劲性混凝土钢结构吊装施工技术

新疆大厦建筑面积为60692m2，是集办公、接待酒店及相关配套设施于一体的综合性公共建筑，地下三层，地上裙房四层，五层以上分为两个独立的塔楼，其中办公楼11层、酒店20层，群房三层的宴会厅与办公楼、酒店相连，为劲性砼结构，东西长25.2m，南北宽42m，净高8.9m。
　　一、工程特点与难点
　　1、施工场地和塔吊布置带来钢结构施工难度
　　 本工程地处新疆驻京办事处院内，场地十分狭小，现场北侧及东侧均有建筑物，基础坑边距周围建筑仅3m～16m，没有大型构件的存放场地；南侧为现场的唯一进出口，且围墙外有一高压线通过，塔吊只能布置在东西两侧，钢结构施工部位在建筑物中部，吊装最大半径50m。
　　2、劲性柱钢构件自重较大
　　 图纸设计要求型钢柱每二至三层为一节在工厂加工，然后在工地拼装，经计算型钢柱分为四节，单个构件最重达到7.6吨，一般塔吊的起重量不能满足要求，选用大型塔吊极不经济且存在安全隐患。
　　 本工程结构主要是钢筋砼结构，钢结构施工只是其中的一小部分，所以从满足质量、安全、经济等综合效益出发，在选择吊装机械时要以满足钢筋砼结构施工为主，兼顾超长、超重钢结构构件的吊装。
　　二、科研的研究方向和重点解决的问题
　　 1、吊装机械的选型和布置、型钢柱的分节安装方法
　　主要解决何种吊装机械，既保证钢筋砼结构施工需求，又满足超长、超重劲性柱钢构件的吊装要求；然后根据机械的吊装能力，在保证质量、安全的前提下，将型钢柱合理分节。
　　 2、超长、超重工字钢梁的安装方法
　　根据现场场地条件和选择的吊装机械，确定工字钢梁的吊装方案、合理分段及分段后的连接方法。
　　 3、大跨度宴会厅钢梁施工支撑体系选型的思路
　　主要解决支撑体系的选择，经过计算确定支撑体系的技术参数，保证施工的技术安全。
　　三、课题方案的比较和确定
　　 确定塔吊的选型、布置，型钢柱、工字钢的分节安装方法。
　　 本工程基础埋深-17.3m，在基坑东、西两侧槽底留有塔吊位置，进场时已具备塔吊安装条件，塔吊的选型主要决定于钢结构施工方法，以下将可能采用的钢结构施工方法进行了比较：
　　 采用汽车吊：本工程场地十分狭小，只能在南面立吊车，汽车吊的位置距最远端的型钢柱60m，需用300t汽车吊方可满足施工要求，本工程共有8层劲性柱，汽车吊需要频繁进场至少12次，经济上极不合理，同时对现场其他单项施工影响较大；南侧基坑距围墙仅9m，围墙外有高压线通过，采用汽车吊也存在极大安全隐患。
　　 采用抱杆的施工方法，仅适用于小吨位钢构件，且无法解决楼内构件的水平运输问题，同时施工工期长。
　　 本工程钢结构施工只能考虑塔吊运输和安装，在东西两侧预留的位置立塔是最合理可行的方法，但钢结构的最大吊装半径达到50m。合理选择塔吊的型号，既能满足施工要求，又能使钢结构施工工期最短，在经济上最合理，以下对可能采取的方案进行了反复研究：
　　 选用重型塔吊，满足型钢柱吊装要求。
　　 按原设计要求分节方法，构件最大重量7.6吨，塔吊型号可选择MC480 型号等重型塔，月租费和工期综合起来考虑，相比H3/36B塔费用增加114.9万元，而且本工程大部分工程为钢筋砼结构，对重型塔吊没有需求，为局部的钢结构而去租赁大塔吊，经济上很不合理。将型钢柱合理分节，全部采用塔吊吊装。
　　 考虑将型钢柱合理分节，控制每节重量在5吨以下，选用H3/36B塔吊，该塔吊在45m半径内起重量为5.2t，50m半径起重量为4.5t，满足起重量要求。
　　 型钢柱方案的研究过程中，还探讨了宴会厅工字钢梁的安装方法，如整根提升安装：工字钢梁每根长25m，首先增加了现场外运输的难度和成本，同时因自重10t，采用抱杆和液压千斤顶提升均不可行，所以得出的结论是：工字钢梁安装也采用分段加工，利用塔吊吊装，空中连接的方法。
　　 塔吊选择的同时，对钢结构的深化设计、节点设计和安装方法进行可行性研究在考虑型钢柱分节时，设计坚持两层一分节，共分四节的方法，构件最大重量达7.6t；根据塔吊的吊装方案，吊装重量需控制在5t以下。仍分为四节，5t以上的则分为五节，采用焊接连接；宴会厅钢梁分成两段加工，采用焊接连接，同时采取下列措施保证钢结构质量：首先所有钢构件均进行详细的节点设计，包括相关尺寸、打孔位置、钢筋穿过的方法等，由原设计审核确认；加工厂严格按照深化设计图加工，加强技术交底和过程检查，确保钢构件加工质量；放线时确保型钢柱的位置准确，型钢柱安装时，用经纬仪双向控制垂直度；焊缝均达到一级焊缝要求，100%做探伤试验，保证焊接质量。经过与设计反复协商，最终达成了一致意见，采用塔吊吊装、合理分节安装连接的方法。
　　 两个方案比较，最后采用将型钢柱合理分节，采用H3/36B塔吊吊装。
　　四、方案的实施
　　 （一）劲性砼柱的施工
　　 1、首先配合土建施工，进行钢结构深化设计
　　 依据土建图纸，钢结构公司进行图纸深化设计。型钢柱分节时，根据现场塔吊起重参数，计算每根柱子所在位置塔吊最大起重量，将型钢柱合理分节，不同柱子分节不同。型钢柱分段多造成焊缝多，加大了焊接工作量，而分段拼接，又给钢柱垂直度和标高调整带来难度，所以型钢柱分节方案确定后，即绘制型钢柱制作详图、梁柱节点详图，分别明确穿型钢腹板、锚入型钢柱内、焊在型钢柱牛腿上梁筋规格位置，根据详图，进行钢筋翻样工作。
　　 2、控制型钢柱制作环节，保证加工质量
　　 型钢柱在京冶公司自有加工厂机械加工，构件每次出场前，项目部派质检员到厂内，根据详图要求进行验收检查，确保加工的质量与精度。
　　 3、严格控制型钢柱安装
　　 型钢柱按土建施工进度分层、分段进场，用塔吊就位。
　　 型钢柱生根，用基础底板预留的地脚螺栓与型钢柱连接，上、下节型钢柱之间用连接夹板临时固定，然后焊接。为控制型钢柱垂直度，安装型钢柱时四面加设缆风绳，揽风绳采用11mm钢丝绳+1t手拉葫芦，便于调整钢柱。在相互垂直的两个方向架设经纬仪，控制型钢柱的垂直度，规范要求垂直度应在8mm之内，本工程最终控制在2mm。
　　 型钢柱调整后，上、下节钢柱焊接，按一级焊缝要求，精选焊工作业，经100%探伤试验，焊缝均一次合格。
　　 4、劲性柱砼浇筑振捣
　　型钢柱翼缘板距柱外皮只有100mm，且钢筋密集，给砼浇筑振捣带来很大难度。为保证劲性砼浇筑质量，每次浇筑劲性砼柱，都进行重点控制，严格执行方案，加强过程控制，一方面与搅拌站协商控制好砼坍落度，另一方面，在型钢柱相互垂直两个方向架设经纬仪，监控型钢柱的垂直度，发生偏差及时调整；同时选择有施工经验的砼班长亲自拿棒，严格分层浇筑、分层振捣，振捣时尽量不碰型钢柱，确保型钢柱垂直度，收到较好的效果。
　　 （二）宴会厅钢梁的施工：
　　 宴会厅钢梁分成两段，分别用东西两侧的塔吊吊装，安装时，一端先用高强度螺栓与劲性柱和劲性梁牛腿连接固定，另一端临时吊装到钢梁分段处桥墩式密集支撑顶部的120mm工字钢上，待钢梁一端与劲性柱和劲性梁连接完成后塔吊脱钩，利用120mm工字钢上千斤顶，调整钢梁的标高，调整后将两段钢梁对接处焊接。
　　 五、实施效果总结及推广应用
　　 本工程实施中，按照既定的部署，精心设计和组织，施工前编制专项施工方案，进行技术交底。通过新疆大厦劲性混凝土钢结构吊装总结出成套施工技术：就是通过型钢柱合理分节，减小构件重量；钢梁分节简化垂直吊装难度，选择常规塔吊施工，化复杂为简单。通过新疆大厦劲性混凝土钢结构吊装与高大模板支撑体系施工，总结出几点体会：
　　 1、以钢筋砼结构为主，少量钢结构为附的结构体系，在选择吊装机械时，从满足质量、安全、经济等综合效益出发，尽可能以满足钢筋砼结构施工为主，兼顾超长、超重钢结构构件的吊装，根据起重参数选择塔式起重机。
　　 2、在选择塔式起重机同时，进行钢结构的深化设计，在保证质量的前提下，将超长、超重钢结构构件分节加工，现场拼装连接，钢梁断开处，采用立杆间距300×300mm桥墩式密集支撑作为支点，减少了梁底的支撑，化复杂为简单。
　　 3、大跨度、超重、超高模板支撑体系及方案的确定，要结合钢结构的深化设计和施工方案，先考虑梁的支撑体系满足结构施工安全，再考虑板的支撑体系，两种体系尽量统一，并连成整体保证稳定。
　　 4、新疆大厦劲性混凝土钢结构吊装施工技术经过总结，在国家话剧院工程推广应用也取得良好效果。随着“劲性混凝土钢结构吊装”的推广应用，配套技术的不断完善，技术队伍会得到更多的锻炼，技术水平会不断提高。