勁性混凝土結構“半逆作法”施工關鍵技術

王洪 何文 朱續生 劉永吉

1.中國建筑一局（集團）有限公司 北京 100073

2.中建一局集團第五建筑有限公司 北京 100024

隨著各種大跨度型鋼混凝土結構的建設項目增多，如何根據結構的特點、施工條件的限制以及施工工期等因素，探索合理實用的施工方案與分析方法已經成為土建施工方向的研究熱點。

勁性混凝土結構場館的傳統施工方法為先安裝鋼結構，再施工鋼筋模板混凝土工程，工序相互穿插施工，此方法在現場管理、作業環境、施工進度方面存在明顯的不足，與結構先天優勢不能匹配。

1 工程概況

科大訊飛人工智能研發生產基地（一期）運動中心（見圖1）鋼結構工程位于安徽省合肥市。項目規劃一期工程總建筑面積約25.64萬m2，其中地上3層，地下1層。設計有大跨度勁性混凝土梁，最大截面為800×2900mm，最大跨度達42m，整梁吊重達35t；型鋼柱的最大截面為700×1300mm，型鋼柱最大單根吊重達18t，由于施工場地及塔吊綜合起重性能均受限，因此勁性混凝土結構型鋼梁、柱安裝是施工的主要難題[1]。

圖1 運動中心效果圖

圖2 支撐胎架示意圖

圖3 臨時支撐桿件效果圖

圖4 LLZC桿件剖面圖

圖5 最后一榀鋼梁BIM模擬與現場安裝圖

2 “半逆作法”總體施工思路及工藝流程

根據結構形式及鋼結構構件空間分布情況，按照“由下往上”，并遵循“鋼柱→豎向支撐→主梁→橫向支撐→次梁”的順序，具體施工思路如下：

鋼柱采用分段吊裝，高空對接；

①鋼柱主要采用50t汽車吊施工吊裝，構件場區內倒運采用現場7#塔吊（R70/21型）及25t汽車吊進行；

②大跨度鋼梁按照經設計復核后的長度進行分段，共分為三段。采取在地面加工區進行拼裝，由于現場7#塔吊（R70/21型）性能不滿足鋼結構吊裝起重安全要求，故采用300t汽車吊進行整體吊裝。吊裝方向為從北邊第一榀依次向南至第十一榀。

為便于吊裝施工，在筏板上預留通道和鋼構件加工場地，土建暫不施工，以便鋼構件運輸車輛駛入及鋼構件加工、吊裝。由于型鋼梁跨度較長，約42m，且總重量達38t，需先在地面進行拼裝焊接，然后再整體吊裝。為便于吊裝施工，在屋面最后一榀型鋼梁吊裝完成前，下部土建除勁性柱施工外均暫不施工。待屋面第十一榀型鋼梁吊裝結束，汽車吊撤出場區，再進行預留通道處基礎施工，后整體大面施工運動中心土建部分。

3 “半逆作法”施工技術要點與變形監測

3.1 型鋼構件分段制作及安裝

（1）型鋼柱分段

本工程鋼柱分兩段吊裝，鋼柱分段點在地面+1.250處斷開，以便于鋼柱焊接。為便于鋼柱運輸，單構件長度不宜超過15m，為便于吊裝，構件分段需根據吊機的起吊性能進行。

（2）型鋼梁分段

型鋼梁分段。鋼骨梁截面為H型，主梁截面有：H2500×400×30×50、H2500×300×30×40，次梁截面有：H2500×300×30×50。其中縱向主梁H2500×400×30×50長度為8.4m，重7.836t，無需分段處理；橫向主梁H2500×300×30×40長度達41m，需作分段處理。分段點為型鋼梁1/3跨位置，分段長度為12.49m、12.45m、14.76m。

（3）鋼構件支撐胎架安裝

先在硬化底板上彈線，按照鋼梁分段點逐個放出支撐胎架的平面位置，再按照線位逐步設置支撐胎架。

胎架安裝完畢后，按照鋼梁編號逐個安放，先安放第一榀鋼梁的第一段，再根據第一段安放第二段，鋼梁分段整體調整直線度與標高，采用背板用臨時螺栓臨時固定，校正后，緊固臨時螺栓，定位焊接[2]。

（4）鋼構件連續安裝

運動中心鋼構件吊裝平面順序為從北向南依次安裝，運動中心汽車吊下地下室預留通道進行鋼構件吊裝，首節柱安裝完成后及時拉結LLZC，后澆筑柱砼至一層梁底，待柱砼強度達到70%后，安裝二節鋼柱，二節鋼柱安裝完成后及時拉結LLZC，拉設纜風繩進行臨時固定，每2榀鋼梁安裝完成后，立即在鋼梁間設置LSC、LSLL，使已經安裝好的鋼梁、鋼柱、臨時支撐形成整體穩定單元結構，防止因風荷載和重力荷載的作用影響，導致構件失穩或破壞，拉桿安裝完成后及時澆筑混凝土，混凝土澆筑完成后收起纜風繩、切割臨時拉桿。

北邊第一排鋼柱焊接完成并檢測合格后，進行第一榀鋼梁吊裝，吊裝平面順序由北向南進行。鋼梁分批次分段進場，現場對接，吊裝采用單機起吊，吊車站位于運動中心預留通道處。

（5）臨時支撐桿件安裝

由于該區域鋼結構先于混凝土結構施工，自成體系。為保證鋼結構施工過程中的穩定，特在鋼柱與鋼柱之間、鋼梁與鋼梁之間增設臨時穩定支撐桿件（即LLZC、LSC和LSLL）。LLZC桿件采用Q235級D219×4.0×5408（桿件信息詳見附圖LLZC桿件詳圖），LSC桿件采用Q355B級H250×250×9×14（50.5kg/m），LSLL桿件采用雙10#槽鋼材質Q235級。

（6）型鋼柱安裝

安裝前應對基礎準備工作進行檢查，包括地腳螺栓位置、吊點、起吊方式等。復核標高、平面位置，調整完畢后先進行試吊[3]。

需注意的是，首先是鋼柱樓層板部位與鋼筋的連接。本工程在工廠加工時已提前優化處理，即焊接連接處搭筋板。其次是型鋼混凝土現場鋼筋連接需要注意以下幾點：

1）勁性混凝土結構的鋼筋綁扎方法與傳統鋼筋綁扎方式大致相同，但各有各的特點。由于型鋼柱縱筋無法穿過型鋼梁翼緣，因此須采取提前在加工廠內將翼緣上焊接直螺紋套筒或進行縱筋彎折滿足搭接焊接的方式。

2）在勁性結構梁柱核心區的部位，型鋼柱箍筋要在加工廠預留孔洞中穿過，遇箍筋過長或彎折等原因無法穿過時，采取分段式箍筋，即箍筋作多根，采用電弧焊進行焊接。焊接長度應滿足單面焊10d，雙面焊5d的質量要求。

3）腹板上孔洞大小、位置與設計圖紙不一致或有偏差時，需要經過設計單位同意才可進行擴孔，嚴禁使用乙炔氣割擴孔。

（7）型鋼梁安裝

1）型鋼梁吊裝順序

型鋼梁吊裝順序應在施工完型鋼柱之后進行，當型鋼柱完成整體空間剛度單元的柱網空間穩定系統后，型鋼梁應緊隨其后完成吊裝，盡快組成完整的空間剛度單元，再經過緊鑼密鼓的校正復核工作后，滿足緊固質量要求。

2）吊裝前準備

①正式吊裝前，提前核驗鋼梁的編號、空間定位軸線、方向、標高、長度、截面尺寸，尤其是梁柱核心區連接節點，預設螺栓孔數量、直徑及位置，加筋板焊接質量及表面平整度，高強螺栓的直徑、型號、摩擦面質量等進行全面復驗，符合圖紙設計要求及相關規范規定后，方可進行下一步安裝工作。

②在吊裝前，應對型鋼梁表面浮銹進行清理打磨，采用鋼絲刷清除，保證連接面清潔。

③梁端節點采用鉸接，腹板的連接板用高強螺栓連接，并與梁齊平，不能伸出梁端。

④節點連接用的螺栓，按所需數量裝入帆布包內掛牢在梁端節點處，一個節點用一個帆布包[4]。

⑤在工廠內對梁的一端或鋼柱柱頭上焊接鋼管短接頭，在現場將鋼管與短接頭進行焊接，鋼管端頭安裝保險繩、形成安全保障體系。待鋼梁與鋼柱連接后，將保險繩固定在梁兩端的鋼柱上。

3）鋼梁吊點設置

由于型鋼梁跨度較長，故采用四點吊裝。通過對型鋼梁四點吊裝的受力分析，確定吊裝梁的吊索水平角度依次為35°、60°、60°、35°，綁扎必須牢固。在吊點處設置吊耳，待鋼梁吊裝就位并校核完成之后及時割除。為防止吊耳起吊時受力變形，采用專用吊裝卡具。

3.2 鋼構件變形監測

（1）監測點布置

根據《空間網格結構技術規程》（JGJ7-2010）中6.11.3條，本工程每榀大跨度鋼梁應設置 4個監測點，監測點均設置于大跨度鋼梁拼接處下翼緣，對11榀鋼梁設置共計44個監測點。

（2）監測的頻次和監測節點

所有監測點設置完成后，按以下時間段進行監測：

1）每榀大跨度鋼梁吊裝過程中；

2）相鄰兩榀大跨度鋼梁吊裝完畢，連接上翼緣臨時連系梁及支撐后；

3）鋼梁全部安裝完成后；

4）監測撓度預警值及控制值。

根據設計圖紙及設計單位復核確認后，確定大跨度鋼梁實測最大撓度不應超過L/400，即102.5mm；

監測過程中，如超出其設計提供撓度預警值，應立即停止施工。待查明具體原因，采取措施后方可繼續施工。

3.3 監測質量控制措施

表1 監測質量控制措施

4 安全保證措施

1）鋼結構安裝作業人員所使用手動工具、輕型或小型電動工具必須采取措施防止工具墜落發生傷人事故。

2）嚴格執行高空作業安全規定，禁止不適宜高空作業人員登高作業。

3）鋼構件就位時一定要保證其固定牢靠，在胎架上固定時，型鋼梁兩側可附加臨時固定鋼管進行支撐。

4）吊車起重臂、起吊構件的下方禁止站人。吊裝作業時必須設置警戒線，禁止無關人員出入，鋼柱安裝摘鉤時，柱下方及周圍嚴禁站人。

5）施工人員上下鋼柱時，須佩戴安全繩，安全繩滿足高掛抵用要求。每根鋼柱安裝時都必須配備防墜器。安裝人員攀爬時，必須將安全帶掛在防墜器的掛鉤上，避免發生墜落事故。

5 結語

通過對運動中心半逆作法施工技術的探究，改變傳統思路，優化傳統施工方法，使得鋼結構吊裝拼接過程不再受施工場地狹小，四周緊鄰已有建筑物等因素限制。較傳統方法無需進行樓板加固即可大幅度提高安裝施工效率，節約施工成本，也從根本上避免了汽車式吊車登陸筏板或地下室頂板作業所帶來的一系列滲漏隱患的出現。

通過前期對勁性柱、梁的深化設計，提前優化型鋼梁、柱及混凝土梁之間的連接節點，進一步提高了整體鋼構件的安裝精度，有效保證了運動中心梁、柱的施工質量。工程施工完成后，經工程實踐表明：采用半逆作法可顯著提高施工周期，工期提前約35%，且施工質量在可控范圍內，具有良好的應用價值。