地下室顶板上吊装，钢框架采用常规分段吊装的方案。

通过对多种方案的对比分析，2号多功能展厅中的会议厅屋盖桁架、双层展厅的楼盖桁架和屋盖钢桁架均在地下室顶板上整体拼装，利用小型汽车吊做桁架拼装机械，同时利用两侧框架结构做提升支承，采用整体提升的施工方案。其中双层展厅提升采用逆作法提升，即先提升屋盖桁架，再利用屋盖桁架提升楼盖桁架。

3.2钢导墙安装技术

钢导墙材料一般选择防腐蚀性较高的空心方钢，在前期制作的过程中，需要提前画好空心方钢的基础支撑结构轴线，根据轴线位置对材料切割，在切割过程中必须按照相关的标准进行。

在完成对钢导墙的切割后，需要根据基础支撑结构轴线对钢导墙外边线进行安装，在对钢导墙进行固定的过程中，需要按照1:4的比例配制好水泥砂浆，完成对水平标志点的设置。其次在确定好钢导墙外边线的位置后，需要以水平标志点为基础点，对钢导墙进行安装，在后续固定处理的过程中，可以利用铁片对基础支撑结构的轴线进行调整，尽可能使基础支撑轴线与钢导墙基础埋件保持同一水平线上，最后将其焊接，焊缝厚度要求保持在3mm左右。为了使钢导墙安装能够更加合理，需要对钢导墙的对角线处进行重新设置，尽量将误差范围控制在4mm左右，钢导墙标准高度允许偏差为3mm。

3.3裙楼桁架施工过程分析

为确保结构施工安全性，需要对施工过程进行模拟验算，分析结构变形和杆件的应力比，为建筑工程的安全施工提供准确的数据支撑。本次验算采用有限元分析软件MidasGen2021，荷载仅为自重（含节点自重），考虑动荷载系数1.4。

由施工过程分析结果可知，在施工过程中，杆件的应力比最大值0.485，结构最大位移19.59mm，方向向下，跨度与挠度之比为1/1442；结构的变形和杆件应力比均较小，可以满足施工要求。

3.4提升过程

提升前，要求各提升区周边钢框架安装施工完成，保证桁架支承柱的侧向稳定。提升流程包括：分级加载→结构离地检查→姿态检测调整→同步提升→提升过程的微调→提升就位→焊接补杆→卸载几个步骤。完成后，拆除提升器和托梁。

在双层桁架提升时，由于楼盖桁架弦杆牛腿尺寸较大，其对屋盖桁架提升会产生干涉，为避免对提升过程造成影响，对楼层桁架钢柱牛腿采取后装方式进行施工；牛腿可设置于楼层对应桁架上，随楼层桁架一起提升到设计位置后补装。

3.5梁、柱构件节点施工工艺

在高层装配式建筑全钢结构中，其梁、柱节点主要以H的形式为主，因此根据梁柱构件的具体形式，可以采用高强度的螺栓方式进行连接，摒弃掉以往所使用的焊接方式，因此传统焊接方式在梁柱构件节点施工中所产生的应力较低，容易使钢构件在焊接过程中出现明显的变形现象。因此需要采用高强度的螺栓连接方式，保证钢结构建筑整体荷载能力较强，能够符合施工标准。如果是对全钢结构悬臂中的梁柱结构进行施工，则需要做好现场的衔接工作，采用预制拼装的方式进行组装，使梁柱构件节点设计更加合理。在预制拼装的过程中，需要对梁柱构件的边缘进行调整，与拼合板之间保持高度统一，最后再采用高强度螺栓进行连接。

3.6大跨度桁架预起拱

本工程存在较多的大跨度桁架和钢梁，为保证大跨度桁架和钢梁的施工精度，需进行预起拱。预起拱分为两种形式：设计预起拱和施工预起拱。设计预起拱是为保证结构在恒荷载和部分活荷载作用下变形后的形态能够与设计图纸一致。施工预起拱是考虑结构施工过程对结构变形的影响，保证施工完成后结构位形能够与设计位形一致。结构最终的预起拱值为设计预起拱和施工预起拱的叠加。预起拱一般在模型深化设计阶段进行考虑，以便于预起拱的准确实施。对于施工预起拱，由于工程经常为图纸深化先行，不确定施工方案，施工预起拱也可以在项目施工现场拼装阶段进行实施。本工程最大跨钢梁跨度为36m,按跨度的1/900进行设计预起拱，大跨度桁架，由于刚度较大，按跨度1/2000进行设计预起拱。根据施工方案，本工程钢梁为整榀吊装，无需进行施工预起拱，大跨度桁架采用提升施工，根据施工模拟分析结果，桁架最大施工预起拱值为28.6mm。

3.7支撑体系卸荷

卸荷是整个施工中的关键技术环节之一，在卸载时应遵循“变形协调、卸载均衡”的原则，采取先上层后下层、先中间后向两端的顺序逐步完成卸荷作业。在该工程中首先将中间格构式支撑架进行卸荷，即先将中间支撑架用气割卸去一定的量,一般以10mm为宜,具体数据应结合现场实际而定,下一步则将其余支撑架各卸去10mm,依次类推直至全部脱空卸完。当桁架完全处于承载受力之后，再由中间向两端将盘扣式脚手架进行拆除。这种卸荷顺序使桁架在施工过程中尽量形成一种自受力体系，以降低卸荷对不同支架受力不均的影响。在支架卸荷中为了更好地降低对支架产生的不均匀受力情况，需要针对不同支架进行多次交替卸荷。

结论

综上所述，本文以临港105项目为例，对全钢结构工艺在高层装配式建筑施工应用进行分析研究。为解决高层装配式全钢结构施工问题，提升施工质量，需要重视对钢导墙安装技术、钢构件测量定位方式、钢构件生产工艺、节点施工工艺等技术的应用，在此坚持上不断创新，使高层装配式建筑施工质量不断提升，最终促进我国建筑行业的可持续性发展。

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