大跨度拱形鋼結(jié)構(gòu)安裝施工工法與技術(shù)要點
大跨度拱形鋼結(jié)構(gòu)以其造價低、大空間、抗震性能好的優(yōu)點在公共建筑和大型場館中得到廣泛應(yīng)用。分段安裝法通過從拱腳向上組裝、最后在頂部中間合攏的方式，有效解決了超大跨度拱形結(jié)構(gòu)的安裝難題。本工法以205.44米大跨度空間拱形鋼結(jié)構(gòu)為案例總結(jié)而成。
工法的技術(shù)特點
本工法具有三個鮮明特點：第一，土建結(jié)構(gòu)為混凝土梁板，上部為箱形變截面鋼結(jié)構(gòu)主拱，主拱生根于四個拱腳基礎(chǔ)；第二，在混凝土頂板上設(shè)置支撐塔架作為操作平臺，混凝土頂板下局部設(shè)滿堂紅架體支撐；第三，采用分段吊裝、現(xiàn)場拼裝焊接，避免了整體吊裝的難度。
工法的適用范圍
本工法適用于工業(yè)與民用建筑工程中大跨度拱形鋼結(jié)構(gòu)安裝，特別適合土建主體結(jié)構(gòu)為混凝土框架梁板、上部為大跨度拱形鋼結(jié)構(gòu)的工程。這類工程在現(xiàn)代建筑中較為常見，包括體育館、展覽館、商業(yè)綜合體等。
工藝原理與施工流程
主拱安裝采用分段制作、運輸和安裝。為確保整體空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，主拱的安裝需穿插在其他結(jié)構(gòu)梁安裝的同時進行。主拱的安裝順序是從四個主拱腳向上進行安裝，最后在頂部中間合攏，主拱安裝的同時及時進行主拱和屋面拱之間的拉桿支撐的安裝。
建立測量控制網(wǎng)及測量控制→主拱支撐架體設(shè)計→主拱吊裝及安裝→卸荷，這是完整的工藝流程。
測量控制體系
GPS點的交接及復(fù)核
根據(jù)GPS點成果制定點位精度復(fù)查，在施工區(qū)域邊布設(shè)二級控制網(wǎng)，按閉合導(dǎo)線觀測方法計算導(dǎo)線精度。對水準點復(fù)查采用國家二級水準要求，在施工區(qū)域布設(shè)若干固定水準基準點進行聯(lián)測。
施工中的測量控制
主拱跨度大，四個主拱與地面接觸點的控制精度要求高，在二級導(dǎo)線基礎(chǔ)上用極坐標法放樣。主拱為斜平面主拱，采用直角相交觀測法。在二級控制基礎(chǔ)上布置方格網(wǎng)，對桁架節(jié)點進行控制，精確定位。
高程測量與變形觀測
在現(xiàn)場已知水準點基礎(chǔ)上，施工場區(qū)內(nèi)測設(shè)水準基準點，密度約100m一個，構(gòu)成附和路線以便校核。觀測精度滿足四等水準要求，閉合差小于±20mm√L或±60mm√n。在確認施工安裝準確后，以安裝監(jiān)測所測定的每個標志點實際坐標和高程作為基準值，每隔2周按同精度觀測方法進行標志點觀測，計算出坐標和高程與基準值比較，確認鋼架頂部變形情況。
主拱支撐架體設(shè)計
根據(jù)鋼拱結(jié)構(gòu)體系分析，結(jié)合設(shè)計結(jié)構(gòu)的節(jié)點詳圖，首先安裝周邊鋼柱及鋼柱間連梁，然后安裝中間拱和屋面梁。在主拱未能形成三角形桁架之前，整個屋面鋼結(jié)構(gòu)中間部分荷載全由中間拱支撐，所以首先在中間拱下方設(shè)置支撐，并根據(jù)混凝土柱網(wǎng)間距在中間拱下方每個混凝土柱頂設(shè)置承重支撐架。
主拱為主要受力桿件，在分段吊裝時自重需由支撐體系來完成。一般采用格構(gòu)柱架體支撐，以6m為標準節(jié)，可根據(jù)不同的主拱安裝形式及施工順序進行支承架的布設(shè)。樓面上支承架不一定在混凝土梁上，為確保荷載傳遞，在支承架下垂直于混凝土梁方向設(shè)置兩根200×200mm工字鋼，長度不小于4m，兩端搭在混凝土梁上。對座落在地面上的支撐架，需澆筑2000×2000×200mm混凝土基礎(chǔ)，配筋為Φ12@200雙層雙向網(wǎng)片，在支承架四周設(shè)置鋼管樁便于錨固。
主拱吊裝與安裝
分段與吊機選擇
根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況，結(jié)合鋼構(gòu)件總重量進行吊裝機械選擇及分段數(shù)量確定。首先考慮吊裝機械的起重量、工作半徑，結(jié)合鋼拱總重量、底部混凝土柱的柱距，確定鋼拱分段數(shù)量及尺寸，根據(jù)單體重量最大時的起重參數(shù)進行吊機選擇。
安裝總體流程
首先進行鋼柱及鋼柱之間的連梁安裝；其次為了屋面結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)定體系，對兩端第二段中間拱進行安裝，并進行兩端屋面梁和鋼柱的拼裝安裝，同時對兩端屋面梁之間的連梁和水平剪刀支撐進行安裝；然后進行下一段屋面結(jié)構(gòu)梁安裝，做好吊裝主拱梁的安裝準備；進行主拱梁的安裝，同時安裝相應(yīng)部位連梁，并在樓面上進行鋼柱和屋面鋼梁的拼裝；依此類推進行剩余主拱的安裝；進行靠內(nèi)側(cè)主拱梁吊裝合龍；最后進行靠外側(cè)屋面梁及鋼柱等安裝，并進行靠外側(cè)主拱梁合龍。
卸荷施工
在卸荷前，整個鋼結(jié)構(gòu)荷載分別由鋼柱、支撐架及主拱承擔。卸載時支撐架上所承受的荷載逐漸過渡到鋼柱和主拱上，最終形成穩(wěn)定的承載體系。卸載應(yīng)遵循"變形協(xié)調(diào)、卸載均衡"原則，采用從中間向兩邊逐步卸荷的方案，先卸載中間拱的支撐架，卸完后再進行主拱的卸荷，兩榀主拱應(yīng)同時由中間向兩端進行。
具體施工過程：在主拱下各支撐架的支撐點H型鋼梁上設(shè)置50噸螺旋千斤頂，每個支撐點上設(shè)置一個；在每個螺旋千斤頂頂部利用Φ219鋼管做套筒，鋼管頂部做與拱架角度相同的支托作為臨時支撐；調(diào)節(jié)螺栓千斤頂高度，使支托支撐在拱架底部，頂緊到位；在每根H型梁千斤頂落位處設(shè)置鋼板卡碼固定千斤頂；待所有支撐點臨時千斤頂支撐到位、頂緊后，按照從中間到兩邊的順序逐漸拆除原臨時支撐。
質(zhì)量控制標準
施工質(zhì)量控制嚴格按GB 50205-2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》執(zhí)行。勞動力組織配備測量人員4名負責安裝定位、電焊工20名負責焊接拼裝、質(zhì)檢員2名負責質(zhì)量檢查?，F(xiàn)場的控制點和主控線在移交前必須經(jīng)監(jiān)理等單位復(fù)合確認。主拱的控制點和主控線設(shè)置完成后同樣須經(jīng)相關(guān)單位進行復(fù)合確認。
在主拱安裝過程中，相關(guān)單位必須旁站監(jiān)控，確保預(yù)埋件安裝就位的準確性。吊裝第一段箱型梁時，以箱型底柱垂直線為基礎(chǔ)進行安裝、垂直度校正。垂直度調(diào)整好后，箱型梁接頭部位上下左右進行點焊，再復(fù)測垂直度，確保無誤后用鋼支撐把箱型梁撐住以保證穩(wěn)定性，最后再對對接坡口進行全溶透焊接。在標高控制上，選用在每個支撐胎架頂部安裝一只20T液壓千斤頂以調(diào)節(jié)標高。
每吊裝完一段箱型梁，對其進行測量、復(fù)核無誤后再進行加固、焊接。焊接前進行坡口除銹、打磨，箱形梁施焊時由于截面大焊接量大，采用兩人對面同時焊接，然后再進行上下坡口焊接。對于拉桿與箱形梁焊接，也應(yīng)由兩人由上至下對稱施焊。
設(shè)計要求全焊透的一級焊縫采用超聲波探傷進行內(nèi)部缺陷檢驗，100%探傷。超聲波探傷不能判斷時應(yīng)采用射線探傷。焊縫表面不得有裂紋、焊瘤等缺陷，不得有咬邊、未焊滿、根部收縮等缺陷。每批同類構(gòu)件檢查10%，且不少于3件。
安全和環(huán)保措施
起重機的行駛道路必須堅實可靠，不得停置在斜坡上工作，不允許兩個履帶一高一低。安裝時搭設(shè)穩(wěn)固可靠的臨時工作平臺，防高空墜落，操作人員在高處作業(yè)必須正確使用安全帶，原則上高掛低用。施工用電嚴格遵循用電規(guī)程，電焊機外殼必須接地良好。焊接作業(yè)場地不得有易燃易爆物品。安裝過程中遇大風季節(jié)（6級以上）應(yīng)立即停止吊裝焊接等施工。對已安裝結(jié)束還沒焊接的箱型梁，大風時用落地鋼支撐撐住，增設(shè)攬風繩減少風力荷載。支架卸荷過程中必須對主拱架變形情況進行全程跟蹤觀測并詳細記錄，避免突變。
嚴格控制施工噪音，進入施工現(xiàn)場不得高聲叫喊、亂吹口哨、限制高音喇叭使用，施工噪音遵守GB12523-90標準。加強施工現(xiàn)場粉塵、噪音、廢氣、廢水的監(jiān)控，及時采取措施消除污染。保持施工機械整潔，電纜、氣割帶、風帶等沿施工臺架成束捆扎牢固。
工程效益分析
主拱吊裝采用分段吊裝施工技術(shù)，施工較為方便，工序交叉影響少，保證了施工質(zhì)量，加快了施工速度，提高了工作效率，節(jié)省了人工開支，從而降低了工程造價。以33天工期縮短為例，人工費節(jié)約33×90×70=207900元，機具租賃費節(jié)約33×20000=660000元，合計約86.79萬元。
常見問題
Q：為什么要分段安裝而不整體吊裝？
A：整體吊裝對吊機噸位要求極高，成本昂貴，且對安裝場地要求苛刻。分段吊裝可以根據(jù)現(xiàn)場吊機條件靈活調(diào)整，大幅降低成本，施工風險更可控。
Q：中間拱為什么要先安裝支撐？
A：在主拱未形成三角形桁架前，屋面鋼結(jié)構(gòu)的荷載主要由中間拱承擔，提前設(shè)置支撐確保中間拱不會過度變形或倒塌，保障施工安全。
Q：卸荷為什么要從中間向兩邊逐步進行？
A：這樣做可以均勻分散荷載，避免局部過度集中，使結(jié)構(gòu)逐步過渡到設(shè)計狀態(tài)。如果一次性卸荷，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力過大而失穩(wěn)或開裂。
小結(jié)
大跨度拱形鋼結(jié)構(gòu)的分段安裝是一項綜合性的施工工法，涉及測量、支撐、吊裝、焊接、卸荷等多個環(huán)節(jié)。江蘇杰達鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司通過科學的工藝設(shè)計、精細的質(zhì)量控制和周密的安全措施，成功實施了205.44米大跨度拱形結(jié)構(gòu)的安裝，為同類工程積累了寶貴的施工經(jīng)驗。