大中型文化场馆的钢结构施工管理措施
——以上海程十发美术馆项目为例

夏超群（上海市工程建设咨询监理有限公司，上海 200433）

0 引 言

上海市于 2016年8月公布的《上海市城市总体规划（2016—2040）》提出，上海将在 2040年建成卓越的全球城市，国际经济、金融、贸易、航运、科技创新中心和文化大都市，成为令人向往的创新之城、人文之城和生态之城。与此同时，《上海市“十三五”时期文化改革发展规划》也明确提出，未来上海将努力建设全国文化中心，到 2020年基本建成文化要素集聚、文化生态良好、文化事业繁荣、文化产业发达、文化创新活跃、文化英才荟萃、文化交流频繁、文化生活多彩的国际文化大都市。“十三五”时期是上海建成国际文化大都市的冲刺阶段，上海文化建设将进一步聚焦功能、提升能级，建成一批具有国际水准的文化设施。程十发美术馆作为该批文化场馆之一，其建设正体现了上海这座城市对文化的一种不懈追求，是提升地区文化软实力，推动上海建设具有国际化、现代化的文化设施体系建设、推进并落实上海卓越的全球城市战略目标的需要。

1 项目概况

程十发美术馆新建工程拟建项目选址位于上海市长宁区古北社区规划 W040502 单元 A3-03 地块，东至伊犁南路，北至虹桥路，南侧和西侧毗邻古北 SOHO 商业项目。

项目规划用地面积约 7 129 m2，总建筑面积 11 500 m2。该项目为大中型文化场馆，按照“国家重点美术馆”标准设计。其中：地上建筑 3 层，建筑面积 7 570 m2，包括展示陈列用房、公众服务用房、业务研究用房、管理保障用房及设备等；地下室 1 层，建筑面积 3 930 m2，包括藏品库房、报告厅、停车库、设备机房等。项目总投资 5 亿元（含土地费用）。

2 项目特点和难点

2.1 项目特点

与住宅和办公楼等普通民用建筑造型方正规整不同，大中型文化建筑需要彰显其独特的视觉效果。设计师设计文化建筑造型时，加入了概念型的设计构思，使得整个建筑别具一格，程十发美术馆也不例外。

程十发美术馆所处地理位置较特殊，南侧和西侧毗邻古北 SOHO 商业项目，被 176 m 高的主楼和 54 m 的高裙房所环绕，而美术馆高度仅为 24 m，若无独特的设计造型，则很容易被误认为是周边商业项目的附属设施。为此，设计团队紧扣“叠院-拾径”的设计构思，用石材、玻璃叠加的虚实体块来表现错落有致的韵味，用几个大小不一的“方盒子”呈现出空间层次交错的视觉效果，使美术馆与毗邻商业建筑形成鲜明对比，彰显其建筑气质。

钢结构因其抗震性能优、结构自重轻、构件形式灵活多样、有利于建筑造型的标新立异而被广泛使用。程十发美术馆也采用了大空间、大悬挑的钢结构形式，这一设计更加凸显美术馆的别具匠心。

2.2 项目难点

（1）施工场地狭小，交通组织困难。本工程紧邻市中心，施工用地紧张；基坑东西侧、南侧紧靠用地红线，场地无法形成双车道环通道路，交通组织难度高，施工机械、材料堆场布置困难。现场仅有东南侧 1 号施工大门可供机械及车辆出入，基坑西北侧 2 号大门不能用于施工车辆进出，在仅有一道施工大门出入的情况下，对交通组织要求较高。

（2）悬挑区域钢结构施工控制要求高。本工程地上3 层为钢结构，北侧第 2 层存在悬挑桁架结构。此处位于塔吊吊点最远端，在狭小场地条件下，如何确保悬挑部位钢结构安全施工，如何做好质量管理工作，是整个工作中的重点和难点。另外，悬挑钢结构区域跨度为 2-5 轴/H-K轴，面积约为 280 m2，如何确保此处钢结构安装过程中的变形量控制及结构稳定也是本工程的一大难点。

3 钢结构施工管理措施

3.1 钢结构概述

本项目首层及以上为全钢结构形式，选用钢框架结构。柱子采用焊接圆钢管 Φ400 mm/Φ600 mm/Φ800 mm/Φ1 000 mm 及 H300×200，构件材料为 Q390GJB。钢梁采用 H 型钢梁，框架梁高 500 mm～2 300 mm，楼面次梁高 400 mm，构件材料为 Q345B。楼板采用压型钢板组合楼板。

针对施工场地狭小、交通组织困难的问题，项目部科学安排施工现场场地，通过顶板加固措施设置钢结构堆场和钢结构拼装场地。钢结构吊装阶段结合塔吊起重能力，合理布置现场堆场和拼装场地。

按平面层将本项目划分为 3～4 个施工段，每 2 层 1 节柱，加配套的框架梁形成稳定的框架结构为一个施工段。合理安排钢结构构件的进场时间、构件的进场顺序，确保场地的周转和土建及各专业的交叉施工，按规划区域需求构件清单来安排材料的加工发运计划。

3.2 钢柱和钢梁的施工管理措施

3.2.1 钢柱的施工管理措施

钢柱安装前，应对下部结构的标高与轴线进行复验，超出规范的偏差应立即修正。吊装前，对钢柱的长度、断面、侧弯的标高进行预检，以便及时采取措施。

起吊前应进行试吊，刚吊离地面 5 cm～10 cm 时，停止起吊，观察其稳定性，确定钢丝绳和吊索安全稳定后方可起吊。钢柱须捆扎牵引绳以便控制其方向，起吊过程应缓慢且稳定。钢柱起吊后，第一段钢柱当柱脚距地脚螺栓 30 cm～40 cm 时扶正，使柱脚对准柱底板中心线，缓慢落钩就位。吊点使用钢柱顶端的连接板，连接板上吊耳螺孔为 φ40，钢柱吊装使用 5 t 合金卸扣（4 只），钢柱在吊装之前应标记钢柱的方向线（现场完成）和钢柱的中心线（加工厂完成）。柱两端设置临时连接耳板，待钢柱对接焊接完成且验收合格后，采用现场气割的形式，将上下连接板割除，割除时连接板在钢柱上预留 10 mm 左右，永久留存在钢柱上，严禁气割时伤及母材。钢柱安装就位后立即进行初校（垂直度和位移），校验完毕后方可拆除索具，以确保其施工质量和安全性。

3.2.2 钢梁的施工管理措施

钢梁在吊装前需要对其尺寸和质量进行全面检查，对制作遗留的缺陷，以及运输中发生的变形和损坏进行校准和修复。钢梁吊装采用两点绑扎吊装，吊升中必须保证钢梁处于水平状态。吊装钢梁同样需要进行试吊，吊离地面 5 cm～10 cm 时，应观察其稳定性，确定钢丝绳和吊索安全稳定后方可起吊。钢梁两端须捆扎牵引绳以便控制其方向，起吊过程应缓慢且稳定，不允许与钢柱相撞。钢梁就位后需要进行多次试吊并及时重新绑扎吊索，试吊时起吊一定要缓慢上升，做到各吊点位置受力均匀并以钢梁不变形为最佳状态，达到要求后即可吊升旋转到设计位置，再由人工拉动预先扣在钢梁上的牵引绳，转动到安装位置就位。垂直度是钢梁的主要检验指标，可用挂线垂进行检验，符合要求后方可施焊固定钢梁。

对于刚接节点，钢梁采用腹板高强螺栓、上下翼缘焊接的连接形式，施工时先用普通螺栓紧固，再用高强螺栓加固，最后焊接。凡此类接口必须按“先栓后焊”进行作业。首先连接腹板，先用普通螺栓或冲钉定位，再换上高强螺栓并进行初拧，复查钢柱两个方向的垂直度，若超差，则调整至符合验收规范，即可进行终拧。最后进行翼缘焊接，在钢梁就位时尽量避免强拉硬拽，以免柱子局部发生侧弯。对于铰接节点，螺栓安装可参照以上方法，而上下翼缘板无需焊接。

3.3 钢结构现场焊接管理措施

钢结构现场所用母材为 Q345B、Q390B，当板厚大于40 mm 时，母材有 Z15 向性能要求。钢结构现场焊接方法为CO2气体保护焊（THY-51B 型药芯焊丝直径为 Ф1.2 mm，保护气体为 CO2，纯度应不低于 99.9%），对焊接质量等级要求如下。

（1）钢板、型钢、圆钢管对接焊缝为一级焊缝，其余的坡口全熔透焊为二级焊缝，角焊缝为三级焊缝。

（2）钢管等空心构件端部采用 6 mm 厚钢板封头并施以连续焊缝密闭，使内外空气隔绝，同时确保组装和安装过程中构件内部不积水。

（3）选择焊接顺序的注意事项：使焊接变形和收缩量最小，使焊接过程中加热量平衡，收缩量大的部位先焊，收缩量小的部位后焊，尽量采用对称焊法；焊缝必须满焊，焊透，不得有夹渣、气泡、咬肉、裂纹和凹陷等缺陷。

（4）焊缝质量等级应符合现行国家标准 GB 50205－2001《钢结构工程施工质量验收规范》（以下简称《规范》）的规定；二级焊缝应进行抽检，比例不小于 20%，其合格等级应为现行国家标准 GB/T 11345－2013《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》B 级检验的 Ⅲ 级及Ⅲ 级以上。若发现焊缝有缺陷，则按《规范》的规定进行处理，检查数量的百分比也按照《规范》的规定。

（5）所有焊接材料形成的熔敷金属的力学性能必须达到相应母材材质的指标。

3.4 高强螺栓连接管理措施

本工程所用高强度螺栓为摩擦型大六角高强度螺栓，其施工工艺流程为：抗滑移系数复验→摩擦面检查→处理安装临时螺栓→置换为高强度螺栓→高强度螺栓初拧→高强度螺栓终拧→自检合格→报监验收。

安装前应对摩擦面进行检查，清除表面的水渍和油污等脏物。同时应确认已进行抗滑移试验且试验结果合格。高强度螺栓的穿入方向以方便施工为准并力求一致。在本工程中暂作以下规定：腹板高强度螺栓的穿入方向为朝向轴线编号小的方向；安装高强度螺栓时，严禁强行穿入螺栓（如用锤敲打）；若不能自由穿入，则使用铰刀对该孔进行修整，并且确保最大孔径不大于 1.2 倍的螺栓直径；为了防止铁屑落入板迭缝中，铰孔前应将四周的螺栓孔全部拧紧，使板迭密贴后再进行修孔；一个节点的扩孔数量不宜多于该节点孔数的 1/3；严禁使用气割扩孔。

高强螺栓的拧紧分为初拧和终拧，依次进行。拧紧时应采用电动扭矩扳手，初拧扭矩应由试验确定，一般为终拧扭矩的 50%。初拧后的高强度螺栓应用颜色做出标识，然后根据试验确定的扭矩系数计算出最终扭矩，进行终拧。终拧结束后，用另一种颜色进行标识。高强度螺栓在初拧和终拧时，连接处的螺栓应按一定顺序施拧，一般由螺栓群中央顺序向外拧紧。初拧、终拧应在 24 h 内完成。

高强度大六角头螺栓连接副终拧完成后 1 h～48 h 内应进行终拧扭矩检查，检查结果应符合《规范》的规定。报验时应有抗滑移试验资料、初拧和终拧原始记录和施工质量检查验收记录等原始资料。

3.5 悬挑区域大桁架的施工管理措施

针对本项目悬挑区域施工控制要求高的特点，项目部协调组织施工单位、设计单位和监理单位相关专业监理，着重围绕此处钢结构安装过程中的变形量控制及结构稳定等问题展开讨论、共同协商。在此期间，仅施工组织专项方案就召开了多次专题会议，经多次讨论，制定出以下应对措施。

（1）研究分析桁架区域的构件组成，拆分构件单元，摸清单个及拼接桁架构件的分段重量，制定合适的吊装方法。若现场塔吊不能满足起吊重量要求，则采取汽车吊配合施工。

（2）确定合理的施工顺序。先施工主体结构形成框架体系，再开始施工大悬挑桁架；施工大悬挑桁架前，在结构顶板柱顶位置预埋钢板埋件，设置格构柱作为大悬挑的临时支撑（见图1），支撑定位在下方有混凝土柱的地方。

图1 悬挑支撑示意图

（3）按图纸要求，须先在地面整体拼装、再进行上部拼装的构件。先在地面进行拼装，确保其结构稳定，然后制定合适的拼装对接方式，以免因荷载增加而导致结构变形。

（4）悬挑结构安装前，先进行变形量的软件分析，做好变形量的计算。对于需要预起拱的构件，应采取相关处理措施，同时在安装完毕后做好观测工作，待变形稳定后再实施拆撑工作。

3.6 钢结构安全管理措施

安全管理是钢结构施工过程中的重要环节。本项目楼层虽低，但钢构件质量大，地面人员数量多且流动大，一旦发生构件和人员坠落，就极易引发严重的安全事故。为了杜绝此类安全事故的发生，应首先对各单位项目经理、负责人及专职安全员等管理人员进行安全管理考核；其次联合施工单位和监理单位，在施工现场成立安全文明施工监督小组，连同各单位专职安全员对现场施工进行严格管理；同时制定详细的相关安全管理条例，记录每周的现场监督情况。此外，总承包单位须对现场安全生产承担主要责任，加强对各分包单位的管理；分包单位也应制定相应的安全制度，设立相关的安全机构，配备专职安全员。施工人员是决定建筑钢结构质量和安全的直接因素，因此，定期对施工人员进行培训，以增强其安全意识，提高其专业水平，是钢结构施工管理的重中之重。监督小组的专职安全员每天施工前对施工人员进行安全教育，使其树立“安全第一” 的思想；采取特殊的经济手段，引导施工人员规范施工；邀请专家定期为施工人员开展安全文明培训讲座，结合项目实际情况和相关施工案例，让施工人员掌握专业技能的同时，理解安全文明施工的重要性；运用动画和视频演示，更生动形象地帮助施工人员掌握相关技能，教导他们在遇到特殊情况时采取合理规范的避险措施，以免因惊慌失措而发生严重事故。

3.7 运用 BIM 技术协同管理

本项目建立了专门的协同平台，施工阶段充分利用了该平台的相关功能，且有效运用了 BIM 技术进行设计与施工之间的协同管理。利用 BIM 相关软件，对钢结构整体进行建模，对钢结构节点进行深化，再根据导出的加工图进行构件加工。此外，运用钢结构模型进行吊装模拟，提前进行吊装演示，用于对工人进行交底，以提高钢结构的施工效率。

为了保证模型与施工现场的一致性，在加强现场质量监督的同时，还要结合移动设备和平台资料，反馈现场工况。一旦发现模型与施工现场相矛盾，即刻组织各方召开协调沟通会，讨论解决办法，及时将解决方案落实到 BIM模型和现场施工中。

4 结 语

通过介绍程十发美术馆项目的背景，分析其外形特点和项目难点，充分阐明了大中型文化场馆工程建设要求高、技术难的特点。以该项目的主要施工难点—钢结构施工为出发点，对施工过程中的技术和安全管理作了详细描述，使读者更形象地了解到大中型文化建筑的施工管理工作，同时为相关从业管理者提供相关的参考资料和类似经验。