大角度傾斜鋼骨結構安裝施工工法

《大角度傾斜鋼骨結構安裝施工工法》是陝西建工集團總公司、江蘇順通建設工程有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是李存良、李增福、劉金榮、薛治平、佘小頡；適用範圍是傾斜型鋼混凝土鋼骨結構的安裝施工。

《大角度傾斜鋼骨結構安裝施工工法》主要的工法特點是：通過計算機模擬仿真技術，用結構施工模擬分析及變形分析計算來指導施工；建立完善的三維空間施工測量控制體系；結構安裝時採用纜風繩、輕型型鋼臨時水平支撐系統；傾斜鋼骨結構安裝時其變形是動態、漸進、往復修正的過程。

2009年10月19日，《大角度傾斜鋼骨結構安裝施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2007-2008年度國家一級工法。

基本介紹

• 中文名：大角度傾斜鋼骨結構安裝施工工法
• 工法編號：GJYJGF026-2008
• 完成單位：陝西建工集團總公司、江蘇順通建設工程有限公司
• 主要完成人：李存良、李增福、劉金榮、薛治平、佘小頡
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家一級工法（2007-2008年度）

形成原因

型鋼混凝土傾斜鋼骨結構在施工過程中，由於重力荷載及施工荷載的作用，不僅可以引起結構豎向位移，還會產生結構水平位移。如果在施工過程中不進行一定位移調整，隨著結構建造高度的增加這種位移會逐步增大，在鋼結構安裝完成後，結構的實際位形與設計位形之間將存在較大的偏差（建築施工圖紙的幾何坐標信息簡稱為“設計位形”）。

法門寺合十舍利塔造型不規則，結構形式複雜，雙嚮往復傾斜36°，重力荷載在結構施工過程中會引起結構平面變形以及結構完工後位形控制等問題具有相當的技術難度。

陝西建工集團總公司組織科技攻關，形成了《法門寺合十舍利塔施工關鍵技術研究與套用》研究成果，其中型鋼混凝土傾斜鋼骨結構安裝是重要內容之一。以此成果為依據編制了《大角度傾斜鋼骨結構安裝施工工法》。

工法特點

《大角度傾斜鋼骨結構安裝施工工法》的工法特點是：

一、通過計算機模擬仿真技術，用結構施工模擬分析及變形分析計算來指導施工。

二、建立完善的三維空間施工測量控制體系，能精確測量所控制構件的安裝定位及成形鋼骨結構的監測。

三、利用傾斜鋼骨結構自身具有的結構剛度，結構安裝時採用纜風繩、輕型型鋼臨時水平支撐系統來增強傾斜鋼骨柱的抗側移能力，不採用整體支撐系統並保證結構安裝精度，降低工程成本。

四、傾斜鋼骨結構安裝時其變形是動態、漸進、往復修正的過程。

操作原理

適用範圍

《大角度傾斜鋼骨結構安裝施工工法》適用於傾斜型鋼混凝土鋼骨結構的安裝施工。

工藝原理

《大角度傾斜鋼骨結構安裝施工工法》的工藝原理敘述如下：

依據結構施工模擬分析及變形分析計算來確定傾斜鋼骨結構的構件安裝預調值與每一施工步完成後結構的變形情況。

根據利用空間三維坐標測量技術，指導構件安裝就位並監測成形結構的變形、結構拐點與結構關鍵部位的變形情況。

依據型鋼混凝土結構筒體結構的平面布置特點，鋼骨安裝過程中先安裝內筒直鋼骨柱、鋼樑、鋼支撐，使得直鋼骨柱與梁形成一定的剛度結構有較強的抵抗變形能力的結構體，以其為依託拓展安裝內筒傾斜鋼骨柱，繼而安裝外筒的構件。

施工工藝

• 工藝流程

《大角度傾斜鋼骨結構安裝施工工法》的工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

操作要點

《大角度傾斜鋼骨結構安裝施工工法》的操作要點如下：

一、施工準備

1.施工模擬及預變形分析

（1）結構施工過程仿真施工工況模擬分析。

（2）依據施工過程模擬分析結果，提出可供施工使用的傾斜結構的構件安裝預調值。

（3）對施工過程中結構的整體穩定性進行模擬分析驗算，發現鋼骨結構穩定性不足時，提出相應的加強措施並模擬分析加強後的結構。

2.建立施工測量三維控制網

建立獨立的建築三維坐標體系，以此為基準計算各控制點三維坐標和其他構件坐標。

（1）建立施工測量三維控制網

依據現場控制點作為一級平面控制點布設成為閉合環線，建立三維控制測量系統。

（2）確定鋼骨柱三維空間定位標識點。

柱的空間控制點的坐標由三向坐標（X，Y，Z）組成，即理論計算坐標十施工變形預調值。X=x+△x；Y=y+△y；Z=z+△z；x、y、z——為理論計算坐標；△x、△y、△z——為各向施工變形預調值。

3.合理結構安裝順序

結構安裝順序：先內筒後外筒，先直柱後斜柱，最後安裝筒體之間的構件。

二、安裝基準鋼骨柱、直鋼骨柱

1.基準柱安裝

（1）選取基準柱

根據筒體結構平面布置特點選取平面拐點處的直柱作為基準柱，利用基準柱來控制筒體內直鋼骨柱安裝。

（2）放線

放出該層所有鋼骨柱落位十字線；彈鋼骨柱柱底安裝對位線。

（3）貼雷射反光貼片

用雷射反光貼片精確標識基準柱柱頭定位控制坐標。

（4）安裝基準柱

基準柱柱底對位線與落位十字線三面對線就位後，上下節柱利用安裝連線板連線，安裝螺栓不予擰緊。拉結起吊前在基準柱四個方向設定四道纜風繩。利用全站儀觀測柱頂雷射反光貼片，讀出全站儀觀測數據以控制點計算坐標為標準調整鋼骨柱位形，安裝位形調整過程中保證上下節柱三面對線要精確，調整纜風繩使基準鋼骨柱到位，擰緊安裝螺栓。

焊接完畢後，地面全站儀對鋼骨柱的安裝位形進行複測，如有偏移在安裝鋼樑前調整到位。

2.安裝直鋼骨柱

直鋼骨柱安裝以基準鋼骨柱為基準逐個順次安裝鋼骨柱、鋼樑、鋼支撐。

三、安裝直鋼骨柱間鋼樑、鋼支撐

直鋼骨柱安裝完成後順次安裝直鋼骨柱間的鋼樑、鋼支撐，使鋼骨柱、鋼樑、鋼支撐形成牆體平面鋼骨架。安裝牆體平面鋼骨架之間的聯繫鋼樑，使得已安裝鋼骨形成具有一定結構剛度、相對穩定、具有較強抵抗變形能力的空間鋼骨架。

四、安裝內筒傾斜鋼骨柱

內筒傾斜鋼骨柱分為兩類：內傾斜鋼骨柱與外傾斜鋼骨柱。

1.內筒內傾斜鋼骨柱安裝

內筒傾斜鋼骨柱安裝時以已安裝成形的空間鋼骨架為依託拓展。先安裝在成形空間鋼骨架牆體平面內的內傾斜鋼骨柱及支撐該柱的直鋼骨柱及鋼樑，使得牆體內的內傾斜柱在牆體平面內具有很強的抗側移能力。

（1）已安裝成形的空間鋼骨架牆體平面內的內傾斜鋼骨柱安裝

起吊前在傾斜鋼骨柱柱頂拉兩道纜風繩來調整鋼骨柱安裝時產生的扭轉，傾斜鋼骨柱落位後拉結兩側纜風繩於已成形的鋼骨架上，利用全站儀觀測調整傾斜鋼骨柱頂的雷射反光貼片，按照施工變形預調值測控定位，調整纜風繩使鋼骨柱達到安裝位形。

下腹面有直鋼骨柱支撐的內傾斜鋼骨柱直接與直鋼骨柱焊接；下腹面有結構鋼樑支撐的內傾斜鋼骨柱在安裝後緊接著安裝結構梁，安裝結構梁時監測調整內傾斜鋼骨柱位形。

（2）已安裝成形的空間鋼骨架牆體平面外的內傾斜鋼骨柱安裝

此類內傾斜鋼骨柱在傾斜牆體平面內，平面外的抗側移能力較差，採用輕型型鋼臨時水平支撐系統支撐，來提高內傾斜鋼骨柱在平面外的抗側移能力。

2.內筒外傾斜鋼骨柱安裝

內筒外傾斜鋼骨柱安裝順序同內筒內傾斜鋼骨柱安裝順序、定位方法，不同的是內筒外傾斜柱安裝是採用纜風繩增強傾斜鋼骨柱的平面外抗側移能力。

內筒外傾斜鋼骨柱的纜風繩設定：鋼骨柱起吊前在柱頭設定3道纜風繩，鋼柱安裝過程中利用兩側纜風繩在傾斜鋼骨柱的扭轉，背側纜風繩拉在傾斜鋼骨柱的正背面來抵抗傾斜鋼骨柱的側移。

五、安裝內筒其他鋼樑、鋼支撐

內筒傾斜鋼骨柱安裝完成後測量複測已安裝結構、構件的位形，矯正結構、構件的安裝位形後安裝內筒其他鋼樑、鋼支撐。

六、安裝外筒傾斜鋼骨柱

外筒傾斜鋼骨柱定位方法同內筒傾斜鋼骨柱，不同的是外筒牆體整體傾斜，安裝過程中需選擇部分傾斜鋼骨柱利用纜風繩拉結方式抗傾斜鋼骨柱側移先安裝起來，緊接著安裝傾斜鋼骨柱之間的鋼樑、鋼支撐以形成牆體，然後再安裝輕型型鋼水平支撐系統。

輕型型鋼水平支撐系統使成形的外筒傾斜牆體和內筒鋼骨架連線形成一個相對穩定的鋼骨體系以此為依託來安裝外筒其他傾斜鋼構件。

七、安裝外筒其他鋼樑、鋼支撐

外筒傾斜鋼骨柱安裝完成後測量複測已安裝結構、構件的位形，矯正結構、構件的安裝位形後安裝外筒其他鋼樑、鋼支撐。

八、安裝筒體之間的構件

內外筒體構件安裝完成後，順次安裝筒體間內傾斜鋼骨柱、外傾斜鋼骨柱、鋼樑、鋼支撐，該層結構安裝完成。

• 勞動力組織

《大角度傾斜鋼骨結構安裝施工工法》的勞動力組織見表1，表中反映了型鋼混凝土傾斜鋼骨結構安裝一個簡體所需的勞動力配置。

表1 勞動力組織情況表

序號	工種	人數	備註
1	管理人員	5	項目管理，安全、質量、進度總體控制
2	技術人員	10	安全、質量、進度控制
3	電焊工	20	鋼構件的焊接
4	起重工	40	主體結構的吊裝、搬運
5	機械工	10	施工機械操作
6	測量工	5	測量、放線
7	架子工	20	操作平台搭、拆
8	普工	20	輔助工
╱	合計	130	╱

材料設備

一、施工材料

《大角度傾斜鋼骨結構安裝施工工法》所用的施工材料明細如下：

鋼結構採用Q345GJ-C鋼材，正火狀態交貨，所有結構板材應符合《高層建築結構用鋼板》GB/T 19879—2005的規定。

二、設備

採用《大角度傾斜鋼骨結構安裝施工工法》施工時，傾斜懸挑結構部分安裝使用的設備見表2。

表2 傾斜懸挑結構部分安裝使用的設備

序號	機械（設備）檢測儀器名稱	型號規格	數量	用途
1	吊裝機械	根據工程情況選取	1台	結構吊裝
2	吊裝機械	50噸	2台	卸車、構件就位、構件倒運
3	載重汽車	20噸	3台	構件運輸
4	二氧化碳氣保焊機	NBC-500	5台	結構焊接
5	電焊機	交流32千瓦	5台	結構焊接
6	超音波探傷儀	HS600B	1台	數字式
7	焊縫量規	╱	2把	檢測焊縫
8	測溫儀	╱	4把	測溫
9	全站儀	SET230R3	2台	測量控制
10	經緯儀	J2	2台
11	水準儀	DS1	2台
12	塔尺	1毫米	1把
13	塔尺	0.1毫米	1把
14	雷射垂準儀	DZJ2	2台

質量控制

《大角度傾斜鋼骨結構安裝施工工法》的質量控制要求如下：

一、工程質量控制標準

1.水準測量主要技術參數允許偏差按表3執行。

表3 水準測量主要技術參數允許偏差

等級	每千米中誤差	儀器型號	水準尺	觀測次數	閉合差（毫米）
三等	6毫米	DS1	因瓦尺	往返各一次

2.鋼構件安裝質量執行《鋼結構工程施工質量驗收規範》GB 50205中的有關規定。

3.焊接質量檢驗標準執行《鋼焊縫手工超音波探傷方法和探傷結果分級》GB 11345規定。檢驗結果必須符合《鋼結構工程施工質量驗收規範》GB 50205中的有關規定，檢驗等級為B級。

4.冬期嚴格按“低溫焊接工藝”施焊，焊縫質量符合《建築鋼結構焊接技術規程》JGJ 81規定。

二、質量保證措施

1.施工模擬及預變形分析

結合工程實際情況抓主要矛盾，正確的建立傾斜結構分析模型，保證構件生成順序、施加在結構上的各種荷載也要與施工過程保持一致。

2.傾斜鋼骨柱安裝標高控制

每節傾斜鋼骨柱通過調整墊塊的高度來控制柱頂標高。採取柱與柱之間結合處適當的加大、縮小間隙來調節。每一層傾斜鋼骨柱焊接完成後，均要用水準儀對柱頂標高測定，其標高誤差通過上節柱製作長度的調整來實現，減少標高誤差累積。

3.臨時輕型型鋼水平支撐系統與纜風繩設定

（1）臨時輕型型鋼水平支撐系統

根據結構特點設計安裝，要求構造簡單、用鋼量少、保證支撐傾斜鋼骨柱的抗側移能力、能夠反覆利用。

（2）纜風繩設定

根據傾斜鋼骨柱構件自身重量配置大小不同的纜風繩與手拉葫蘆。

（3）臨時輕型型鋼水平支撐系統與纜風繩的拆除

每層傾斜鋼骨柱安裝完成後，臨時輕型型鋼水平支撐系統與纜風繩不得拆除，待該層混凝土澆築後並達到設計強度後才可以拆除。

4.傾斜鋼骨柱安裝應力的減小措施

傾斜鋼骨柱在安裝位形調整過程中，調整位形、焊接定位結合起重機械吊鉤逐漸松鉤，儘量減少因起重機械和纜風繩及臨時輕型型鋼水平支撐系統在傾斜鋼骨柱安裝過程中對傾斜鋼骨柱產生的安裝應力。

5.焊縫質量控制

（1）制定符合工程實際可行的焊接工藝。

（2）傾斜鋼骨柱的焊接順序。

傾斜鋼骨柱焊接時首先焊接傾斜鋼骨柱的上腹面水平焊縫，然後對稱焊接傾斜鋼骨柱兩側焊縫，最後焊接傾斜鋼骨柱下腹面焊縫。

（3）焊接工作面做好防風工作，搭設防風棚。

（4）冬季低溫焊接做到焊前預熱、焊後消氫。

6.傾斜鋼骨柱安裝過程中的補強措施做好現場安裝測量控制工作，追蹤監測，發現問題及時反饋信息，及時處理，確保全裝質量。

安全措施

採用《大角度傾斜鋼骨結構安裝施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

一、傾斜鋼骨柱安裝過程中，根據結構的實際情況，操作平台設定、操作架的設定、外圍護的設定需要計算確定其結構形式，做到確保全全，便於操作。

二、鋼結構的操作架通常採用吊架、掛架、夾持型操作架等，用於施工的操作架必須經過計算設計才可以使用。

三、傾斜鋼骨柱安裝時，為了保證安裝人員的安全，防止構件的墜落，在傾斜鋼骨柱吊裝之前，起吊前在預吊裝的傾斜鋼骨柱之上安裝部分外圍護，待鋼骨柱安裝完畢，將兩個鋼骨柱之間的空隙用安全網補上，使外側形成一個封閉的圍護。

四、嚴格執行《建築施工高處作業安全技術規程》JGJ 80。

環保措施

《大角度傾斜鋼骨結構安裝施工工法》的環保措施如下：

一、項目部、施工隊成立環境保護小組，分工負責環境保護工作，各工班設義務環保員，項目經理是環保工作第一負責人。

二、嚴格執行《中華人民共和國環境保護法》和工程所在區城對環保的有關規定，嚴格執行契約中的環保條款，開工前對全體職工進行培訓，學習法律法規，增強全體施工人員的環保意識。

三、搞好環保調查，了解當地環保內容與要求，嚴格執行業主與環保部門簽訂的有關協定，制定專項環保管理制度，建立有效的環保檢查制度，層層落實環保措施，責任到人。

四、在編制實施專項施工方案時，應充分考慮環保問題對棄土場、排水、施工垃圾排放、揚塵等都應有具體可行措施，施工現場做到不亂放垃圾，確保施工場地整潔文明。

五、生活、生產廢水經收集、處理後合理排放。對生活生產常用燃料應妥善管理，嚴禁亂排放。

六、工程驗交前，應認真清場，處理好建築垃圾。

七、施工中採取有效的防範措施，保護施工現場環境，避免和減少由於施工方法不當引起的環境污染和破壞。

效益分析

《大角度傾斜鋼骨結構安裝施工工法》的效益分析如下：

型鋼混凝土結構傾斜鋼骨柱安裝採用傳統的施工方法，結構支撐體系占用有限的施工空間、影響其他工序進行、工期長，施工費用上都不經濟。結合結構特點，安裝過程中通過模擬計算分析，採取預調值控制傾斜鋼骨柱位形預調、安裝、測控、校正的方法安裝，不占用施工場地、不影響其他工序的進行、有效地縮短工期、降低施工費用。

套用實例

《大角度傾斜鋼骨結構安裝施工工法》的套用實例如下：

一、工程概況

法門寺合十舍利塔採用型鋼混凝土結構，主塔建築高度148米，混凝土塔身高127米，雙手合十的結構造型，在44~54米處向外傾斜36°，在74米處轉向內側傾斜36°，最後於109~117米標高處由四鋼桁架連線實現合攏。2007年5月開工，2008年1月8日鋼骨結構順利封頂，鋼骨結構總用鋼量包括地下部分共1.63萬噸。

圖2 法門寺合十舍利塔工程圖片

二、施工情況

設計為一年半的工期壓縮到8個月，工期緊，各道工序需進行垂直交叉作業，鋼構安裝和土建混凝土施工同步進行。

傾斜構件安裝，就位後的單根傾斜鋼骨柱和形成整體後的傾斜鋼骨結構在施工過程中自身穩定性較差，當混凝土澆築並達到設計強度，結構成為型鋼混凝土組合結構後有較強的穩定性。傾斜懸挑鋼骨結構安裝需要超前混凝土澆築20米（即兩層），傾斜懸挑鋼骨結構在施工過程中自身的穩定與預調定位是安裝的關鍵施工技術。

三、工程檢測與結果評價

對施工過程進行了全過程監控測量。主體結構施工過程中的構件安裝位形、焊接質量及主體結構施工完成後結構的整體位形都滿足設計要求。施工過程中無任何安全、質量事故。

四、經濟效益

該工程與傳統“外頂內撐”安裝法相比可節約成本2785.3萬元。

註：施工費用以2007-2008年施工材料價格計算

榮譽表彰

2009年10月19日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2009]162號”檔案發布《關於公布2007-2008年度國家級工法的通知》，《大角度傾斜鋼骨結構安裝施工工法》被評定為2007-2008年度國家一級工法。