特大吨位钢梁柱地下室中间安装施工工法

'特大吨位钢梁柱地下室中间安装施工工法完成单位：宁波建工股份有限公司，江西中煤建设工程有限公司主要完成人：徐建军，杨向楚，刘用海，俞宽坤，龙周旭1前言在我国很多大型公共建筑中，为了体现建筑的整体感与和谐美，其主入口设计往往独具特色，常呈大跨度和大高度，这样在建筑设计中常采用特大型的钢柱、钢梁构件。而这些部位若位于地下室中间区域，在构件安装施工中则会出现常规固定式塔吊根本无法吊装的情况；如果在地下室结构完成后再在顶板上用汽车吊吊装，就需对顶板进行加固，既费材又耗时。有时会出现即使采取加固措施顶板也难以满足承载要求。在我公司承建的宁波市政府综合办公大楼、宁波市科技广场综合办公大楼、绿城·绿园－绿园大厦5#楼工程等大型公共建筑就遇到该类施工难题，但通过项目部的集体攻关成功实施了特大吨位钢构件的安装，并将成功经验进行总结编制成工法。2工法特点2.1主楼与地下室工程施工互不干扰，可实现流水性作业。这样避免了主楼与地下室整体施工时劳动力的过分密集，一方面可以集中劳动力进行主楼主体的施工；另一方面，主楼主体结构完成后再进行地下室结构的施工可以为主楼装修工程争取更多的时间，加快了工程的总体施工进度。2.2钢柱、钢梁采用分段制作分节安装的办法解决了其单体重量超重不易吊装的难题，施工质量易于保证。2.3采用单独设计的吊装平台在深基坑边进行吊装作业，保证了吊装作业施工的安全。2.4利用地下室接高的工程桩作为吊机平台受力支承点，大大节省了吊机平台要单独进行地基加固处理的施工费用。3适用范围本工法适用于主楼设置在地下室中间位置且有大吨位钢柱、钢梁安装施工的办公大楼、体育馆、会展中心等大型公共建筑。同时也适用于地下室单层面积较大，上部主体采用型钢混凝土组合结构且分块连接的大型综合办公楼工程。4工艺原理在靠近主楼地下室的位置设置后浇带，实现主楼与地下室分段施工，利用未开挖地下室的施工场地作为大吨位钢柱、钢梁吊装的作业平台。11 在地下室工程桩施工时，预先对吊机平台范围内的工程桩进行接高，局部进行补桩，以满足吊机平台基础受力的需要。为了满足场内外大吨位钢柱、钢梁运输需要以及汽车吊在起重平台上进行吊装的起重能力，钢柱、钢梁进行分段制作、分节安装，每段重量控制在核定范围内。（见图4-1、4-2）图4-1钢骨柱平面布置示意图图4-2钢骨柱安装立面示意图11 5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程图5.1工艺流程图5.2施工操作要点5.2.1吊装方案分析与选择在选择吊装方案时需要从起重机的起吊能力、钢柱梁的就位位置、吊装成本、施工质量及进度上综合考虑。按照常规的施工方法，主楼地下室与主楼外地下室属于一次性开挖，底板及地下室外墙浇筑基本是在同一时间段分段施工、先后完成，按照这样的施工顺序，大吨位钢柱、梁及起重机因在地下室大开挖的情况下无法进行运输、就位及安装，即使采用最重的固定式重型塔吊也达不到起吊能力的要求。如主楼与主楼外地下室分阶段施工，以未开挖的地下室施工场地作为起重机的工作平台基本上能解决以上难题。主楼外地下室待主楼上部结构完成一定高度后再进行开挖，这样既不影响总体施工进度，也给主楼门厅位置的重型钢柱梁吊装提供了工作面。11 5.2.2后浇带位置确定与留置为了最大限度达到起重机起重吊力的要求，在设计允许的情况下，主楼与地下室之间的后浇带尽量离主楼近一点，这样可使起重机的起重臂靠近安装中心线，增大起重角度，减小起重半径，从而充分发挥吊机的起重能力。后浇带施工缝位置的底板及梁预留钢筋长度为2m，底板筋采取100%断面绑扎连接，为钢筋锚固长度的1.6倍，梁筋采取直螺纹套筒连接，50%断面错位连接，这样预留长度均能满足规范要求。5.2.3吊机选择根据后浇带确定的位置所建立的吊机平台，吊机平台中心距离吊装点的水平距离在14m左右，第二节钢柱重量在66.8吨；中间钢梁重在48吨左右，起重机起吊末节柱的起重高度在33m左右，起重臂长在41m左右。综合考虑该工程的特点、现场的实际情况以及当地的吊机机械设备情况，选择一台300TLMT1300汽车吊作为本工程钢结构安装的主要设备。5.2.4吊机平台及坑边围护设计1、吊装区域位置边坡围护设计汽车吊的自重加上钢柱、梁的重量，在吊装区域范围内的土体受压较大。为了减少汽车吊吊装钢柱梁时因受力对原地坪的压力，从而对该位置处的边坡造成失稳影响，现采取直径为600mm的钻孔灌注桩作为支护，桩间距为750mm，桩顶设置宽高为800×600的钢筋混凝土压顶梁。因钢柱基础较深，原始地坪至基坑底的深度约为6.5m左右,故还需在柱基四周以及两柱基之间设置水泥搅拌桩，以增加钻孔灌注桩的稳定性。同时吊装平台面标高比原土地坪标高降低1m，以减轻土体对围护的挤压力。由于该围护梁两边为开口型，需要对该梁采取固定措施以防止围护桩及梁产生位移。现采取在钻孔灌注桩围护梁范围打一定数量的土钉锚杆以增强围护的稳定性。2、吊装区域外围护设计采用双头水泥搅拌桩的形式接至两侧的原支护结构处。3、吊机平台设计根据实际构件的重量、平台围护设计以及确定的吊机型号，吊机平台需要满足吊机吊装时地基承载力的要求以及吊机的工作面尺寸要求。如直接利用原地坪上做吊机平台，原土地基的承载力根本满足不了大吨位构件及吊机起吊时的荷载，会对基坑围护造成破坏。故需对吊机平台进行桩基设计，以满足吊机平台的承载力。根据地下室的桩位图进行分析，吊机平台如利用设计的灌注桩进行接高，能较好的解决以上问题。根据平台位置下桩的位置及数量，以及平台的均匀受力要求，需补桩1枚，以满足平台的受力要求。11 根据已定的桩基方案及荷载要求，塔机平台设计成梁板形式，板厚为250mm，配双层双向φ14@200，板中设置主次连系梁能满足设计要求。（详见图5.2.4）图5.2.4吊机平台及围护设计平面图5.2.5安装前准备工作在安装前除了进行方案设计外，钢柱、钢梁应按照确定的分节拼装设计方案进行预加工。现场除做好主楼地下室的开挖及垫层施工外，钢柱基脚的混凝土也应在吊装前浇筑完毕，混凝土强度应达到70%以上。场内施工道路及材料堆放场地应根据大型运输汽车从工地入口至吊机平台的运输路线及转弯半径进行单独设计与施工，以满足装载需要。安装前划出柱底板与柱基底中心的十字中心线和柱身互成90度方向上的中心线，并做好标识。在柱底板采用垫铁控制标高，安装柱子前制作好不同厚度的平、斜垫，在基础面上垫板位置处将混凝土凿平以便能水平放置平垫铁及调高、调低斜垫铁。垫铁面用水准仪测出标高，将基底调至设计标高，柱基底标高误差控制在-8.0mm～+5.0mm内。5.2.6首节柱安装柱的吊装采用四点吊装，在制作现场，可根据安装条件在柱身上焊接吊装用的吊耳。由于首节柱重约53.6吨，长13.2米，采用300T吊机吊装就位。吊装时，采用单机旋转吊装，吊车站位离基底中心9m，起吊高度为20m,吊车主臂为25.4m11 ，起吊重量81T，满足吊装要求。起吊后使吊机转臂转至基底，当柱脚接近基底时，刹住吊车，使柱底板中心线对准柱基底中心线，将柱子放到底，复查对线，将柱吊起放入至设计标高，底板用平垫、斜垫塞实，套上地脚螺母，且将其拧紧固定住柱子，然后再用四根缆风绳加强固定。（详见图5.2.6-1、5.2.6-2）图5.2.6-1吊装平面示意图图5.2.6-2缆风绳固定示意图11 5.2.7末节柱安装1、在吊装前，应完成首节柱范围内的主楼结构层，并应回填完吊机平台一侧的基坑土方，并搭设好操作脚手架。脚手架整体高度不超过18m，单侧脚手架宽度不超过2.5m。该脚手架离首节柱周圈距离为500mm，并在首节柱下方1.5m处搭设操作平台，以方便操作。2、末节柱重约66.8T，高约15.1米，选用300T吊机单机旋转进行吊装作业，具体吊装方法同首节柱。吊车站位离首节柱中心为8m，起吊高度为33m，超过搭设脚手架的高度，吊车主臂为40.9m，起吊重量为68T满足吊装要求。使300T吊机起吊后，穿过脚手架，徐徐下钩，直至对口位置，刹住吊车，将对口位置进行焊接或用高强螺栓连接加以固定。3、垂直度控制。利用吊装前在柱身上做出轴线标记，在相互垂直的两个轴线方向各设立一台经纬仪，经纬仪距柱的距离约1.5H（标高），然后用千斤顶和撬扛调节柱身垂直度，垂直度允许偏差为h/1000，且不大于10mm，校正完毕后用四根缆风绳进行固定。（详见图5.2.7）图5.2.7两柱节点示意图5.2.8钢梁安装在吊装前，末节柱以下即钢梁梁底以下的钢骨柱混凝土及部分主体结构要施工完毕，以便钢梁就位支撑，并且在梁底标高下1m处搭设单侧宽度不大于2.5m的操作脚手架，以方便操作。钢梁重约48T，长约15.3m，吊装时采用300T吊机两点吊装，吊车站位离柱中心约12m，起吊高度20m，超过搭设脚手架的高度，吊车主臂35.7m，起吊重量为58T，满足吊装要求。使300T吊机起吊至高度后，缓慢转杆，徐徐下钩，直至将钢梁平稳地放置在柱顶，刹住吊车，将钢梁连接位置用电焊加以固定，并与预先在混凝土柱顶埋设好的钢板与梁进行焊接连接，使其稳固。待钢梁安装完毕后，该钢梁标高结构层同钢梁一起进行支模施工。11 5.3劳动力组织表5.3　劳动力组织情况表序号工种人数任务备注1指挥2吊装过程中进行指挥作业2起重司机1汽车吊起重操作3电焊工4钢柱梁对接4起重工8钢构件起重安装5放线工3对钢构件进行定位控制6测量员3进行垂直度及标高控制6材料与设备6.1材料主要材料为型钢、螺栓、锚栓及栓钉，所有进厂材料均附有生产厂家的材质证明书。6.1.1型钢采用40～60厚钢板焊接而成，其抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯试验、冲击韧性合格以及硫、磷、碳量符合使用要求。其抗拉、抗压、抗弯强度设计值fa为200N/mm2,抗剪强度设计值fav为115N/mm2,强度标准值fa为215N/mm2，强度极限值为fau为375N/mm2。6.1.2栓钉直径一般为Ø19,长度不宜小于4倍栓钉直径，间距不宜小于6倍栓钉直径，且不宜大于200mm，采用Q235，屈服强度≥240N/mm2，抗拉强度≥400N/mm2。6.1.3锚栓采用现行国家标准《碳素结构钢》GB700规定的Q235钢，高强度螺栓应符合现行标准《钢结构高强度大六角头螺栓、大六角螺母，垫圈与技术条件》GB/T1228－1231的规定。6.2机具设备表6.2　机具设备表序号机具设备名称规格型号单位数量用途1汽车吊LTM13600台1钢柱、梁吊装2经纬仪TDJ2台2垂直度校正3水平仪S3台1水平度校正4校正器具/套4钢柱校正5交流焊机HB330台4型钢间焊接6钢卷尺5m/50m把4轴线校正11 7撬棍1000mm只4定位校正8手锤2kg只4临时楔块固定9磁力线锥60mm只4垂直度校正10对讲机MOTOROLA台6吊装指挥11螺旋千斤顶/台4钢柱校正7质量控制7.1型钢的制作必须采用机械加工，型钢的切割、焊接、运输、吊装、应符合现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》GB50205和现行国家标准《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81的规定。7.2结构用钢应有质量证明书，质量应符合现行国家标准《碳素结构钢》GB700、《高强度低合金结构钢》GB/T1591的规定。7.3型钢拼接前应将构件焊接面的油、锈清除。承担焊接工作的焊工，应按现行行业《建筑钢结构焊接规程》JGJ81规定，持证上岗。7.4型钢的安装应严格按图纸规定的轴线方向和位置定位，受力和孔位应正确；吊装过程中应使用经纬仪严格校准垂直度，并及时定位。安装的垂直度、现场吊装误差范围应符合现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》GB50205的规定。7.5施工中应确保现场型钢柱拼接和梁柱节点连接的焊接质量，其焊缝质量应满足一级焊缝质量等级要求。7.6对一般部位的焊接，应进行外观质量检查，并应达到二级焊缝质量等级要求。7.7工字形和十字形型钢柱的腹板与翼缘、水平加劲肋与翼缘的焊接应采用坡口熔透焊缝，水平加劲肋与腹板连接可采用角焊缝。7.8栓钉焊接前，应将构件焊接面的油、锈清除，焊接后检查栓钉高度的允许偏差应在±2mm以内，同时，按有关规定抽样检查其焊接质量。8安全措施本工法实施涉及多工种交叉作业，并存在立体交叉作业，因此安全管理尤为重要。8.1悬空高处作业人员应挂牢安全带，安全带的使用与佩带应符合国家现行标准有关规定。8.2工作边沿无围护设施或围护高度低于800mm的，必须设置防护设施；水平工作面防护栏杆高度为1.2m，防护栏杆用安全立网封闭，或在栏杆底部设置高度不低于180mm的挡脚板。8.3汽车吊吊动构件前，应对其锚固绳及支点严格检查，确认无误后方可起吊。11 8.4在钢柱吊装期间，为防止人员、材料和工具坠落或飞出造成安全事故，需铺设安全网，并在安全网外再挂设脚手板。8.5钢梁起吊前应试吊，检查起吊机具有完好性，有损坏的机具严禁使用。8.6危险吊装区域应拉警戒绳，派专职安全员现场值勤。8.7对人员活动集中和出入口处的上方应搭设防护棚。8.8为便于结构件之间接头连接和安装就位等高空连接工作，并保证操作人员的安全，在操作场地要设操作平台。8.9安装时尽量选用无大风，天气晴朗的时间安装吊装，以减小风荷载的影响，增强吊装的稳定性。8.10焊接平台上应做好防火措施，防止火花飞溅。9环保措施9.1项目部成立对应的施工环境卫生管理机构,严格遵守国家和各级政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章。加强对施工过程中发生的环境污染进行控制。9.2由于现场施工属于敞开式，不能有效截断声音传播途径，只能靠调节施工时间，适应人们生活习惯，避免夜间施工。9.3利用安全网。安全网能起到安全隔离，减少粉尘飞扬，减少噪音。9.4优先选用先进的环保机械。采取设立隔音墙、隔音罩等消音措施降低施工噪音到允许值以下，同时尽可能避免夜间施工。9.5大吨位钢柱、钢梁进场时间应尽量控制在晚上10点以前，以避免重车在道路上行驶所带来的噪声对居民的休息。9.6用铁锤对型钢对接就位时，应在型钢的表面铺垫橡胶垫，以免敲打时发出响亮的噪声。10效益分析10.1利用工程桩接高作为吊机平台的受力基础大大节省了吊机平台单独打桩的施工费用，该单项一次性节约费用约4.5万元。10.2主楼与地下室分阶段施工的做法解决了整个地下室开挖后场内无运输道路，重型钢柱、钢梁无法就位、安装的施工难题。避免了地下室中间钢柱、钢梁在运输、安装时要在基坑中要单独设计栈桥及操作平台的巨大费用。10.3分阶段施工避免了地下室一次性开挖施工时劳动力的过分密集而要搭设大面积职工临时宿舍的费用。另外还有效地避免了地下室施工阶段一次性进场所购买主要材料的首期巨额材料11 费用，有利于资金的周转使用，减轻施工单位的资金压力。10.4该工法加快了主楼的施工进度，使主楼的精装修工作腾出了较多的作业时间，使总体施工进度缩短近10%。10.5该工法技术先进，大吨位钢柱、钢梁进行分段制作、分节安装使施工质量、安全得到了有利地保证，值得类似结构工程推广。11应用实例11.1应用实例一宁波市科技广场科技办公大楼位于江东区中央商务区的东北侧，大楼总计建筑面积为42820m2，地下室为一层，地上为十二层，建筑高度为50m。在该工程地下室中间主楼的门厅位置有一钢骨梁柱结构体系。其中KZZ钢骨柱标高是从-7.1m始至21.5m止，钢骨柱断面尺寸为3000×2000，钢柱共分两节拼装焊接,其拼接位置在6.1M标高处，首节钢柱长约13.2m，重约53.6T；其中末节柱与其柱顶的梁制作形如“L”型，长约15.1m，重约66.8T。再在两“L”型的钢梁柱中安装一重约47.96T，长约15.3m，梁高2850mm，梁宽900mm的H型钢梁。运用该工法不仅保证了施工质量和安全，提高了经济效益，而且大大缩短了总体施工进度计划。11.2应用实例二宁波市政府综合楼工程位于宁波市东部新城行政服务中心北区，其总建筑面积60026m2，地上八层(局部九层)，地下室总长度218.4m，总宽度191.4m。本工程梁、柱采用型钢混凝土组合结构，由于单层面积较大，中间部位的钢柱、钢梁用普通塔吊很难达到起重能力要求，如采用重型塔吊，起重臂的长度也不够。根据本工程结构分块的特点，采用了该施工工法，成功的实现了大面积钢柱、钢梁的安装作业。质量监督站、业主单位、监理单位、上级单位及知名专家对该工法均给予了充分的肯定。11.3应用实例三绿城·绿园－绿园大厦5#楼工程位于宁波市通途路与沧海路交叉口，是一幢综合性办公楼，地下2层，地上28层，钢框架混合结构，建筑高度为110m，总建筑面积为39980㎡。大楼位于地下室中间部位，主入口是12m高的大门，门厅的大吨位钢柱、钢梁安装采用“特大吨位钢梁柱地下室中间安装施工工法”，成功地实现了钢柱梁的吊装工作。该工法技术先进，加快了整个工程的施工进度，为工程的提前交付创造了条件，工程于2006年5月30日开工建设，2008年10月31日通过竣工验收。该工法不但加快了施工进度，而且节省了钢柱梁的安装费用，并确保了施工的安全，工程被宁波市质监站评为“甬江杯”工程。11'