箱形钢骨柱型钢组合结构大跨度悬挑钢连廊高空施工技术

刘兴国;朱宝君

【摘 要】结合日照帆船基地工程实践,总结介绍箱形钢骨柱型钢组合结构悬挑钢连廊的高空施工及其关键技术,通过科学管理和严格的质量控制,工程得以又快又好地完成,既满足“时代之帆与桅杆”的外观造型要求,又从功能上满足了2个主楼之间连系通道的需要.

【期刊名称】《建筑施工》 【年(卷),期】2018(040)002 【总页数】4页(P192-194,197)

【关键词】日照帆船基地;箱形钢骨柱;悬挑式钢连廊;自密实混凝土;高空施工 【作 者】刘兴国;朱宝君

【作者单位】中建八局第二建设有限公司 山东济南 250022;中建八局第二建设有限公司 山东济南 250022 【正文语种】中 文 【中图分类】TU758.11

1 工程概况

日照帆船基地是日照市标志性建筑。项目占地44 000 m2，总建筑面积约51 000 m2，总建筑高度95.85 m，B区25层，C区23层，基础类型为桩筏基础，主体结构为框剪结构。工程设计采用了高低错落、逐级退台的塔式建筑，宛若一艘乘风

破浪的时代之帆，塑造了日照水上运动之都的主体形象。

在建筑17层（61.5～64.7 m）和21层（71.9～75.5 m）设有钢结构空中连廊，采用箱形钢骨柱型钢组合结构大跨度钢连廊的结构形式，既从外观造型上满足了帆船桅杆的设计，又从功能上满足了2座主楼之间交通纽带的作用。本文着重对钢连廊的施工作一介绍和总结。 2 钢连廊结构形式

钢连廊为箱形钢骨柱与型钢组合结构，箱形钢骨柱的截面尺寸有

560mm×560mm×20mm×20mm、560mm×660mm×20mm×20mm这2种形式，标高为53.90～75.55 m，总长21.65 m；第1节长4.8 m，标准节长3.6 m，最顶一节长2.45 m，共6节（图1）。

考虑到80 t·m塔吊的起重限额及经济效益等各方面原因，本工程利用现有塔吊资源，对于箱形钢骨柱采用单机旋转法吊装，对于悬挑钢连廊则采用空中分片拼装的吊装工艺。

由于型钢组合结构悬挑钢连廊的施工涉及到箱形钢骨柱和悬挑式钢连廊制作、吊装、箱形钢骨柱内自密实混凝土的浇筑以及框架结构钢筋混凝土梁与箱形钢骨柱连接等工序内容，故在施工过程中如何保证型钢结构的焊接质量、钢骨柱脚抗剪件的锚固、箱形钢骨柱（特别是牛腿）的安装位置及标高的准确性、箱形钢骨柱内混凝土的浇筑质量及箱形钢骨柱、悬挑式钢连廊的吊装等都是要解决的重点和难点[1-2]。 图1 箱形钢骨柱与悬挑钢连廊示意 3 施工过程

3.1 箱形钢骨柱及大跨度悬挑钢连廊加工制作

1）放样、划线、号料。首先核对构件各部分尺寸及安装尺寸和孔距；以1∶1大样放出节点，然后根据构件的具体情况按实际划线，并根据工艺要求预留切割余量、加工余量或焊接收缩余量。号料时必须根据工件形状、大小和规格尺寸，利用预先

计算法和颠倒插角法等合理布置进行套裁，做到套材号料。号料用石笔划线时，线条宽度不得大于0.5mm，用粉线打线时，线条宽度不得大于1mm。画线号料所使用的符号，统一明确，所有施工人员能共同识别认可。

2）切割。柱腹板、翼缘板采用多头切割机下料，在切割机下料平台上先找出90°线再划出零件的长度线及宽度线。长度尺寸考虑焊接后的收缩量需要比理论长度增加5～10mm，宽度尺寸要比理论宽度增加2～3mm，钢板下料前要将切割表面的铁锈、污物清除干净，以保持切割件的干净和平整。切割后清除熔渣和飞溅物，腹板坡口的加工使用小车式半自动切割机，对一块腹板同时用两台切割机进行打坡口。保证同时受热，钢板不变形，还可以使用多头切割机对一块腹板的两边坡口同时打。

3）钢结构件制孔。构件上的螺栓孔，用钻孔和冲孔方法。构件钻孔前进行试钻，经检查认可，方可正式钻孔。构件冲孔时，应装好冲模，检查冲模之间间隙是否均匀一致，并用与构件相同的材料试冲，经检查质量符合要求后，用正式冲孔。冲孔的孔径应大于板厚。

4）焊接。本工程箱形钢骨柱拼接和梁柱节点连接的焊缝质量等级为一级，柱内型钢焊接采用全熔透焊接连接。钢骨柱腹板与钢骨翼缘及柱脚底板均采用完全熔透的坡口焊缝，悬挑钢连廊中钢管杆件均为相贯连接。焊接时注意焊接顺序，采用防止和减少应力与变形的可靠措施，具体措施为采用对称施焊的方式，一条焊缝焊完一层后，必须焊与其相对称的焊缝，确保变形最小。小量构件或零星构件则采半自动焊或手工焊。

5）矫正。焊接完成后，检查箱形柱是否产生变形。如发生变形，则利用压力机进行机械矫正或采用火焰矫正，火焰矫正时，加热温度控制在600～900 ℃。扭曲变形矫正时，一端固定，另一端采用液压千斤顶进行矫正。 3.2 箱形柱吊装

3.2.1 地脚螺栓预埋及抗剪键预留孔的施工

钢骨柱脚底板设置抗剪键（4φ42mm，长度250mm），并与柱脚底板坡口焊。在预埋地脚螺栓时预留φ60mm的预留孔，事先按设计的柱脚底板的尺寸作一木模具，然后地脚螺栓和预留孔管子的位置按设计要求安装并在模具上固定，待混凝土浇筑完毕达到一定强度后即拆除模具和预留洞管（图2）。 图2 箱形钢骨柱脚节点示意 3.2.2 箱形柱吊装

1）复核建筑物的定位轴线、钢筋混凝土基础的标高、混凝土的强度等级、地脚螺栓和抗剪键预留孔的位置；同时，全面检查箱形柱的外形尺寸、螺栓孔直径及位置、牛腿位置及角度、焊缝、高强螺栓摩擦面加工质量等，符合要求后方可吊装。 2）将钢柱表面清理干净，钢印号与基础钢印号相符合。

3）吊装设备采用现场的垂直运输设备80 t·m塔吊。首先，选用长度适中的钢丝绳，捆扎在钢柱上部1/3处，起吊过程要平衡，吊机要与安装人员协调，钢柱下表面在距地脚螺栓上表面10 cm时稍停，安装人员扶持钢柱，在柱脚抗剪键相对处预留孔内放入灌浆料，然后使底板孔与地脚螺栓相对，还有柱脚抗剪键（φ42mm的圆钢）也要与柱脚处预留孔相对，经复核无误后，吊机缓缓下降，就位后，安装人员观察柱脚抗剪键相对处预留孔处灌浆料是否密实外溢，如孔内灌浆料密实外溢，则迅速通过柱脚埋件螺栓调整孔（200mm×520mm两侧布置）盖上垫块，拧上螺母，待钢柱调整好后拧紧螺母。如抗剪键孔内灌浆料不密实外溢，则将孔内灌浆料清理重新灌浆，直至符合要求再进行下道工序施工（图3）。 图3 箱形钢骨柱吊装后效果

4）箱形钢骨柱吊装调整后，立即通过柱脚底板灌浆孔浇筑柱脚底板下灌浆料，然后检查柱脚底板下灌浆料是否密实，若密实，则将底板垫片与底板角焊缝焊接，并对柱脚埋件螺栓调整孔进行封堵（补洞用的钢板可用开洞时切下的钢板）。

3.3 箱形钢骨柱内自密实混凝土施工

箱形钢骨柱内采用在钢骨上部开孔后浇混凝土的施工工艺。在工厂加工时，即在箱形钢骨每楼层隔板开孔作为混凝土浇筑口，开孔尺寸为φ250mm。为保证混凝土浇筑密实，柱内混凝土采用自密实预拌混凝土，并在隔板4角开4个排气孔，排气孔φ30mm。同时在钢骨柱腹板上在梁柱相交处开排气孔，间距1.5 m一个，梅花形布置，排气孔φ10mm。

在钢骨柱吊装完成并经焊缝检测合格后，即可对钢骨柱内混凝土进行浇筑。混凝土浇筑应分层进行，每层厚度控制在400～500mm以内，每层间隔时间应保证下层混凝土初凝前再完成上一层混凝土的浇筑，不允许留设任何规范允许之外的水平施工缝。

混凝土浇筑采用导管下料，使混凝土倾落自由高度小于2 m，以确保混凝土不发生离析，混凝土浇至出楼面0.8 m标高处即可。观察到钢骨柱腹板上排气孔有浆液外溢时，证明柱头内混凝土已密实，然后再进行本楼层柱、梁、板混凝土的浇筑。本层梁板混凝土浇筑完成并达到一定强度后方可进行第二榀箱形钢骨柱的工地连接，顺序同上。

3.4 框架结构钢筋混凝土梁与箱形钢骨柱的连接

箱形钢骨柱每层与结构钢筋混凝土梁或刚梁柱节点采用刚性连接，即在柱型钢上设置长700mm的H型钢牛腿（规格为H600mm×160mm×12mm×16mm和H400mm×250mm×12mm×16mm），梁边纵向钢筋需穿过钢骨腹板，伸入柱节点梁的纵向钢筋的锚固长度要≥1.15Lae；主筋的锚固长度设计要求为911mm（1.15×36×22=910.8mm），而箱形柱截面尺寸为560mm×660mm，加上钢骨外120mm，显然梁纵向钢筋直锚长度还满足不了设计要求，因此框架梁需穿过钢骨腹板的梁边纵向钢筋下料时考虑弯锚的形式来满足规范和设计要求，即先用弯锚的主筋从箱形钢骨的另一侧穿过钢骨腹板，在符合规范和设计要求的接头位置再

用直螺纹接头方式连接[3-4]。

另一部分梁中间纵向钢筋直接焊于牛腿翼缘，其长度满足钢筋内力传递要求。梁的抗扭腰筋和构造腰筋遇钢骨腹板时弯折向下，抗扭腰筋要满足锚固长度，构造腰筋要满足15d；梁箍筋加密范围为梁端至钢牛腿端部以外2倍梁高范围内，应在钢牛腿腹板上预留柱箍筋的穿孔位置，钢骨柱腹板上预留梁纵筋穿孔位置，开孔直径d＋4mm（d为钢筋直径）。 3.5 大跨度悬挑钢连廊的施工

悬挑钢连廊的上下均采用H型钢梁，规格为H400mm×250mm×12mm×16mm，中间圆管φ168mm，整体质量约5 t，与箱形钢骨柱柱头处牛腿进行高强螺栓和焊接连接，螺栓为10.9级摩擦型高强度螺栓，摩擦面抗滑移系数0.45，钢材等级均为Q235B。

悬挑钢连廊安装高度在17层（61.1～64.7 m）、21层（71.9～75.5 m）；考虑到塔吊吊重的极限及经济效益原因，未整体拼装吊装，而是采用单榀桁架吊装方案，即把悬挑连廊分成两片桁架梁进行分别吊装，然后采用高空散装法安装次梁形成稳定整体，结构吊装完毕后铺设楼承板及焊接栓钉。由于塔吊最大幅度的起重质量2.8 t，而吊装连廊桁架在此位置（幅度）处的起重质量为2.0～2.5 t，为保证吊装安全，在B、C楼22层处各设置缆风绳配合吊装。 3.5.1 悬挑钢桁架吊装

第1榀悬挑桁架吊装方法采用垂直提升旋转就位法，采用2点绑扎起吊，根据重心，选好绑扎点，绑扎结束后，同时把前后2根缆风绳在桁架上弦的固定点固定牢固，把缆风绳另一端引至桁架端部以方便吊装到指定高度后作业人员取到。吊机在指挥人员指挥下起吊，首先进行试吊，观察吊机作业情况和悬挑桁架绑扎点重心选择情况，确保一切正常后，开始正式吊装。起吊过程应平衡，并与安装人员相配合，待桁架在距柱牛腿顶80 cm左右时稍停，把缆风绳取下就位，由安装人员扶

持桁架平缓就位、安装。

离柱牛腿20～30 cm时，控制好桁架的安装位置，上下弦钢梁同时由安装人员控制，使钢梁中心与柱牛腿中心对准，然后徐徐向牛腿方向靠近就位，与此同时，用线锤、卡尺或经纬仪进行垂直度校正，保持桁架处于垂直状态。作业人员同时对上下弦钢梁与牛腿用连接板和高强螺栓进行初拧连接。通过缆风绳的配合进行就位调整，完全定位后，立即焊接上下弦钢梁翼缘板，待焊接完成后再进行腹板高强螺栓的终拧，避免残余应力影响。通过缆风绳控制桁架的前后移位，并对桁架提供向上的拉力，以控制桁架产生下挠。随后，塔吊脱钩，接着进行腹杆吊装就位焊接，保证焊接质量。

第1榀悬挑桁架安装完毕后，缆风绳不能拆除，需继续控制桁架位移，以防倾覆。然后，进行第2榀悬挑桁架的安装，步骤同上，吊装采用垂直提升平行送进旋转就位法，避免第1榀悬挑桁架缆风绳的影响。待第2榀悬挑桁架安装完毕后，立即进行桁架间次梁的安装。 3.5.2 次梁吊装

采用2点绑扎起吊，根据重心，选好绑扎点，在绑扎点放置护铁。绑扎结束后，吊机在指挥人员指挥下起吊，起吊过程应平衡，并与安装人员相配合，钢梁在距安装位置顶80 cm左右时稍停，由安装人员扶持钢梁平缓就位、安装。待次梁全部安装完成形成空间稳定体系后方可撤掉缆风绳。 3.5.3 楼承板安装

采用塔吊将楼承板按照每层的数量依次吊放在楼层内，采用作业人员递送方式铺装楼承板，第一块楼承板铺装完毕后立即进行栓钉焊接，全部焊接完毕后再进行第二块楼承板的铺装，依此类推，完成全部楼承板的铺装。铺装楼承板时，作业人员必须把安全带与连廊钢桁架可靠固定，保证作业人员安全作业。 3.5.4 安装防护措施

由于悬挑桁架吊装为高空作业，对应现场情况做了相应的防护措施，具体措施为：在连廊左右及下方用钢索绳悬挂安全防护网（图4）。 图4 钢连廊吊装 4 结语

日照帆船基地的箱形钢骨柱型钢组合结构大跨度悬挑钢连廊高空施工，在设计做法、材料选取及施工等各个环节均做到了科学的部署、严格的管理和有效的控制，使建筑外立面既满足了设计时代之帆桅杆的外观造型要求（图5），又从功能上满足了2个主楼间连系通道的要求；施工质量达到了设计要求和规范标准，工程进度得到了保证。

图5 钢连廊吊装完成后效果 参考文献

【相关文献】

[1] 中国建筑工业出版社编.建筑施工手册[M].4版.北京:中国建筑工业出版社,2003.

[2] 尹友成,李加雄,卫少华.高空双向悬挑钢桁架连廊施工技术[J].建筑施工,2016,38(2):152-154. [3] 王震,杨凯文,冯永伟.大跨度大悬挑钢桁-框架连廊结构体系设计[J].钢结构,2017,32(10):50-54. [4] 杨伟.大跨度悬挑钢连廊施工全过程数值模拟及监控:以某大厦主体工程为案例[J].福建建筑,2017(9):26-30.