预制构件的吊装通常用的起重机

6　建筑结构施工

本章导读：

●基本要求　掌握砖混房屋结构施工方案与施工组织设计方法；掌握混凝土房屋结构施工方案与施工组织设计方法；了解钢结构房屋结构施工方案与施工组织设计方法；了解特殊构筑物结构施工方案与施工组织设计方法。

●重点　砖混房屋结构施工方案与施工组织设计方法；混凝土房屋结构施工方案与施工组织设计方法。

●难点　钢结构房屋结构施工方案与施工组织设计方法；特殊构筑物结构施工方案与施工组织设计方法。

6.1　砖混结构施工

混合结构房屋是指用两种或两种以上材料作承重结构的房屋。如梁、楼板用钢、木、钢筋混凝土,承重墙体、柱、基础用各种砌体或钢筋混凝土等建成的房屋。砖混结构房屋指以砖(砌块)砌体和钢筋混凝土梁、楼板作承重构件的房屋。

6.1.1　砖混结构概述

砖混结构房屋以砖、石或砌块为砌筑墙体的主要材料。其基础一般为条形砖石基础、条形素混凝土基础或条形钢筋混凝土基础。当有主大梁及柱作为部分承重构件时,柱下常有钢筋混凝土独立基础。

砖混结构中,一般墙为主要的竖向承重构件,钢筋混凝土楼板(预制板或现浇板)为横向承重构件,现浇或预制的钢筋混凝土楼梯作为上下通道。砖混结构房屋如住宅、教学楼、办公楼、宿舍等可能还有外挑的阳台或走廊兼通连式的阳台；外门口上有雨篷；门窗口上要设置过梁；墙体的某些部位可能还要有圈梁和构造柱。

砖混结构房屋具有便于就地取材、便于施工、造价低廉、耐火、耐久、保温隔热性能好、能调节室内湿度等优点；但也具有自重大、强度低、砌筑工作量大、劳动强度高、抗震性能差、消耗土地资源等缺点。

砖混结构的未来发展,应尽量采用轻质高强材料,大力利用废渣制砖和发展水泥制品,也要注意改善砌体的受力性能,并提高其机械化施工水平。

6.1.2　混合结构房屋施工设计

房屋施工程序如图6.1所示。

图6.1　房屋施工程序

1)施工准备

施工准备工作的内容大致有：建立现场管理班子；签订各种合同；进行图纸会审；编制和完善施工组织设计；编制施工预算；翻样工作；踏勘现场；确定并引测水准点；确定定位基准并进行定位放线；做好“五通一平”；搭建临时设施；组织机具、材料和人员进场等工作。

(1)选择材料运输方案

选择运输方案是指选用什么机械和方法来进行材料、预制构件等的垂直运输及上下水平运输(指楼、地面上的水平运输)。

在一般砖混结构施工中,可采用塔式起重机或井架、龙门架加小车的方案。塔式起重机既可运输材料又宜于安装预制构件,如图6.2所示。起重机布置在拟建房屋的一侧,运到工地的材料和构件可由塔式起重机卸车,堆放在附近,再按施工需要将材料吊至使用地点或将预制构件安装就位。

塔式起重机的工作效率取决于垂直运输的高度、堆放场地的远近、场内布置的合理程度、起重机司机的技术熟练程度和装卸工配合默契程度等方面。

图6.2　塔式起重机布置示意图
1—拟建建筑物；2—塔式起重机；3—起重机轨道；4—构件、材料堆场；5—汽车；6—道路

塔式起重机作综合利用(运输材料和安装预制构件)时,可以采取下述措施来提高工作效率：

①充分利用塔式起重机的起重能力以减少吊次。如构件可多件一次吊运。

②尽量减少二次搬运,减少总吊装次数。如预制构件组织随运随吊,脚手台做到一次即运到应安放的位置上,做到不必吊运到地面或在楼板面上存放一次再就位。

③合理紧凑的布置施工平面,减少起重机每次运转的时间。如砂浆搅拌站最好布置在拟建建筑物的适中位置,使起重机能直接吊到砂浆斗,砖的堆放尽可能放在最靠近拟建建筑物旁,构件、半成品全放在起重机的有效回转半径以内,而且应放在靠近使用地点。

④合理安排施工顺序,保证起重机能连续均衡地工作。最好做到吊装工艺固定,每天每小时该吊那些构件,数量多少,都事先安排好计划。

这种用塔式起重机作综合利用的施工方法,对房屋的施工速度来说,往往是由起重机的运输能力所控制,所以要详细计算每班的运输量,充分发挥起重机的效率,以提高施工速度。

使用井架或龙门架时,一般要有小推车配合作水平运输。

塔式起重机的竖立和井架、龙门架的搭设,一般可在基础工程的后期,大量土方工程完工时才开始,不必太早进场,以免影响土方的施工和增加机械的租赁费用。一般要求在主体工程施工前三天装好即可。

(2)主体工程施工顺序

砖混结构主体工程的施工顺序是：检查验收基础→放线、验线→砌第一施工层墙(有构造柱应留出)→搭脚手架→砌第二施工层墙(有构造柱应留出)→圈梁、阳台、楼梯施工→安装楼板及灌缝→放线→砌上一层楼第一施工层墙→…→重复以上工序至屋顶→安装屋面板及灌缝。

(3)施工层、施工段的划分

工人砌筑砖墙时,劳动生产率受砌筑高度的影响,在距脚底0.6m时生产率最高,低于或高于0.6m时生产率均下降。工人可以达到的砌筑高度与本人的身高有关,而通常为从脚底以下0.2m处砌至1.6m高,超过这个范围就要搭脚手架,站在脚手架上继续向上砌。因此层高3m左右时,一般分两个施工层来砌(或称两个可砌高度)。

施工中为保证主要工种的工作连续而有节奏,应将拟建工程在平面上划分为若干施工段。砖混结构房屋施工中,一般划分两个施工段(当建筑群施工时可将一个或几个建筑物作为一个施工段)即可保证砌筑和楼板安装两个工种的施工连续。

2)施工组织

(1)基础施工

砖混结构房屋的基础有多种形式,其中以砖砌大放脚的刚性基础和钢筋混凝土条形基础为多。砖砌基础的主要施工工序为：定位放线→土方开挖→地基处理→垫层施工→砖基础砌筑→地圈梁、防潮层施工→基础验收→回填。

(2)主体施工(以砖砌体为主)

①放线和抄平。为了保证房屋平面尺寸以及各层标高的正确,要求非常细致地做好墙、柱、楼板、门窗等轴线、标高的放线和抄平工作。而且必须走在施工的前面,在施工到该部位时应做到标志齐全,以对施工起控制作用。

②立门窗框。立门窗框有两种做法：一种是先立好门框再砌砖,立好窗框再砌窗间墙,木门窗框,有条件的最好采用这种做法；另一种是留好洞口,以后将门窗框钉在洞口的木砖上(对木门窗框的做法),或焊在洞口预埋的钢筋上(对钢门窗框的做法),洞口尺寸每边比框至少大20 mm,钢门窗框通常采用这种做法。

③摆砖。有的地方称为撂底,即砌筑前根据墙身长度和组砌方式,在基面上先用砖块试摆(干铺),以使墙体每一皮的砖块排列和灰缝宽度均匀,并尽可能少砍砖。摆砖的好坏,对墙身质量、美观、砌筑效率、材料节约都有很大影响,应组织有经验的工人进行。

④砌砖。砌墙一般先从墙角开始,墙角的砌筑质量对整个房屋的砌筑质量影响很大。

砖墙砌筑时,从结构整体性来看最好是内外墙同时砌筑,这样内外墙连接牢固,也能使墙体在上部荷载作用下压缩及灰缝本身干缩时砌体下沉均匀,避免产生裂缝。在实际施工中,有时受施工条件限制,内外墙不能同时砌筑,这时就要留槎。槎以斜槎较好,它能保证接槎中砂浆饱满、搭接严密,容易形成整体。施工中不能留斜槎时,除转角处外,可留直槎,但必须做成凸槎,并应加设拉结筋。

⑤脚手架搭设。脚手架有外脚手架和里脚手架两种。外脚手架搭在建筑物外围,从地面向上搭设,一般随墙体的不断砌高而逐步搭设。外脚手架适用于砌筑外墙与室外装饰施工合用的情况。里脚手架搭在房间内,砌完一个施工段的砖墙后,搬到下一施工段,安装完楼板后再搭到楼板上,里脚手架比较经济、方便(用里脚手架砌的外墙需要做室外装饰时,可用吊脚手等)。

脚手架要求牢固稳定,要有足够的宽度,便于工人在上面操作、行走和堆放砖及砂浆等材料,同时还要求构造简单,易于装拆及搬运,能多次周转使用,以降低工程成本。

⑥楼板安装。预制构件安装前,应分型号集中在安装部位附近,为了节省预制构件的堆放面积,可以重叠堆放。楼板安装前,应先对基面找平,以免楼板铺放不平。安装时,楼板缝亦应留设均匀,最好事先将楼板安放位置划好线。注意楼板支撑在墙上的尺寸和不要漏放构造筋(按设计图纸上规定)。

⑦圈梁、构造柱、阳台、楼梯施工。在砖混结构房屋的墙体砌筑施工中,圈梁、构造柱、阳台(或外廊)和楼梯的施工也要随之进行,最后吊装楼板完成一层结构的施工,再重复该施工程序,直到主体结构施工完成。

⑧门窗施工。木门窗的安装一般是先安框、后安扇。框的安装应在抹灰开始之前,抹灰及楼地面工程完成后,即可进行木门窗扇的安装。钢门窗、铝合金门窗和塑钢门窗等均由加工厂制造,并由专业队伍到现场安装,现场主要是协作配合工作。

(3)屋面及装饰施工

屋面工程的施工,在屋面板安装完毕后即可进行。由于各地屋面所用材料不一,构造处理也不相同。

装饰工程分为室内装饰及室外装饰,其方案有自上而下和自下而上两种。自下而上的方案使装饰工程与主体施工流向一致,可在主体工程施工的同时插入装饰工程,因而可以使建筑物及早的自下向上逐层交付使用,常用在高层建筑中。砖混结构房屋一般层数不多,为使施工方便起见,往往自上而下进行装饰施工。

6.2　单层工业厂房结构安装

6.2.1　结构安装方案

单层工业厂房结构安装方案的主要内容是：起重机的选择、结构安装方法、起重机开行路线及停机点的确定、构件平面布置等。

1)起重机的选择

起重机的选择直接影响到构件安装方法,起重机开行路线与停机点位置、构件平面布置等在安装工程中占有重要地位。起重机的选择包含起重机类型的选择和起重机型号的确定两方面内容。

(1)起重机类型的选择

单层工业厂房结构安装起重机的类型,应根据厂房外形尺寸、构件尺寸、质量和安装位置、施工现场条件、施工单位机械设备供应情况以及安装工程量、安装进度要求等因素,综合考虑后确定。对于一般中小型厂房,由于平面尺寸不大,构件质量较小,起重高度较小,厂房内设备为后安装,因此以采用自行杆式起重机比较适宜,其中尤以履带式起重机应用最为广泛。

图6.3　起重机工作参数的选择

对于重型厂房,因厂房的跨度和高度都大,构件尺寸和质量亦很大,设备安装往往要同结构安装平行进行,故以采用重型塔式起重机或纤缆式桅杆起重机较为适宜。

(2)起重机型号的确定

起重机的型号应根据构件质量、构件安装高度和构件外形尺寸确定,使起重机的工作参数,即起重量、起重高度及回转半径足以适应结构安装的需要(图6.3)。以下主要讨论履带式起重机型号的选择。

①起重量

起重机的起重量必须满足下式要求：

②起重高度

起重机的起重高度必须满足所吊构件的高度要求(图6.3)：

h4——索具高度,自绑扎点至吊钩中心的距离,视具体情况而定,不小于1m。

③起重半径

起重机起重半径的确定可按以下3种情况考虑：

a.当起重机可以不受限制地开到构件安装位置附近安装时,对起重半径无要求,在计算起重量和起重高度后,便可查阅起重机起重性能表或性能曲线来选择起重机型号及起重臂长,并可查得在此起重量和起重高度下相应的起重半径,作为确定起重机开行路线及停机位置时参考；

b.当起重机不能直接开到构件安装位置附近去安装构件时,应根据起重量、起重高度和起重半径3个参数,查起重机起重性能表或性能曲线来选择起重机型号及起重臂长；

c.当起重机的起重臂需要跨过已安装好的结构去安装构件时(如跨过屋架或天窗架吊屋面板),为了避免超重臂与已安装结构相碰；或当所吊构件宽度大,为使构件不碰起重臂,均需要计算出起重机吊该构件的最小臂长及相应的起重半径。其计算方法如下(见图6.4)：

图6.4　数解法求最小起重臂长

为求得最小起重臂长,可对(6.3)式进行微分,并令dL/dα=0,即

将α值代入(6.3)式,可求得所需起重臂的最小长度。据此,可选出适当的起重臂长。然后由实际采用的L及α值,计算出起重半径R：

R=F+Lcosα　　　　　(6.5)

根据R和L查起重机性能表或性能曲线,复核起重量及起重高度,即可由R值确定起重机安装屋面板时的停机位置。

6.2.2　结构安装方法

单层工业厂房的结构安装方法有分件安装法和综合安装法两种。

1)分件安装法(又称大流水法)

分件安装法是起重机每开行一次只安装一种或几种构件。通常起重机分三次开行安装完单层工业厂房的全部构件(图6.5)。

这种安装法的一般顺序是：起重机第一次开行,安装完全部柱子并对柱子进行校正和最后固定；第二次开行,安装全部吊车梁、连系梁及柱间支撑等；第三次开行,按节间安装屋架、天窗架、屋盖支撑及屋面构件(如檩条、屋面板、天沟等)。

2)综合安装法(又称节间安装法)

综合安装法是起重机每移动一次就安装完一个节间内的全部构件。即先安装这一节间柱子,校正固定后立即安装该节间内的吊车梁、屋架及屋面构件,待安装完这一节间全部构件后,起重机移至下一节间进行安装(图6.6)。

图6.5　分件安装
1,2,3…为安装构件顺序

图6.6　综合安装
1,2,3…为安装顺序

6.2.3　起重机的开行路线及停机位置

起重机的开行路线与停机位置和起重机的性能、构件尺寸及质量、构件平面位置、构件的供应方式、安装方法等有关。

(1)安装柱子时,根据厂房跨度、柱的尺寸及质量、起重机性能等情况,可沿跨中开行或跨边开行(图6.7)

①若柱布置在跨内,起重机在跨内开行,每个停机位置可安1～4根柱。

当起重半径R≥L/2时,起重机沿跨中开行,每停机点可安装2根柱[图6.7(a)]；

当起重半径时,则可安装4根柱[图6.7(b)]；

当起重半径R＜L/2时,起重机沿跨边开行,每个停机位置可安装1根柱[图6.7(c)]；

当起重半径时,沿跨边开行,每个停机位置可安装2根柱[图6.7(d)]。

图6.7　起重机安装柱时的开行路线及停机位置

式中 R——起重机的起重半径,m；

L——厂房跨度,m；

b——柱的间距,m；

a——起重机开行路线至跨边的距离,m。

②若柱布置在跨外,起重机沿跨外开行,停机位置与沿跨内靠边开行相似。

(2)屋架扶直就位及屋盖系统安装时,起重机在跨内开行

图6.8所示为一单跨车间采用分件安装法起重机开行路线及停机位置图。起重机从A轴线进场,沿跨外开行安装A列柱,再沿B轴线跨内开行安装B列柱,然后再转到A轴线一侧扶直屋架并将其就位,再转到B轴线安装B列连系梁、吊车梁等,随后再转到A轴线安装A列连系梁、吊车梁等构件,最后再转到跨中安装屋盖系统。

图6.8　起重机开行路线及停机位置

当厂房为多跨并列且具有纵横跨时,可先安装各纵向跨,以保证起重机在各纵向跨安装时运输道路畅通。若有高低跨,则应先安高跨后安低跨,并向两边逐步展开安装作业。

6.2.4　构件平面布置与安装前构件的就位、堆放

1)构件的平面布置

(1)构件平面布置的要求

构件平面布置应尽可能满足以下要求：

①各跨构件宜布置在本跨内,如有困难可考虑布置在跨外且便于安装的地方；

②构件布置应满足其安装工艺要求,尽可能布置在起重机起重半径内；

③构件间应有一定距离(一般不小于1m),便于支模和浇筑混凝土,对重型构件应优先考虑,若为预应力构件尚应考虑抽管、穿筋的操作场所；

④各种构件的布置应力求占地最少,保证起重机及其他运输车辆运行道路的畅通,当起重机回转时不致与建筑物或构件相碰；

⑤构件布置时应注意安装时的朝向,避免空中调头,影响施工进度和安全；

⑥构件应布置在坚实的地基上,在新填土上布置构件时,应采取措施(如夯实、垫通长木板等)防止地基下沉,以免影响构件质量。

(2)柱的布置

柱的布置按安装方法的不同,有斜向布置和纵向布置两种。

①柱的斜向布置。若以旋转法起吊,按三点共弧布置(图6.9),其步骤如下：

首先确定起重机开行路线至柱基中心的距离a,随即,确定起重机的停机位置。以柱基中心M为圆心,安装该柱的起重半径R为半径画弧,与起重机开行路线相交于O点,该O点即为安装该柱的起重机停机位置。然后,以停机位置O为圆心,OM为半径画弧,在靠近柱基的弧上选点K作为柱脚中心的位置,再以K为圆心,以柱脚到吊点的距离为半径画弧,与OM为半径所画弧相交于S,连接KS得柱的中心线。据此画出预制位置图,标出柱顶、柱脚与柱到纵横轴线的距离A、B、C、D,作为支模依据。

布置柱时尚应注意牛腿的朝向。当柱布置在跨内,牛腿应朝向起重机；当柱布置在跨外,牛腿则应背向起重机。

由于受场地或柱子尺寸的限制,有时难以做到三点共弧,则可按两点共弧布置,其方法有以下两种(图6.10、图6.11)：

图6.9　柱斜向布置方式之一(三点共弧)　

图6.10　柱斜向布置方式之二(柱脚、柱基中心两点共弧)

②柱的纵向布置。当采用滑行法安装柱时,可纵向布置,预制柱的位置与厂房纵轴线相平行(图6.12)。

(3)屋架的布置

屋架一般在跨内平卧叠浇预制,每叠3～4榀,其布置方式有3种：正面斜向布置、正反斜向布置和正反纵向布置(图6.13)。因正面斜向布置使屋架扶直就位方便,故应优先选用该布置方式。

图6.11　柱斜向布置方式之三(吊点、柱基两点共弧)

图6.12　柱的纵向布置

图6.13　屋架预制时的布置方式

(4)吊车梁的布置

若吊车梁在现场预制,一般应靠近柱基础顺纵轴线或略作倾斜布置,亦可插在柱子之间预制。若具有运输条件,可另行在场外集中预制。

2)构件安装前的就位和堆放

由于柱在预制阶段已按安装阶段的就位要求布置,当柱的混凝土强度达到安装要求后,应先吊柱,以便空出场地布置其他构件,如屋面板、屋架、吊车梁等。

(1)屋架的就位

屋架在扶直后,应立即将其转移到吊装前的就位位置,屋架按就位位置的不同,可分为同侧就位和异侧就位(图6.14)。屋架的就位方式一般有两种：一种是斜向就位(图6.15),另一种是成组纵向就位(图6.16)。

图6.14　屋架就位示意图

图6.15　屋架的成组斜向就位位置(虚线表示屋架预制位置)

图6.16　屋架的成组纵向就位位置(虚线表示屋架预制位置)

(2)吊车梁、连系梁和屋面板的堆放

吊车梁、连系梁就位位置,一般在其安装位置的柱列附近,跨内跨外均可,有时对屋面板等小型构件可采用随运随吊,以免现场过于拥挤。梁式构件可叠放2～3层,屋面板的就位位置,可布置在跨内或跨外,根据起重机吊屋面板时所需要的起重半径,当屋面板跨内就位时,应退后3～4个节间沿柱边堆放；当跨外就位时,则应退1～2个节间靠柱边堆放。屋面板的叠放,一般为6～8层。

6.3　多层装配式结构安装

多层装配式框架结构施工的特点是：高度大、占地少、构件类型多、数量大,接头复杂,技术要求高。为此,应着重解决起重机械选择,构件的供应、现场平面布置以及结构安装方法等。

1)起重机械选择

起重机械选择主要根据工程特点(平面尺寸、高度、构件质量和大小等)、现场条件和现有机械设备等来确定。

目前,装配式框架结构安装常用的起重机械有自行式起重机(履带式、汽车式、轮胎式)和塔式起重机(轨道式、自升式)。一般5层以下的民用建筑或高度在18m以下的多层工业厂房及外形不规则的房屋,宜选用自行式起重机。10层以下或房屋总高度在25m以下,宽度在15m以内,构件质量在2～3t,一般可选用QT1—6型塔式起重机或具有相同性能的其他轻型塔式起重机。

2)起重机械布置

塔式起重机的布置主要应根据建筑物的平面形状、构件质量、起重机性能及施工现场环境条件等因素确定。通常塔式起重机布置在建筑物的外侧,有单侧布置和双侧(或环形)布置两种方案(图6.17)。

图6.17　塔式起重机跨外布置

(1)单侧布置

当建筑物宽度较小(15m左右),构件质量较轻(2t左右)时常采用单侧布置。其起重半径应满足：

该布置方案具有轨道长度较短,构件堆放场地较宽等特点。

(2)双侧布置

当建筑物宽度较大(b＞17m)或构件较重,单侧布置时起重力矩不能满足最远构件的安装要求,起重机可双侧布置,其起重半径应满足：

R≥b/2+a　　　　(6.7)

当场地狭窄,在建筑物外侧不可能布置起重机或建筑物宽度较大,构件较重,起重机布置在跨外其性能不能满足安装需要时,也可采用跨内布置,其布置方式有跨内单行布置和跨内环形布置两种(图6.18)。

图6.18　塔式起重机跨内布置

3)结构安装方法

多层装配式框架结构的安装方法,与单层厂房相似,亦分为分件安装法和综合安装法两种(图6.19)。

图6.19　多层装配式框架结构安装方法
A1,A2,A3—施工段；[1],[2],[3]—施工层(与楼层高度相同)

(1)分件安装法

分件安装法根据流水方式的不同,又可分为分层分段流水安装法和分层大流水安装法两种。

分层分段流水安装法[图6.19(a)]即是以一个楼层为一个施工层(若柱是两层一节,则以两个楼层为一个施工层),每一个施工层再划分为若干个施工段。起重机在每一段内按柱、梁、板的顺序分次进行安装,直至该段的构件全部安装完毕,再转向另一施工段。待一层构件全部安装完毕并最后固定后再安装上一层构件。

分层大流水安装法是每个施工层不再划分施工段,而按一个楼层组织各工序的流水,其临时固定支撑很多,只适用于面积不大的房屋安装工程。

分件安装法是装配式框架结构最常用的方法,其优点是：容易组织安装、校正、焊接、灌浆等工序的流水作业；便于安排构件的供应和现场布置工作；每次安装同类型构件,可减少起重机变幅和索具更换的次数,从而提高安装速度和效率,各工序的操作比较方便和安全。

(2)综合安装法

综合安装法是以一个柱网(节间)或若干个柱网(节间)为一个施工段,以房屋的全高为一个施工层来组织各工序的流水。起重机把一个施工段的构件安装至房屋的全高,然后转移到下一个施工段[图6.19(b)]。

4)构件的平面布置

装配式框架结构除有些较重、较长的柱需在现场就地预制外,其他构件大多在工厂集中预制后运往施工现场安装。因此,构件平面布置主要是解决柱的现场预制位置和工厂预制构件运到现场后的堆放。

构件平面布置是多层装配式框架结构安装的重要环节之一,其合理与否,将对安装效率产生直接影响。其原则是：

①尽可能布置在起重机服务半径内,避免二次搬运；

②重型构件靠近起重机布置,中小型构件则布置在重型构件的外侧；

③构件布置地点应与安装就位的布置相配合,尽量减少安装时起重机的移动和变幅；

④构件叠层预制时,应满足安装顺序要求；先安装的底层构件预制在上面,后安装的上层构件预制在下面。

柱为现场预制的主要构件,布置时应首先考虑。根据与塔式起重机轨道的相对位置的不同,其布置方式可分为平行、倾斜和垂直3种(图6.20)。平行布置为常用方案,柱可叠浇,几层柱可通长预制,能减少柱接头的偏差。倾斜布置可用旋转法起吊,适宜于较长的柱。垂直布置适合起重机跨中开行,柱的吊点在起重机的起重半径内。

图6.20　使用塔式起重机安装柱的布置方案

6.4　钢结构安装

钢结构房屋施工设计主要包括工程概况简介、施工方案设计、施工进度计划编制、施工平面图设计等内容。本节将重点介绍钢结构单层工业厂房安装、高层钢结构安装、钢网架结构安装等内容。

6.4.1　工程概况

1)工程建设概况

工程建设概况主要介绍拟建工程的业主、设计单位、施工单位、监理单位；工程名称、性质、用途、作用；资金来源及工程投资额、开竣工日期、图纸情况；施工合同、主管部门有关文件或要求；组织施工的指导思想等。并拟附主要分部分项工程量一览表。

2)工程施工概况

(1)建筑设计特点

主要应包括拟建钢结构工程的建筑面积、层数、高度、平面形状和平面组合情况及室内外装修情况,并附平、立、剖面简图。

(2)结构设计特点

主要应包括钢柱、钢梁、压延型钢板、钢屋盖等构件的类型及主要截面形式,主要构件的安装位置等。

(3)建设地点特征

主要应包括拟建钢结构工程的位置、工程地质和水文地质条件、气温、冬雨季施工起止时间、主导风向及风力等。

(4)施工条件

主要应包括“三通一平”情况、现场临时设施及环境情况、交通运输条件、钢构件制作及供应情况、钢结构安装公司机械设备和施工队伍情况、劳动组织形式和内部承包方式等。

3)工程施工特点

简要指出钢结构工程的安装施工特点及施工中的构件吊装、连接、校正等关键问题,以便正确选择施工方案、组织资源供应、技术力量配备及施工准备上采取有效措施,保证施工的顺利进行。

6.4.2　施工进度计划编制及施工平面图设计

施工进度计划编制及施工平面图设计参见本书后续有关内容。

6.4.3　施工方案设计

钢结构安装施工方案设计主要包括选择吊装机械、确定流水程序、确定构件吊装方法、规划钢构件堆场、确定质量标准及安全措施和特殊施工技术等。

1)钢结构单层工业厂房安装

钢结构单层工业厂房安装主要包括钢构件堆放场、钢结构吊装准备、钢结构吊装等内容。

(1)钢结构堆放场

钢结构构件通常在专门的构件加工厂制作,然后运抵施工现场按设计要求经组装后进行吊装。为适应钢结构进场堆放、检验、油漆、组装和配套供应,对规模较大的工程需设立钢结构堆放场。

钢结构运抵堆放场,经过检验后分类配套按堆垛堆放。堆垛高度一般不大于2m,以保证安全。堆垛之间需留有通道,一般宽度为2m。柱子应放在木垫板上,并分层堆放,木垫板的位置和间距以保证不产生过大的变形为原则,桁架和桁架梁多斜靠立柱堆放,立柱间为2～3m。钢结构堆放场需临近铁路或公路设置,通常需配备必要的装卸机械,如门架式起重机、塔式起重机、汽车式起重机和轮胎式起重机等。此外,还必须保证水、电、压缩空气的供应。若要在堆放场内进行部分组装,则需设置拼装台。

(2)钢结构吊装准备

①选择吊装机械。选择吊装机械是钢结构吊装的关键。选择吊装机械的前提条件是：必须满足钢构件的吊装要求；机械必须确保供应；必须保证确定的工期。单层工业厂房面积大,宜用移动式起重机,对重型钢结构厂房,也可采用起质量大的履带式起重机。

②确定流水程序及吊装顺序。确定吊装流水程序主要应考虑每台吊装机械的工作内容和各台吊装机械之间的相互配合。其内容深度,要达到关键构件反映到单件,竖向构件反映到柱列,屋面部分反映到节间。因重型钢结构厂房的柱子质量大,一般情况下应分节吊装。确定钢结构吊装顺序的一般原则是：符合施工工艺程序的要求；要与结构吊装方法及施工机械协调一致；满足施工组织、质量、安全的要求；考虑气候条件的影响。

③基础准备和钢构件检验。基础准备包括轴线误差量测、基础支承面的准备、支承面和支座表面标高与水平度的检验、地脚螺栓位置和伸出支承面长度的量测等。柱子基础轴线和标高的正确与否是保证钢结构安装质量的关键,应根据基础验收资料复核各项数据,并标注在基础表面上。基础支承面的准备有两种做法：一种是基础一次浇筑到设计标高,即基础表面先浇到设计标高以下20～30mm处,然后在设计标高处设角钢或槽钢制导架,测定其标高,再以导架为依据用水泥砂浆仔细铺筑支座表面；另一种是基础预留标高,安装时做足,即基础表面先浇筑至距设计标高50～60mm处,柱子吊装时,在基础面上放置钢垫板以调整标高,待柱子吊装就位后,再在钢柱脚底板下浇筑细石混凝土。

④钢桁架吊装稳定性验算。吊装桁架时,若上、下弦角钢的最小规格能满足表6.1的规格,则不论绑扎点位于桁架上的何处,桁架在吊装过程中均能保持稳定。

表6.1　保证桁架吊装稳定性的弦杆最小规格

注：分数形式表示弦杆为不同的断面。

吊装桁架时,若上、下弦角钢的最小规格不能满足表6.1的规格,则应进行稳定性验算。

当弦杆的断面沿高度方向无变化时,其吊装稳定性可按下式验算：

当弦杆的断面沿高度方向有变化时,其吊装稳定性可按下式验算：

若上述条件均不能满足,桁架在吊装之前需要进行加固。加固的方法是根据弦杆的受力情况将原木绑于弦杆上,使原木和弦杆同时受力,其吊装稳定性可按下式验算：

qφ·A≤I1+I2/2　(6.10)

qφ·A≤φ1I1+I2/2　(6.11)

式中 I2——原木的惯性矩,cm4。其他符号同前。

(3)钢结构吊装

钢结构单层工业厂房主要由柱、吊车梁、桁架、天窗架、檩条、支撑及墙架等构件组成,其形式、尺寸、质量、安装标高各不相同,因此所采用的起重设备、吊装方法等亦应随之而变化,以满足工程技术及经济需要。

①钢柱吊装与校正

钢柱的吊装方法与装配式钢筋混凝土柱子相似,亦有旋转法和滑行法两种吊装方法,根据柱子质量情况,可选择单机起吊或双机抬吊。

钢柱经过初校,待垂直度偏差控制在20mm以内方可使起重机脱钩。钢柱的垂直度用经纬仪检验,如有偏差,用千斤顶进行校正(图6.21),在校正过程中,随时观察柱底部和标高控制块之间是否脱空,以防校正过程中造成水平标高的误差。对于重型钢柱还可用螺旋千斤顶加链条套环托座(图6.22),沿水平方向顶校钢柱,为防止钢柱校正后的位移,需在柱四边用10mm厚的钢板定位,并及时采用电焊固定。待钢柱复校后,再紧固锚固螺栓,并将承重块上下点焊固定,防止走动。

图6.21　钢柱垂直度校正及承重块布置
1—钢柱；2—承重块；3—千斤顶；4—钢托座；5—标高控制块
1—螺旋千斤顶；2—链条；3—千斤顶托座

图6.22　钢柱位置校正
1—螺旋千斤顶；2—链条；3—千斤顶托座

②吊车梁吊装与校正

钢吊车梁均为简支梁,两端之间留有10mm左右的空隙。梁的搁置处与牛腿面之间留有空隙,设置钢板。梁与牛腿用螺栓连接,梁与制动架之间用高强度螺栓连接。

用于吊装钢吊车梁的吊装机械主要有履带式起重机、塔式起重机、桅杆式起重机等,其中以履带式起重机应用最为广泛。对重型吊车梁可采用双机抬吊。

钢吊车梁的校正主要包括标高、垂直度、轴线和跨距等。标高的校正可在屋盖吊装前进行,其他项目的校正宜在屋盖吊装完成后进行。吊车梁标高的校正,可用千斤顶或起重机等设备；轴线和跨距的校正可用撬棍、钢楔、花篮螺丝、千斤顶等设备。吊车梁跨距的检验,一般用钢皮尺量测,跨度大的厂房用弹簧秤拉测(拉力一般为100～200N),以防止下垂。

吊车梁轴距的检验以跨距为准,通常是在吊车梁上面沿车间长度方向拉通钢丝,再用垂球检验各根吊车梁的轴线。亦可用经纬仪在柱子侧面放一根与吊车梁轴线的校正基线,作为校正吊车梁轴线的依据。

③钢桁架的吊装与校正

钢桁架可用自行杆式起重机、塔式起重机和桅杆式起重机等进行吊装。由于桁架尺寸和质量均较大,为保持其在吊装过程中的稳定性或避免在空中与其他构件相碰撞,需在桁架的适当节点处绑扎绳索,随吊随放松。此外,因钢桁架的侧向稳定性较差,常采用地面组合吊装法或空中单元组装法进行安装作业。地面组合吊装法既是在地面上将两榀桁架及其上的天窗架、檩条、支撑等拼装成整体后,一次进行吊装。空中单元组装法即是当所有柱均吊装完毕后,先在厂房的适当位置处搭设胎架,然后在胎架上将工厂制作的钢桁架拼装单元进行组拼,待一个屋盖节间的所有构件组装完成后,方可利用动力设备将屋盖节间整体平移到设计位置固定。

钢桁架临时固定可采用临时螺栓和冲钉,钢桁架的最后固定通常采用焊接连接和高强螺栓连接,若焊接宜用对称焊。

钢桁架的检验校正项目主要是垂直度和弦杆正直度。钢桁架的垂直度可用挂线锤球检验,而弦杆正直度则可用拉紧的测绳进行检验。

2)高层钢结构安装

(1)结构安装前的准备工作

高层钢结构安装前的准备工作主要有：编制施工方案,拟订技术措施,构件检查,安排施工设备、工具、材料,组织安装力量等。

①制订钢结构安装方案

在制订钢结构安装方案时,主要应根据建筑物的平面形状、高度、单个构件的质量、施工现场条件等来确定安装方法、流水段的划分、起重机械等。

高层钢结构安装的平面流水段划分应考虑钢结构在安装过程中的对称性和整体稳定性。其安装顺序一般应由中央向四周扩展,以利焊接误差的减少和消除(图6.23)。立面流水以一节钢柱(各节所含层数不一)为单元,每个单元以主梁或钢支撑、带状桁架安装成框架为原则；其次是次梁、楼板及非结构构件的安装(图6.24)。

高层钢结构安装皆用塔式起重机,要求塔式起重机有足够的起重能力和起重幅度及起重高度；所用钢丝绳长度要满足起吊高度要求；其起吊速度应能满足安装要求。在多机作业时,臂杆要有足够的高差且塔机之间应保持足够的安全距离,以保证施工安全。

②高层钢结构构件质量检查

高层钢结构构件数量多,制作精度要求高,因此,在构件制作时,安装单位应派人参加构件制作过程及成品的质量检查工作；构件成品出厂时,各项检验数据应交安装单位,作为采取相应技术措施的依据。其内容包括：施工图中设计变更修改部位；材质证明和试验报告；构件检查记录；合格证书；高强螺栓磨擦系数试验；焊接无损伤检查记录及试组装记录等技术文件。

高层钢结构的柱、主梁和支撑等主要构件,在中转库进行质量复检。其复检的主要内容是：

a.构件尺寸与外观检查。根据施工图,测量构件长度、宽度、高度、层高、坡口位置与角度、节点位置,高强螺栓或铆钉的开孔位置、间距、孔数等,应以轴线为基准一次检查符合验收标准。外观检查内容为：构件弯曲、变形、扭曲和碰伤等。

b.构件加工精度的检查。切割面的位置、角度及粗糙度、毛刺、变形及缺陷；弯曲构件的弧度和高强螺栓磨擦面等。

图6.23　某钢结构安装平面流水段划分

c.焊缝的外观检查和无损探伤检查。当焊缝有未焊透、漏焊和超标准的夹渣、气孔等缺陷,必须待清除缺陷后重焊；对焊缝尺寸不足、间断、弧坑、咬边等缺陷应补焊,补焊焊条直径一般不宜大于4mm；焊缝中出现裂缝时,应分析原因后再采取适当措施予以处理。

对于全部熔透焊缝的超声波探伤,抽检为30%。若不合格,应再加倍检查；仍不合格时,则需全数检查。超声波探伤应在焊缝外观检查合格,并对超声波探伤部位修磨后方可进行。

③钢构件的运输和现场堆放

钢构件的运输可采用公路、铁路或海(河)运等方式,运输工具的选用需考虑钢构件的尺寸、质量、桥涵、隧道的净空尺寸等因素。钢构件一般宜采用平运,其吊点位置应合理选择。钢构件的运输过程中的支垫应受力合理且牢固,多层叠放时,应保证支垫在同一垂线上。

钢构件按照安装流水顺序由中转堆场配套运入现场堆放。其堆放场地应平整、坚实、排水良好；构件应分类型、单元、型号堆放,便于清点和预检。堆放构件应确保不变形,无损伤,稳定性好,一般梁、柱叠放不宜超过6块。在布置堆放场地时,应尽量考虑少占场地,一般情况下,结构安装用地面积宜为结构占地面积的1.5倍。

④钢柱基础准备

钢结构安装前应对建筑物的定位轴线、基础中心线和标高、地脚螺栓位置等进行检查,并应进行基础检测和办理交接验收。

定位轴线以控制柱为基准。待基础混凝土浇筑完毕后根据控制桩将定位轴线引测到柱基钢筋混凝土底板面上,随后预检定位线是否同原定位线重合、封闭,纵横定位轴线是否垂直、平行。

独立柱基的中心线应与定位轴线相重合,并以此为依据检查地脚螺栓的预埋位置。

在柱基中心表面和钢柱底面之间,应有安装间隙作为钢柱安装的标高调整。基准标高点一般设置在柱基底板的适当位置,作为整个高层钢结构工程施工阶段的标高依据。以基准标高点为依据,对钢柱柱基表面进行标高实测,将测得的标高偏差用平面图表示,作为临时支承标高块调整的依据。

⑤柱基地脚螺栓准备

柱基地脚螺栓的预埋方法主要有直埋法和套管法两种。

直埋法即是利用套板控制地脚螺栓间的距离,立固定支架控制地脚螺栓群不变形,在柱基底板绑扎钢筋时埋入并同钢筋连成一体,然后浇筑混凝土一次固定。此法产生的偏差较大且调整困难。

套管法是先按套管直径比地脚螺栓大2～3倍制作套管,并立固定架将柱基埋入浇筑的混凝土中,待柱基底板的定位轴线和柱中心线检查无误后,再在套管内插入螺栓,使其对准中心线,通过附件和焊接加以固定,最后在套管内注浆锚固螺栓。此法能保证地脚螺栓的施工质量,但费用较高。

⑥标高块设置

在钢柱吊装之前,应根据钢柱预检(实际长度、牛腿间距离、钢板底板平整度等)结果,在柱子基础表面浇筑标高块,以精确控制钢结构上部结构的标高。标高块采用无收缩砂浆并立模浇筑,其强度不宜小于30N/mm2,标高块表面须埋设厚度为16～20mm的钢面板。浇筑标高块之前应凿毛基础表面,以增强粘结。

(2)钢结构构件的安装

图6.24　一个立面安装流水段内的安装程序

钢结构安装时,先安装楼层的一节柱,随即安装主梁,迅速形成空间结构单元,并逐步扩大拼装单元。柱与柱,主梁与柱的接头处用临时螺栓连接；临时螺栓数量应根据安装过程所承受的荷载计算确定,并要求每个节点上临时螺栓不应少于安装孔总数的1/3且不少于2个,待校正结束后,再按设计所要求的连接方式进行连接。

①钢构件的起吊

高层钢结构柱,多以3～4层为一节,节与节之间用剖口焊连接。钢柱的吊点在吊耳处。根据钢柱的质量和起重机的起重量,钢柱的吊装可采用单机起吊或双机抬吊(图6.25)。

钢梁吊装时,一般在钢梁上冀缘处开孔作为吊点。对于重量轻的次梁和其他小梁,可采用多头吊索一次吊装若干根(图6.26)。有时为了减少高空作业,加快吊装速度,也采用将柱梁在地面组装成排架后进行整体吊装。

图6.25　钢柱吊装示意图
1—吊耳；2—垫木

图6.26　钢梁吊装示意图(单位：mm)

②钢构件的校正

a.柱的校正。柱的校正包括标高、轴线位移、垂直度等。钢柱就位后,其校正顺序是：先调整标高,再调整轴线位移,最后调整垂直度。柱要按规范要求进行校正,标准柱的垂直偏差应校正到零。当上下节柱发生扭转错位时,可在连接上下柱的耳板处加垫板予以调整。

高层钢结构安装中,建筑物的高度可以按相对标高控制,也可以按设计标高控制。采用相对标高安装时,不考虑焊缝收缩变形和荷载对柱的压缩变形,只考虑柱全长的累计偏差不大于分段制作允许偏差再加上荷载对柱的压缩变形值和柱焊接收缩值的总和。用设计标高控制安装时,每节柱的调整都要以地面第一节柱的柱底标高基准点进行柱标高的调整,要预留焊缝收缩量、荷载对柱的压缩量。同层柱顶标高偏差不超过5mm,否则需进行调整,多用低碳钢板垫到规定要求。如误差过大(大于20mm),不宜一次调整到位,可先调整一部分,待下次再调整,以免调整过大会影响支撑的安装和钢梁表面标高。

高层钢结构每节柱的定位轴线,一定要从地面的控制轴线直接引上来,标注在下节柱顶。作为下节柱顶的实际中心线。安装上节柱只需柱底对准下节钢柱的实际中心线即可。应特别注意,不得用下节柱的柱顶位置线作为上节柱的定位轴线。

高层钢结构柱垂直度校正直接影响到结构安装质量与安全,为了控制误差,通常应先确定标准柱。所谓标准柱即是能够控制框架平面轮廓的少数柱子,一般情况下多选择平面转角柱为标准柱。通常,取标准柱的柱基中心线为基准点,用激光经纬仪以基准点为依据对标准柱的垂直度进行观测(图6.27)。在安装观测时,为了纠正因钢结构振动产生的误差和仪器安置误差、机械误差等,激光仪每测一次转动90°,在目标上共测4个激光点,以这4个激光点的相交点为准量测安装误差。为使激光束通过,在激光仪上方的金属或混凝土楼板上皆需固定或埋设一个小钢管,激光仪设置在地下室底板的基准点上。

图6.27　钢柱顶的激光测量目标

其他柱子的误差量测不用激光经纬仪,而用丈量法,即以标准柱为依据,在角柱上沿柱子外侧拉设钢丝绳组成平面方格封闭状,用钢尺丈量距离,超过允许范围则需调整。

b.梁的校正。安装框架主梁时,要根据焊缝收缩量预留焊缝变形量。安装主梁时对柱子垂直度的监测,除监测安放主梁的柱子的两端垂直度变化外,还要监测相邻与主梁连接的各根柱子的垂直度变化情况,保证柱子除预留焊缝收缩值外,各项偏差均符合规范的规定。框架梁应注意梁面标高的校正,在测出梁两端标高误差后,偏差超过允许误差,可通过扩大端部装连接孔的方法予以校正。

③高层钢结构的焊接施工

a.焊接准备工作：

●检验焊条、垫板和引弧板：焊条必须符合设计要求的规格,应存放在仓库内并保持干燥。焊条的药皮如有剥落、变质、污垢、受潮生锈等均不准使用。垫板和引弧板均用低碳钢板制作,间隙过大的焊缝宜用紫铜板。垫板尺寸为：厚6～8mm,宽50mm；长度应与引弧板长度相适应。引弧板长50mm左右,引弧长30mm。

●焊接工具、设备、电源准备：焊机型号正确且工作正常,必要的工具应配备齐全,放在设备平台上的设备排列应符合安全规定,电源线路要合理且安全可靠,要装配稳压电源,事先放好设备平台,确保能焊接到所有部位。

●焊条预热：焊条使用前应在300～350℃的烘箱内焙烘1h,然后在100℃温度下恒温保存。焊接时从烘箱内取出焊条,放在具有120℃保温功能的手提式保温桶内带到焊接部位,随用随取,在4h内用完,超过4h则焊条必须重新焙烘,当天用不完者亦应重新烘焙,严禁使用湿焊条。焊条烘焙预热的温度和时间,应取决于焊条的种类,应根据工程实际情况确定。

图6.28　坡口允许误差

●焊缝剖口检查：柱与柱、柱与梁上下冀缘的剖口焊接,电焊前应对坡口组装的质量进行检查,若误差超过图6.28所示的允许范围,则应返修后再焊接。同时,焊前需对坡口进行清理,去除对焊接有妨碍的水分、油污、锈等。

●气象条件：气象条件对焊接质量有较大影响。原则上雨雪天气应停止焊接作业(除非采取相应措施),当风速超过10m/s时,不准焊接,若有防雨雪及挡风措施,确认可保证焊接质量,亦可进行焊接。在-10℃气温条件下,焊缝应采取保温措施并延长降温时间。

b.焊接顺序。高层钢结构焊接顺序的正确与否,对焊接质量关系重大。一般情况下应从中心向四周扩展,采用结构对称、节点对称的焊接顺序(图6.29)。一节柱(三层)的竖向焊接顺序是：

●上层主梁→压型钢板支托→压型钢板点焊；

●下层主梁→压型钢板支托→压型钢板点焊；

●中层主梁→压型钢板支托→压型钢板点焊；

●上柱与下柱焊接。

图6.29　高层钢结构的焊接顺序

c.焊接工艺：

●预热：由于焊接时局部的激热速冷在焊接区可能产生裂缝,预热可以减缓焊接区的激热和速冷,避免产生裂纹。对约束力大的接头,预热后可减小收缩应力。预热还可排除焊接区的水分和湿气,从而避免产生氢气。

●焊接：柱与柱的接头焊接,应由两名焊工在相对两面等温、等速对称施焊。加引弧板时,先焊第一个两相对面,焊层不宜超过4层,然后切除引弧板,清理焊缝表面,再焊第二个两相对面,焊层可达8层,再换焊第一个两相对面,如此循环直至焊满整个焊缝。不加引弧板焊接时,一个焊工可焊两面,也可以两个焊工从左向右逆时针方向转圈焊接。

梁与柱的接头焊缝,一种方法是：先焊H型钢的下冀缘板,再焊上冀缘板,梁的两端应先焊一端,待其冷却至常温后再焊另一端。另一种方法是：先焊上翼缘,下翼缘上端先焊一端板厚的1/2,待另一端满焊后,再焊完余下部分。梁柱接头焊接时,必须在焊缝的两端头加引弧板。

d.焊缝质量检验。钢结构焊缝质量检验分3级：1级检验的要求是全部焊缝进行外观检查和超声波检查,焊缝长度的2%进行X射线检查,并至少应有一张底片；2级检验的要求是全部焊缝进行外观检查,并有50%的焊缝长度进行超声波检查；3级检验的要求是全部焊缝进行外观检查。钢结构高层建筑的焊缝质量检验,属于2级检验。应按2级焊缝的质量标准进行检查。

④高层钢结构的高强螺栓连接施工

a.高强螺栓连接副：高强螺栓连接副有扭矩型和扭剪型两类,由螺栓杆、螺母和垫圈组成(图6.30)。

扭矩型高强螺栓连接副由一个螺栓杆、一个螺母和两个垫圈组成。用定扭矩扳手进行初拧和终拧。扭剪型高强螺栓连接副由一个螺栓杆、一个螺母和一个垫圈组成。用定扭矩扳手初拧,用扭剪型高强螺栓扳手终拧。

图6.30　高强螺栓连接
1—螺栓；2—垫圈；3—螺母

b.高强螺栓连接的施工：

●一般要求：高强螺栓使用前,应按有关规定对高强螺栓的各项性能进行检验。运输过程中应防止损坏。螺栓有污染等异常现象,应用煤油清洗,并按高强螺栓验收规程进行复验,经复验扭矩系数合格后方能使用。高强螺栓应放在干燥、通风、避雨、防潮的仓库内,并不得污损。安装时,应按当天需用量领取,当天没用完的螺栓,必须装回容器内加以妥善保管。安装高强螺栓时,接头摩擦面上不允许有毛刺、铁屑、油污、焊接飞溅物,磨擦面应干燥,无结露、积霜、积雪,并不得在雨天进行安装。使用定扭矩扳手紧固高强螺栓时,应扳前对其进行校核,合格后方能使用。

●高强螺栓的安装顺序：一个接头上的高强螺栓,应从螺栓群中部开始安装,逐个拧紧。大型节点的拧紧应分为初拧、复拧、终拧。初拧扭矩为施工扭矩的50%左右,复拧扭矩等于初拧扭矩,终拧扭矩等于施工扭矩,施工扭矩按下式计算：

表6.2　每一个高强螺栓的设计预拉力p(kN)

当接头既有高强螺栓连接又有电焊连接时,是先紧固还是先焊接,应按设计要求规定的顺序进行。当设计无规定时,按先紧固后焊接的施工工艺顺序进行,即先终拧完高强螺栓再焊接焊缝。

高强螺栓应自由穿入螺栓孔内,当板层发生错孔时,应用铰刀扩孔修整,修整后孔的最大直径不得大于原孔径再加2mm；扩孔数量不得超过一个接头螺栓孔的1/3。严禁用气割进行高强螺栓孔的扩孔修整工作。

一个接头多颗高强螺栓穿入方向应一致,垫圈有倒角的一侧应朝向螺栓头和螺母,螺母有圆台的一面应朝向垫圈,螺母和垫圈不应装反。在槽钢、工字钢冀缘上安装高强螺栓时,其斜面应使用斜度相协调的斜垫圈。

●高强螺栓的紧固方法：高强螺栓的紧固是采用专门扳手拧紧螺母,使螺栓杆内产生要求的拉力。工程上,常用的大六角头高强螺栓一般用扭矩法和转角法拧紧。

扭矩法一般可用初拧和终拧两次拧紧。初拧扭矩用终拧扭矩的60%～80%,其目的是通过初拧,使接头各层钢板达到充分密贴,再用终拧扭矩将螺栓拧紧。若板层较厚或叠层较多,初拧后板层达不到充分密贴,还需增加复拧,复拧扭矩和初拧扭矩相同。

转角法也是以初拧和终拧两次进行。初拧用定扭矩扳手以终拧扭矩的30%～50%进行,使接头各层钢板达到充分密贴,再在螺母和螺栓杆上面通过圆心画一条直线,然后用扭矩扳手转动螺母一个角度,使螺栓达到终拧要求。转动角度的大小在施工前由试验确定。转角法拧紧高强螺栓,初拧用扭矩法,终拧用转角法。因转角法拧紧高强螺栓时,其轴力的离散性很大,目前已很少采用转角法紧固高强螺栓。

扭剪型高强螺栓紧固也分初拧和终拧两次进行。初拧用定扭矩扳手,以终拧扭矩的50%～80%进行,使接头各层钢板达到充分密贴,再用电动扭剪型扳手把梅花头拧掉,使螺栓杆达到设计所要求的轴力。

●高强螺栓连接的检查：对于大六角头高强螺栓,先用小锤(0.3～0.5kg)逐个敲检,如发现欠拧、漏拧,应及时补拧；超拧应更换。然后对每个节点螺栓数的10%(不少于1个)进行扭矩检查,即先在螺母与螺杆的相对应位置画一细直线,然后将螺母退回约30°～50°,再拧至原位并测定扭矩,该扭矩与检查扭矩的偏差应在检查扭矩的±10%以内。

扭剪型高强螺栓可采用目测法进行检查,即目测检查螺栓层部梅花头是否拧掉。

⑤高层钢结构安装的安全措施

a.高层钢结构安装时,应按规定在建筑物外侧搭设水平和垂直安全网。第一层水平安全网离地面5～10m,挑出网宽6m,先用粗绳大眼网作支承结构,上铺细绳小眼网。在钢结构安装工作面下设第二层水平安全网,挑出网宽3m。第一、二层水平安全网应随钢结构安装进度向上移动,即两者相差一节柱距离,网下层已安装好的钢结构的各层外侧,设置垂直安全网,并沿建筑物外侧封闭严密。同时,在建筑物内部的楼梯、各种洞口位置,均应设置水平防护网、防护挡板或防护栏杆。

b.凡是附在柱、梁上的爬梯、走道、操作平台、高空作业吊篮、临时脚手架等,应与钢构件连接牢靠。

c.操作人员需在水平钢梁上行走时,必须配戴安全带,安全带要挂在钢梁上设置的安全绳上,安全绳的立杆钢管必须与钢梁连接牢固。

d.高空操作人员携带的手动工具、螺栓、焊条等小件物品,必须放在工具袋内。

e.随着安装高度的增加,各类消防设施应及时上移,一般不得超过两个楼层。

f.各种用电设备要有接地装置,地线和电力用具的电阻不得大于4Ω。各种用电设备和电缆,要经常检查,以保证其绝缘性。进行电、气焊、柱钉焊等明火作业时,应配备专职人员值班。

g.风力大于5级、雨、雪和构件有积雪、结冰、积水时,应停止高空钢结构的安装作业。

3)钢网架结构安装

钢网架结构安装根据结构形式和施工条件的不同常采用高空散装法、分条或分块安装法、高空滑移法、整体吊装法、整体提升法、整体顶升法等。

(1)高空散装法

高空散装法即是将小拼单元或散件(单根杆件及单个节点)直接在设计位置进行总拼的方法,通常有全支架法和悬挑法两种。全支架法尤其适用于以螺栓连接为主的散件高空拼装。全支架法拼装网架时,支架顶部常用木板或其他脚手板满铺,作为操作平台,焊接时应注意防火。由于散件在高空拼装,无需大型垂直运输设备,但搭设大规模的拼装支架需耗用大量的材料。悬挑法则多用于小拼单元的高空拼装,或球面网壳三角形网格的拼装。悬挑法拼装网架时,需要预先制作好小拼单元,再用起重机将小拼单元吊至设计标高就位拼装。悬挑法拼装网架搭设支架少,节约架料,但要求悬挑部分有足够的刚度,以保证其几何尺寸的不变。

①吊装机械的选择与布置

吊装机械的选择,主要应根据结构特点、构件质量、安装标高以及现场施工与现有设备条件而定。高空拼装需要起重机操作灵活和运行方便,并是其起重幅度覆盖整个钢网架结构施工区域。工程上多选用塔式起重机,当选用多台塔式起重机,在布置时还应考虑其工作时的相互干扰。

②拼装顺序的确定

拼装时一般从脊线开始,或从中间向两边发展,以减少积累偏差和便于控制标高。其具体方案应根据建筑物的具体情况而定。图6.31所示是某工程的拼装顺序(大箭头表示总的拼装顺序,小箭头表示每榀钢桁架的拼装顺序),总的拼装顺序是从建筑物一端开始向另一端以两个三角形同时推进,待两个三角形相交后,即按人字形逐拼向前推进,最后在另一端的正中闭合。每榀屋架的拼装顺序,在开始的两个三角形部分由屋脊部分开始分别向两边拼装,两个三角形相交后,则由交点开始同时向两边拼装。

③标高及轴线的控制

图6.31　网架的拼装顺序

大型网架为多支承结构,支承结构的轴线和标高是否准确,影响网架的内力和支承反力。因此,支承网架的柱子的轴线和标高的偏差应小,在网架拼装前应予以复核(要排除阳光温差的影响)。拼装网架时,为保证其标高和各榀屋架轴线的准确,拼装前需预先放出标高控制线和各榀屋架轴线的辅助线。若网架为折线型起拱,则可以控制脊线标高为准；若网架为圆弧线起拱,则应逐个节点进行测量。在拼装过程中,应随时对标高和轴线进行测量并依次调整,使网架总拼装后纵横总长度偏差、支座中心偏移、相邻支座高差、最低最高支座差等指标均符合网架规程的要求。

④支架的拼装

网架高空散装法的支架应进行专门设计,对重要的或大型工程还应进行试压,以保证其使用的可靠性。首先要保证拼装支架的强度和刚度,以及单肢及整体稳定性要求。其次支架的沉降量要稳定,在网架拼装过程中应经常观察支架的变形情况,避免因拼装支架变形而影响网架的拼装精度,必要时可用千斤顶进行调整。

⑤支架的拆除

网架拼装完毕并进行全面检查后,拆除全部支顶网架的方木和千斤顶。考虑到支架拆除后网架中央沉降最多,故按中央、中间和边缘3个区分阶段按比例下降支架,即分6次下降,每次下降的数值3个区的比例是2∶1.5∶1。下降支架时要严格保证同步下降,避免由于个别支点受力而使这些支点处的网架杆件变形过大甚至破坏。

(2)分条或分块安装法

分条或分块安装法是指将网架分成条状或块状单元,分别由起重机吊装至高空设计位置就位搁置,然后再拼装成整体的安装方法。条状单元即是网架沿长跨方向分割为若干区段,而每个区段的宽度可以是1个网格至3个网格,其长度则为短跨的跨度。块状单元即是网架沿纵横方向分割后的单元形状为矩形或正方形。当采用条状单元吊装时,正放类网架通常在自重作用下自身能形成稳定体系,可不考虑加固措施,比较经济；而斜放类网架分成条状单元后需要大量的临时加固杆件,不太经济。当采用块状单元吊装时,斜放类网架则只需在单元周边加设临时杆件,加固杆件较少。

分条或分块安装法的特点是：大部分焊接拼装工作在地面进行,有利于提高工程质量；拼装支架耗用量极少；网架分单元的重量与现场起重设备相适应,有利于降低工程成本。

①网架单元划分

网架分条分块单元的划分,应以起重机的负荷能力和网架结构特点而定。其划分方法主要有下述几种：

a.网架单元相互紧靠,可将下弦双角钢分开在两个单元上。此法多用于正放四角锥网架(图6.32)。

图6.32　正放四角锥网架条状单元划分

b.网架单元相互紧靠,单元间上弦用剖分式安装节点连接。此法多用于斜放四角锥网架(图6.33)。

图6.33　斜放四角锥网架条状单元划分

c.单元之间空一节间,该节间在网架单元吊装后再在高空拼装,此法多用于两向正交正放等网架(图6.34)。

图6.34　两向正交正放网架条状单元划分
注：实线部分为条状单元,虚线部分为在高空后拼的杆件

②网架挠度的调整

网架条状单元在吊装就位过程中的受力状态为平面结构体系,而网架结构是空间结构体系,所以条状单元两端搁置在支座上后,其挠度值比网架设计挠度值要大。若网架跨度较大,相对高跨比小,或采用轻屋面,则条状单元两端搁置后的中央挠度往往超过形成整体后网架的挠度。因此,条状单元合拢前应先将其顶高,使中央挠度与网架形成整体后该处挠度相同。由于分条分块安装法多在中小跨度网架中应用,可用钢管作顶撑,在钢管下端设千斤顶,调整标高时将千斤顶顶高即可。如果在设计时考虑到分条安装的特点而加高了网架高度,则分条安装时就不需要调整挠度。

③网架尺寸控制

分条或分块网架单元尺寸必须准确,以保证高空总拼时节点吻合和减少偏差。一般可采用预拼装或套拼的办法进行尺寸控制。同时,还应尽量减少中间转运,如需运输,应用特制专用车辆,防止网架单元变形。

(3)高空滑移法

高空滑移法是指分条的网架单元在事先设置的滑轨上单条滑移到设计位置拼接成整体的安装方法。此条状单元可以在地面拼成后用起重机吊至支架上,亦可用小拼单元或散件在高空拼装平台上拼成条状单元。高空支架一般设在建筑物的一端。高空滑移法由于是在土建完成框架或圈梁后进行,网架的空中安装作业可与建筑物内部施工平行进行,缩短了工期；拼装支架只在局部搭设,节约了大量的支架架料；对牵引设备要求不高,通常只需卷扬机即可。高空滑移法适用于现场狭窄的地区施工；也适用于车间屋盖的更换、轧钢、机械等厂房设备基础、设备与屋面结构平行施工或开口施工方案等的跨越施工；体育馆、影剧院等建筑物的屋盖网架施工(图6.35)。

①挠度控制

图6.35　网架高空滑移施工的平面布置图
1—拼装用塔式起重机；2—拼装平台3—绞磨；4—滑轮；5—滑移轨道

当单条滑移时,施工挠度情况与分条安装法相同。当逐条积累滑移时,滑移过程中仍呈两端自由搁置的立体桁架。若网架设计未考虑施工工况,则在施工中应采取增加起拱高度、开口部分增设三层网架、在中间增设滑轨等措施。一般情况下应按施工工况(滑移和拼装阶段)进行网架挠度验算,其验算内容是：当跨度中间无支点时,杆件内力和跨中挠度值；当跨度中间有支座时,杆件内力、支点反力和挠度值。

②网架单元的滑移

网架单元拼装工作完成后,即可进行滑移。通常是在网架支座下设滚轮,使滚轮在滑动轨道上滑移(图6.36)；亦可在网架支座下设支座底板,使支座底板沿预埋在钢筋混凝土框架梁上的预埋钢板滑移(图6.37)。网架滑移可用卷扬机或手扳葫芦牵引。

图6.36　滑移轨道和滑移程序
1—拼装平台；2—杆件滚轮；3—网架；4—主滑动轨道；5—格构式钢柱；6—辅助滑动轨道

图6.37　钢板滑动支座
1—球节点；2—杆件；3—支座钢板；4—预埋钢板；5—钢筋混凝土框架梁

(4)整体安装法

整体安装法即是先将网架在地面上拼装成整体,然后用起重设备将其整体提升到设计标高位置并加以固定。该施工方法不需要高大的拼装支架,高空作业少,易保证焊接质量,但需要起重量大的起重设备,技术较复杂。因此,此法对球节点的钢管网架(尤其是三向网架等杆件较多的网架)较适宜。根据所用设备的不同,整体安装法又分为多机抬吊法、拔杆提升法、千斤顶提升法和千斤顶顶升法等。

①多机抬吊法

多机抬吊法即是先在地面上对网架进行错位拼装(即拼装位置与安装轴线错开一定距离,以避开柱子的位置),然后用多台起重机(多为履带式起重机或汽车式起重机)将拼装好的网架整体提升到柱顶以上,在空中对位后落于柱顶并加以最后固定。多机抬吊法适用于高度和质量都不大的中、小型网架结构。

a.网架的拼装。为防止网架整体提升时与柱子相碰,错开的距离取决于网架提升过程中网架与柱子或柱子牛腿之间的净距,一般不得小于10～15cm,同时要考虑网架拼装的方便和空中移位时起重机工作的方便。需要时可与设计单位协商,将网架的部分边缘杆件留待网架提升后再焊接,或变更部分影响网架提升的柱子牛腿(图6.38)。

钢网架在构件厂加工后,将单件拼成小单元的平面桁架或立体桁架运至工地,再在拼装位置将小单元桁架拼成整个网架。工地拼装可采用小钢柱或小砖墩(顶面做10cm厚的细石混凝土找平层)作为临时支柱。临时支柱的数量及位置,取决于小单元桁架的尺寸和受力特点。为保证拼装网架的稳定,每个立体桁架小单元下设4个临时支柱。此外,在框架轴线的支座处必须设临时支柱,待网架全部拼装和焊接之后,框架轴线以内的各个临时支柱先拆除,整个网架就支承在周边的临时支柱上。为便于焊接,框架轴线处的临时支柱高约80cm,其余临时支柱的高度按网架的起拱要求相应提高。

网架的尺寸应根据柱轴线量出(要预放焊接收缩量),标在临时支柱上。网架球形支座与钢管的焊接,一般采用等强度对接焊,为保证安全,在对焊处增焊6～8mm的贴角焊缝。管壁厚度大于4mm的焊件,接口宜做成坡口。为使对接焊缝均匀和钢管长度稍可调整,应加用套管。拼装时先装上下弦杆,后装斜腹杆,待两榀桁架间的钢管全部放入并矫正后,再逐根焊接钢管。

图6.38　网架的地面拼装
1—平面桁架；2—连接平面桁架的钢管；3—砖墩；4—工厂拼成的立体桁架；5—现场拼装的构件；6—柱子

b.网架的吊装。中小型网架多用4台履带式起重机(或汽车式起重机、轮胎式起重机)抬吊,亦可用2台履带式起重机或1根拔杆吊装。

②拔杆提升法

拔杆提升法即是先在地面上错位拼装网架,然后用多根独脚拔杆将网架整体提升到柱顶以上,再空中移位,就位安装。此法多用于大型钢管球节点网架的安装。

a.网架空中移位。网架空中移位是利用每根拔杆两侧起重滑轮组中的水平力不等而使网架水平移动。网架提升时[图6.39(a)],每根拔杆两侧滑轮组夹角相等,上升速度一致,两侧滑轮组受力相等T1=T2,其水平分力亦相等H1=H2,此时网架以水平状态垂直上升。滑轮组内拉力及其水平力按下式求得：

网架在空中移位时[图6.39(b)],每根拔杆同一侧的滑轮组钢丝绳缓慢放松,而另一侧则不动。放松的钢丝绳因松弛而使拉力T2变小,这就形成钢丝绳内力的不平衡(T1＞T2),因而H1＞H2,也使网架失去平衡,使网架向H1所指方向移动,直至滑轮组钢丝绳不再放松又重新拉紧时为止,即此时又恢复了水平力相等(H1=H2),网架也就又恢复了平衡状态[图6.39(c)]。网架在空中移位时,拔杆两侧起重滑轮组受力不等,可按下式计算：

由于α1＞α2,所以T1＞T2。

网架在空中移位时,要求至少有2根以上的拔杆吊住网架,且其同一侧的起重机滑轮组不动,因此在网架空中移位时只平移而不倾斜。由于同一侧滑轮组不动,所以网架除平移外,还产生以O点为圆心,OA为半径的圆周运动,而使网架产生少量的下降。网架空中移位的方向,与拔杆的布置有关。[图6.39(d)]所示矩形网架,4根拔杆对称布置,拔杆的起重平面都平行于网架一边。因此,使网架产生位移的水平分力H亦平行于网架的一边,因而网架便产生平移运动。[图6.39(e)]所示圆形网架,用6根均布在圆周上的拔杆提升,拔杆的起重平面垂直于网架半径,因此,水平分力H是作用在圆周上的切向力,使网架产生绕圆心的旋转运动。

图6.39　拔杆提升法的空中移位
S—网架移位时下降距离；L—网架水平移位距离；α—网架旋转角度

b.起重设备的选择与布置。网架拔杆提升施工起重设备的选择与布置的主要工作包括：拔杆选择与吊点布置、缆风绳与地锚布置、起重滑轮组与吊点索具的穿法、卷扬机布置等。图6.40所示为某直径124.6m的钢网架用6根拔杆整体提升时的起重设备布置情况。

拔杆的选择取决于其所承受的荷载和吊点布置。网架安装时的计算荷载为：

网架吊点的布置不仅与吊装方案有关,还与提升时网架的受力性能有关。在网架提升过程中,不但某些杆件的内力可能会超过设计时的计算内力,而且对某些杆件还可能引起内力符号改变而使杆件失稳。因此,应经过网架吊装验算来确定吊点的数量和位置。当起重能力、吊装应力和网架刚度满足要求时,应尽量减少拔杆和吊点的数量。

图6.40　直径124.6m的钢网架用拔杆提升时的设备布置
1—柱子；2—钢网架；3—网架支座；4—提升后再焊的杆件；5—拼装用钢支柱；6—独脚拔杆；7—滑轮组；8—铁扁担；9—吊索；10—吊点；11—平缆风绳；12—斜缆风绳；13—地锚；14—起重卷扬机；15—起重钢丝绳(从网架边缘到拔杆底座一段未画出)；16—校正用卷扬机；17—校正用钢丝绳

缆风绳的布置,应使多根拔杆相互连成整体,以增加整体稳定性。每根拔杆至少要有6根缆风绳(有平缆风绳与斜缆风绳之分,用平缆风绳将几根拔杆连成整体),缆风绳要根据风荷载、吊重、拔杆偏斜、缆风绳初应力等荷载,按最不利情况组合后计算选择；地锚要可靠,缆风绳的地锚可合用,地锚也应计算确定。

卷扬机的规格,要根据起重钢丝绳的内力大小确定。为减少提升差异,尽量采用相同规格的卷扬机。起重用的卷扬机宜集中布置,以便于指挥和缩短电气线路。校正用的卷扬机宜分散布置,以便就位安装。

c.轴线控制。网架拼装支柱的位置,应根据已安装好的柱子的轴线精确量出,以消除基础制作与柱子安装时轴线误差的积累。柱子安装后如先灌浆固定,应选择阳光温差影响最小的时刻测量柱子的垂直偏差,绘出柱顶位移图,再结合网间的制作误差来分析网架支座轴线与柱顶轴线吻合的可能性和纠正措施。如柱子安装后暂时不灌浆固定,则网架提升前,将6根控制柱先校正灌浆固定,待网架吊上去对准6根控制柱的轴线后,其他柱顶轴线则根据网架支座轴线来校正,并先及时吊柱间梁,以增加柱子的稳定性,然后再将网架落位固定。

d.拔杆拆除。网架吊装工作完成后,拔杆宜用倒拆法拆除。即在网架上弦节点处挂两副起重滑轮组吊住拔杆,然后由最下一节开始逐节拆除拔杆。

③电动螺杆提升法

电动螺杆提升法是利用电动螺杆提升机,将在地面上拼装好的钢网架整体提升至设计标高,再就位固定。其优点是不需要大型吊装设备,施工简便。

电动螺杆提升机安装在支承网架的柱子上,提升网架时的全部荷载均由这些柱子承担,且只能进行垂直提升,设计时要考虑在两柱间设置托梁,网架的支点坐落在托梁上。网架拼装不需要错位,可在原位进行拼装。提升机设置的数量和位置,既要考虑吊点反力与提升机的提升能力相适应,又要考虑使各提升机的负荷大致相等,各边中间支座处较大,越往两端反力越小(图6.41)。网架提升过程中要特别重视结构的稳定性,结构设计要考虑施工工况,施工时还应有保证稳定的措施。通常,为设置提升机,在柱顶上设置短钢柱,短钢柱上设置钢横梁,提升机则安装在横梁跨度中间(图6.42)。提升机的螺杆下端连接吊杆,吊杆下端连接横吊梁,在横吊梁中部用钢销与网架支座钢球上的吊环相连。在上横梁上用螺杆吊住下横梁,用作拆卸吊杆时工人的操作。提升网架要注意同步控制,提升过程中要随时纠正提升差异。待网架提升到托梁以上时安装托梁,待托梁固定后网架即可下落就位。

图6.41　网架提升时吊点布置
(标○处为吊点位置)

图6.42　网架提升设备
1—提升机；2—上横梁；3—螺杆；4—下横梁；5—短钢柱；6—吊杆；7—接头；8—框架柱子；9—横吊梁；10—支座钢球

思考题

1.简述砖混结构房屋施工准备工作的主要内容。

2.如何进行砖混结构房屋材料运输方案的选择,砖混结构房屋材料运输方案有哪些?

3.使用塔式起重机进行材料运输和安装预制构件时,如何采取措施提高工作效率?

4.简述砖混结构主体工程的施工顺序。

5.砖混结构房屋施工时,如何进行施工层、施工段的划分?

6.简述单层工业厂房结构安装方案的主要内容。

7.单层工业厂房结构安装时如何选择起重机类型?

8.简述单层工业厂房结构安装起重机型号的确定方法。

9.单层工业厂房结构安装方法有哪几种?各有什么优缺点?

10.单层工业厂房结构安装时,如何确定起重机开行路线和停机位置?

11.单层工业厂房柱的布置方式有哪几种?各有什么要求和特点?

12.单层工业厂房屋架的就位方式有哪几种?各有什么要求和特点?

13.简述多层装配式框架结构施工的特点。

14.多层装配式框架结构施工时,如何选择起重机械?

15.多层装配式框架结构施工时,起重机械如何布置?

16.简述多层装配式框架结构构件平面布置的原则。

17.简述钢结构安装施工方案设计的主要内容。

18.简述高层钢结构安装前的主要准备工作内容。

19.简述高层钢结构柱校正的主要工作内容及顺序。

20.简述钢网架结构安装的常用方法和特点。