大型钢连廊结构施工技术方案研究

黄 亮 王育安 袁 群 吴多俊 刘萧峰

1 工程案例

某大厦施工总承包工程场地东西长约61 m，南北长约314 m，总用地面积24317.22 m2，建设用地面积19990.29 m2。项目由3 座办公楼和商业裙房组成，总建筑面积256310.09 m2，其中地上总建筑面积185343.34 m2，地下总建筑面积为70966.75 m2。A 栋办公楼共39 层，其总高度192.90 m，B 栋办公楼共30 层，该建筑高度为150.30 m，C 栋办公楼共17 层，建筑高度为87.58 m。

本项目连廊钢结构独立承重柱和混凝土梁的施工部位位于A 栋与B 栋之间3 ～4 层的钢构连廊，以及B 栋与C 栋之间3 ～4 层的钢构连廊。连廊钢结构为焊接H 型截面，最大质量为25.3 t，截面尺寸1050 mm×700 mm×50 mm×50 mm，跨度为25.5 m。

支模架支承面为地下室顶板，因此在顶板施工完成后应进行洒水养护，确保混凝土强度达到设计要求，以满足梁柱承载力，进而达到支模荷载。2段连廊钢结构独立柱和3 层混凝土梁的支模架体高度均为9.35 m，4 层混凝土梁的支模搭设总高度为14.9 m。钢构连廊独立承重柱和混凝土梁的架体宽度为5.45 m，架体高宽比应满足规范要求且不应大于3.0，并在独立柱和3 层混凝土梁内预埋钢管作为连墙件，以满足钢管架体的稳定性。高支模架体施工主要采用扣件式钢管脚手架，施工前应绘制高支模搭设施工图并验算，保证施工安全。

2 连廊钢结构吊装安全施工方案分析

2.1 钢结构深化设计

钢结构深化设计需要将概念模型转变为设计模型和图纸，通过分析和计算杆件及节点的加工、运输与安装等，确定杆件与节点的焊缝、螺栓、分段和吊装耳板等，确保杆件与节点的安全性[1]：首先，要按照杆件实际长度建立三维模型，将单线模型分别导入2 个以上结构有限元计算软件，验算结构空间受力，并计算所有杆件的压杆长细比、强度应力和稳定应力比。其次，参照调整后的杆件断面建立实体模型，按照杆件受力性能划分主次杆件，使用主要杆件裁切次要杆件，自动生成杆件端口的空间相交曲线。最后，生成深化图纸，要表示出杆件长度、断面尺寸、杆件相交角度以及螺栓孔间距等内容。

2.2 钢结构加工

钢结构加工是影响施工质量的关键性因素，加工流程如下：技术准备—材料采购和复验—钢材前期加工—杆件加工—节点整体组装—涂装—运输。在技术准备阶段，要确定焊接工艺和试验方案，并进行管理、技术和人员培训。在钢结构加工制作前，需要明确构件截面尺寸、杆件连接技术要求、构件加工制作和安装连接要求、钢结构焊接要求以及未注明的角焊缝焊脚要求等。在钢结构加工过程中，要预处理钢材变形，再进行零部件的放样和划线，完成材料拼接和构件组装[2]。

在钢结构焊接加工时，要选择合适的焊接工艺、材料和设备，并进行焊接材料烘焙，同时要根据工艺要求进行焊接人员培训。在焊接过程中，要根据不同工艺类型采用不同的焊接流程，并控制材料变形和裂纹，确保焊接质量达到设计要求。在钢结构加工过程中，要控制切割、矫正、成型、边缘加工、端部铣平、安装焊缝坡口以及钢结构外形尺寸等的精度质量，为施工质量管理奠定基础。

2.3 吊装施工工艺

本工程A 栋与B 栋之间以及B栋与C 栋之间有2 根钢柱和2 层钢连廊，钢柱和钢梁采用100 t 汽车起重机进行吊装。3 层钢梁标高为9.650 m，下方为1 层钢筋混凝土结构面，其标高为±0.000 m。4 层钢结构顶面标高为15.900 m，下方为3层钢梁结构板面，其标高为9.650 m。

本工程若采用分段安装方式，高空组装和焊接工作量较大，现场机械设备难以满足吊装要求，需要大量高空组拼胎架，不但搭设难度大而且分段数量多，存在较大的质量隐患[3]。此外，分段安装施工难度较大，不利于控制施工安全、质量和工期。因此，结合技术要求和工程经验，对于部分钢结构采用分段吊装法，即先在工厂完成前期拼装、焊接和油漆等工作，然后在施工现场拼接吊装到位。该方法施工范围主要集中于楼面位置，对其他专业施工影响较小，且高空作业量少，吊装安全性高，能够提高施工进度和成本控制水平。

钢梁分段吊装施工流程如下：施工准备—测量放线—搭设临时支架—地面拼装—设置安全措施—钢梁吊装—测量校正—焊接—探伤—拆除临时支架—完成钢梁安装。部分钢梁截面较大，单根质量较重，超出汽车起重机的起重能力，根据结构特点、现场吊装设备条件、场地情况以及施工便利性，将钢梁分节吊装，分节位置设置在钢梁1/3 位置。

为方便现场安装并确保吊装安全，工厂加工制作钢梁时，应在钢梁上部开吊装孔或焊接吊耳，大跨钢梁采用焊接吊耳的方式，轻型钢梁则采用预留吊装孔的方式。吊装孔或吊耳的位置到钢梁端头的距离一般为构件总长的1/4。吊耳规格200 mm×200 mm，厚度为20 mm，材质为Q355，通过焊接与钢梁连接。本工程主体钢结构地上高度为15.90 m，可采用汽车起重机吊装每层柱间的主梁和次梁。单根钢构件吊装示意图，如图1 所示。

图1 单根钢构件吊装示意图（来源：作者自绘）

构件进场后，需审核检查探伤报告，并采用量测、目测以及仪器检测等方法，检查构件的外观、尺寸和焊缝，检查合格后进行移交存放处理[4]。构件要堆放在指定区域，堆放场地应排水良好，对于易积水位置要用枕木将构件架空，避免构件泡水锈蚀。构件排布应预留空隙，便于现场加工和吊装。

钢梁安装采用先主梁后次梁、先内后外和先下层后上层的顺序进行。每个区域钢柱安装完成后，应及时安装柱顶楼层的主梁和环梁，其余钢梁在前一区域钢柱和钢梁校正及焊接完成后进行安装，安装时要综合考虑轴线、水平度、标高和连接板间隙等因素，安装到位后进行校正，确保各分项偏差值均控制在设计和规范要求范围内。吊装时需注意钢梁方向，钢梁就位后要先将梁两端孔通过冲钉对位，然后用螺栓拧紧。

在钢梁拼接前要布置胎架平面，设计支撑点、格构柱和埋件等，确保拼装胎架能够有效传递荷载，控制施工结构变形，确保支撑体系的可靠性。钢梁吊装时，首先，要用垫木垫平拼接场地。其次，在地面拼接组装钢梁，并用水准仪测量标高，确保高差控制在规范要求范围内，并进行拼装起拱和焊接质量控制。再次，拼装结束后要用水准仪复测钢梁水平度，确认无误后用高强螺栓固定，并进行磨光、除锈和补漆。最后，将钢梁吊至合适位置，并校正基座中心、柱顶定位轴线、钢梁垂直度以及侧向弯曲，校正无误后松开吊钩。

紧固高强度螺栓要选择合适的机具设备，并检查和修复栓孔孔径。装配和紧固接头时，应从安装完成端或刚性端向自由端进行。此外，高强螺栓的初拧和终拧要按照紧固顺序进行，由螺栓群中间向两边对称逐个拧紧。

钢梁吊装到位后，应及时夹好连接板，对于孔洞存在偏差的接头，应采用冲钉配合调整跨间距，再用安装螺栓拧紧[5]。连廊钢梁吊篮由圆钢制成，在地面验收合格后吊至钢梁侧边，便于现场安装和校正。吊装前需在钢梁两端上翼位置各安装1 根圆钢防护立杆，在2 根立杆间设置钢丝绳，以确保施工人员行走安全。

3 钢构连廊独立柱混凝土梁高大支模安全施工方案

3.1 高大模板支撑设计

本工程钢构连廊独立柱和梁的模板施工采用木模板+脚手架的支撑形式。独立柱及3 层和4 层的混凝土梁均采用扣件式钢管脚手架，其中3 层梁采用高支模架体搭设，4 层梁采用普通扣件式钢管支模架搭设。现浇梁支模采用木方次梁+钢管主梁的方式，采用钢管立柱支撑。支模形式为不共用梁板立柱，单独支撑为顶托双钢管，扫地杆距地面200 mm，其步距为1100 mm，顶托伸出立杆长度不应超过200 mm，顶托和立杆的自由端不应超出最上道水平横杆500 mm，梁侧采用木方和双钢管，使用对拉螺杆固定。

3.2 高大模板施工工艺和注意要点

3.2.1 高大模板施工工艺

梁模板分为底模板和侧模板，均采用木胶合板，用铁钉拼接。梁模板安装施工流程如下：排杆—放线和弹线—搭架—调整标高并安装板底模—安装梁底模—放置和绑梁钢筋—安装侧模—校正标高—验收并移交混凝土工种。搭设承重支架前应在立杆下垫木垫板，安装梁底模板时应拉通线找直。在脚手架搭设完毕后，应先检查插件和扣件的紧固性，并在立杆上标出标高以控制梁板支模高度，然后用线锤吊引梁边位置，并用铁钉固定，最后安装梁侧模和板模[6]。当梁高达到700 mm 及以上时，应先预留梁一侧模板不封闭，在梁钢筋绑扎完后再进行封闭。

在高大支模架验收合格后浇筑混凝土，应先浇筑竖向构件。对于高大截面梁可采用分层浇筑的方式，以先柱后梁的顺序依次浇筑。在混凝土浇筑时，需严格控制每一层的浇筑高度，优化原材料配合比，控制荷载效应，降低浇捣速度。对于高度超过5 m 的钢构连廊独立承重柱结构，应分层浇筑，若一次性浇筑则会因压力过大出现爆模和混凝土离析现象。多次分层浇筑时应尽量延长分层沉实时间，避免吊模处出现掉角等质量缺陷。在浇筑完成后，需在24 h 内进行浇筑养护，养护周期不得少于14 d。

3.2.2 高大模板施工注意要点

高大支模架搭设采用扣件式钢管脚手架技术，其施工注意要点如下：第1，在架体支设前应进行技术交底，立杆底部支撑结构要具备荷载支承能力。第2，沿架体外圈和内部纵向和横向设置剪刀撑，并采用搭接方式，搭接长度不得小于1 m，且旋转扣件不应少于3 个。第3，架体立杆需在垂直和水平方向按50%错开接头，所有立杆必须落地，扫地杆应距离地面200 mm，底部支撑立杆下应设置木垫板。第4，应在3 层梁凝土梁内留设预埋钢管，沿梁跨方向每3.6 m 设置1道，作为连墙件与架体连接，以增强架体稳定性。第5，在施工4 层梁支模操作架时，可在3 层独立柱处加强抱柱措施。高大支模搭设时，应在地下室顶板区域加强回顶架抱柱措施，抱柱拉结不应少于3 道。第6，架体外围应满挂安全网，每3.6 m挂设1道，此外在梁底要挂设1 道安全网。第7，架体安装完成后，应检查支架扣件拧紧度是否合格，立杆和水平杆搭设是否符合方案要求，避免施工安全隐患。

3.3 高大模板拆除工艺

在施工模板拆除后，应观测构件的挠度变形情况。模板拆除时的结构混凝土强度要求，如表1 所示。

表1 模板拆除时混凝土强度要求

拆模时混凝土的强度不应小于1.2 MPa。在混凝土达到拆模强度前，应保留梁底立杆支撑不拆除，对于截面超大的梁，除梁底支撑立杆外梁侧应至少保留1 根立杆不拆除。已拆除模板和支架的结构，应在混凝土达到设计强度后，能够承受全部计算荷载。梁模拆除顺序为先拆除梁底木枋，其次拆除梁侧模，最后拆除梁底模。在拆模作业前应进行安全技术交底，在拆模过程中应严格落实各项安全措施，施工区域下方严禁站人。模板拆除后应按规格大小整齐堆放，并及时回收扣件、螺杆和螺帽等，不得随意处置建筑垃圾，以确保整体施工满足绿色施工规范要求。

4 结语

大型钢连廊结构施工技术较为复杂，在施工作业中需要严格进行钢结构吊装和高大支模的施工管理，确保有效控制整体施工质量。在施工过程中，必须要强化对施工质量控制的重视程度，不断优化施工技术，构建完善的施工方案，从而确保项目实现经济效益。