山顶受限空间复杂体型钢结构施工技术论文

摘 要 神光山兴宁塔钢结构工程虽然体量不算大，但施工条件狭窄，安装施工难度较大，通过合理安排施工流水，合理选择吊装设备，因地制宜设置合理的支撑体系，很好地解决了施工难点，提高了工作效率，使工程能够顺利安全地按期完工，取得了良好的施工效果，为类似受限空间复杂体型钢结构吊装施工积累了经验。 关键词 山顶；受限空间；钢结构；吊装拼接 1 工程概况

兴宁塔位于广东省梅州市兴宁市神光山山顶，塔身整体呈“宁”字形象，造型独特、美观、优雅。兴宁塔主体采用砼筒体+空间钢框架结构形式，主要结构跨度8m～22m，钢结构用钢量1736吨，栓钉用量64446套，楼承板面积4456㎡。

核心筒基础21.8m×21.8m，矩形焊接箱型钢柱口800×1000×7000×40mm，钢板材质Q345GJ-B高层结构钢，外挑组合钢柱共10根，钢柱重量960吨，箱型钢柱内部焊接M19×100栓钉，栓钉数量28800套，内部浇注混凝土。钢柱最大外挑23m、高度30.8m、变截面1m～7m。顶层圆形餐厅楼层直径47.2m×47.2m，圆管钢柱+圆环钢梁口600×300×30mm，钢梁用钢量686吨，钢梁与楼面连接焊接M19×100栓钉，栓钉数量35646套。旋转楼梯宽度2.2m、楼梯总重量120吨。 2 施工技术难点分析

兴宁塔造型新颖，塔身全部为箱形钢柱钢梁钢架结构，结构高，跨度大，单根钢梁、钢柱重量较大，外挑组合钢柱呈中心向上开花外翻出挑托起上部的碟形餐厅结构主体，体量较大，且采用全焊接连接，施工场地处于神光山山顶，三面临空，场地狭小，机械设备难以展开，给安装施工带来很大挑战。技术研究的重点解决的难点有如下几点：[1-2] 2.1 脚手架搭设

塔身进行吊装作业中为了保障施工时的安全、安装时四周搭设满堂红脚手架、墙面环形脚手架与核心筒相连增强脚手架的稳固性。由于施工场地位于神光山主峰顶，三面临坡，场地狭窄，上部塔身安装施工搭设满堂脚手架施工平台时需要架立在边坡上，需要对峰顶边坡进行处理，并采取可靠的拉结加固措施。 2.2 钢结构

塔身全部为箱形钢柱钢梁钢架结构，结构高，跨度大，单根钢梁、钢柱重量较大，长度长，现场起重设备的选择和布置制约条件多；钢柱外挑部分结构的安装过程中的结构稳定控制要求高；高空焊接接装作业对焊接变形控制难度大。

钢柱外挑部分的脚手架需要受力顶到钢柱的下翼缘板、钢柱安装到9.3m标高时，钢柱之间需要加临时支撑防止钢柱变形、轴线对称的钢柱用临时支撑链接加固。

钢柱对称的轴线需要用桁架连接起来、所有钢柱加斜撑和顶撑支护、18.6m标高弧形钢梁安装后全部连接到一起后，形成整体才可以拆除受力支撑及受力脚手架、最后安装钢柱变节箱型梁部分。

3 脚手架搭设技术措施 3.1 脚手架的基础处理

由于脚手架的架体主要是沿山坡搭设，部分边坡斜度达到90%以上，必须对边坡进行加固处理。

（1）修整边坡，清除杂草，表面抹砂浆固化；

（2）沿最外圈脚手架落地位置修整台阶，利用原有树桩或打入钢管，设置500*300基础梁； （3）钢管落地位置打入钢筋头，作为钢筋管的定位器。 3.2 脚手架安全措施

考虑到搭设位置位于山顶，基本风压系统数较大，整体脚手架搭设合围形成箍状。 在坡底利用原有树桩或打入边坡的钢管，作为连墙拉杆的受力点，加设连墙杆件。 在架体中部利用塔身加焊临时支撑钢架，用为脚手架连墙拉结受力点，加设连墙杆件和拉结钢丝绳。

架体外围取消尼龙密目式安全网，采用网眼钢丝网作为架体外围安全网。 4 钢结构安装技术

4.1 钢结构安装总体思路

钢柱采用Q345GJ-B40mm钢板焊接成箱型、下段柱口1000x800箱型截面弧度、分段后的重量约18吨一条、上段柱1000x7500弧形大截面箱形结构、分段后的重量约20吨一条、楼层采用钢管柱、钢柱重量约5吨。

钢梁主要截面为箱形弧形口600x300x30mm弧形钢箱梁，构件最大单重约18吨，采用260吨汽车吊安装。总用钢量1600多吨。现场满足起重设备吊装的构件均采用吊车吊装，剩余部分采用人工机具吊装。钢架结构构件安装顺序；钢柱安装-钢梁安装-圆管柱安装-屋面钢梁安装-楼承板安装。对称轴线在标高13.9m用钢绳拉紧，钢柱之间加撑顶紧，钢柱下方满堂红脚手架支撑只顶到钢柱下翼缘板。 4.2 钢结构运输与吊装方案

钢构件制作完毕后，考虑到不能及时运出或暂时不需安装，故需及时分类标识、分类堆放。堆放需考虑到安装运出顺序，先安装的构件应堆放在装车前排，避免装车时的翻动。钢构零配件及小型构件须分类打包捆扎，必要时进行装箱，箱体上应有明显标识。注明材质、形状、数量及生产日期。选择合理装卸机械，尽量避免构件在装卸时损伤，特别是要考虑该工程屋面板较长的情况。成品装车时尽量考虑构件的吊装方向，以免运抵工地重新翻转，装运构件时务使下面的构件不受上面构件重量的影响而发生下垂弯曲现象，故下面的构件应垫以足够数量的方木。

4.2 钢结构运输与吊装方案

钢构件制作完毕后，考虑到不能及时运出或暂时不需安装，故需及時分类标识、分类堆放。堆放需考虑到安装运出顺序，先安装的构件应堆放在装车前排，避免装车时的翻动。钢构零配件及小型构件须分类打包捆扎，必要时进行装箱，箱体上应有明显标识。注明材质、形状、数量及生产日期。选择合理装卸机械，尽量避免构件在装卸时损伤，特别是要考虑该工程屋面板较长的情况。成品装车时尽量考虑构件的吊装方向，以免运抵工地重新翻转，装运构件时务使下面的构件不受上面构件重量的影响而发生下垂弯曲现象，故下面的构件应垫以足够数量的方木。本工程钢箱梁分段划分出现如下特点：超长、超宽、件多（长度分段后≤9m、最宽7.5m）；相当部分单件重量约57吨。选用轮胎式运梁车（炮架车）运输，在充分考证运输过程中的过桥、限高、限宽等影响，缜密考虑和编制运输方案，对线路的选择应进行实地论证，并作好各种安全措施，大件的固定、大件运输警示标记、保障车辆等；大件运输应遵守政府有关职能部门的规定。 （1）前期准备工作

根据钢箱梁的实际情况，安排大型平板车汽车运输，选用载重量120吨的炮架车，当天晚上到钢结构加工厂装车，次日凌晨运到神光山工地现场，次日早上开始卸车。根据制作方提供的详细资料：如单件重量、构件号、运输先后次序、日期等，作运输可行性分析，对无法解决的问题及时反馈给制作方以便及时调整、修改计划，确保施工周期。选择好行车路线，行车路线确定后对有可能影响行驶安全的环节做好应变和应急方案和准备，以便迅速排除，保证行车畅顺；准备好专用吊具，索具和捆扎，固定用的钢索和紧不落等工具。 （2）运输过程控制

从工厂用平板车装载钢结构构件20吨/车，构件车运到神光山正门的山脚后、用150吨汽车

吊把平板车上的构件卸到宽敞的地方、然后用一辆10m的平板车（载重10吨）转运到神光山山顶。实地检查装载重心是否合适，捆扎固定是否牢固可靠，危险标志放置是否适当等，装好车后组织专人检查安全系数，如不符合要求，重新调整至最佳状态。 运输过程中每台车配一名有经验的起重工人跟车，负责在车辆转弯，通过狭窄路段或障碍物时下车指挥。每次运输前由当次指挥者向司机，起重工讲清楚每个分段外形尺寸，重量，行驶路线等，要求所有参与员工心中有数。 4.3 起重设选择与吊装方法 （1）吊车选择

结构（钢箱梁）单件重量约为60T（整体吊装），最大吊装高度为30m，因此根据最大吊装重量和吊装距离，故吊装选型为260T型汽车吊机1台，其最大吊重260T，主臂最大起升调式72m最大工作幅度66m。吊钢构件的工作半径为35m，该机具起重重量、起重高度、臂长等性能均能满足吊装施工要求。 根据型钢梁就位高度（钢梁底1m）、自身高度（7.5m）最后按照60度来考虑，吊点高度为30m。

（2）典型构件的现场拼装及安装

复测钢柱预埋段位置及标高安装好调平螺帽、并进行调整，使用150吨汽车吊安装分段后（首段钢柱5.5m）起重设备吊装。 矩形钢柱分为5段，在施工现场拼装焊接，根据分段图依次吊装就位，采用高空拼接的办法，在构件下方搭设满堂红脚手架平台，便于安装人员拼接焊接。

施工前，先使用经纬仪，并根据测量基准点对建筑物基础轴线进行复查，根据复查结果按施工要求对原轴线进行校正；再根据施工图的要求和测量基准点采用水准仪测量确定标高，安装标高水平钢板，点焊固定；在基础平面上划出钢梁定位十字中心线；使用吊车安装首段就位后，设置临时拉结与支撑，依次吊装其余各段，使用全站仪对已安装的构件和待拼装构件测量定位，随后焊接拼装，直至完成整个钢柱的安装。 4.4 焊接施工技术 （1）现场焊接顺序

为了不影响构件变形，保证施工进度和安全操作，采取时间和空间错开的方法，合理安排吊装和焊接，做到搭接施工。在构件安装时，采用临时支撑加以固定，接头处布置一定数量的定位板，防止在焊接过程中由于构件自重而引起的附加变形。

在现场焊接过程中，为减少焊接变形，确保焊接质量，实施时将整个塔盘分成2～3块施焊区，分片间隔施焊，每片同一根杆件就能先焊完一端后再焊另一端，两端不可同时施焊[3-4]。 （2）焊接要点

本工程主要构件截面多为箱形，拼接施焊时由2名焊工同时从两侧不同方向对称焊接，在焊接过程中采用多层多道焊法，并注意层间温度，防止层间温度过高。当焊缝过长时，采用分段跳焊法，2名焊工同步，减少变形，在焊接最后1层时需一次焊完，不得分段焊接，在桩转角处注意成型。

本工程还存在着大量结构与埋件的焊接工作量地，由于埋件与已浇筑的混凝土结构成一体，与上部钢结构焊接时刚性较大，焊接时易将埋件与同边混凝土拉裂，甚至焊缝还会出现裂缝。因此，施焊时采用应力较小的二氧化碳保护焊进行多层多道焊接，每条焊道宽7～12mm为宜，不宜过大以免产生较大的焊接应力，当焊缝间函索 大时，应事先对母材进行填补焊，达到焊缝设计要求后再进行施焊。 （3）焊接变形与应力控制

针对焊接接头焊接收缩引起的纵横方向的结构收编变形，施工现场对变形与应力的控制主要由以下2方面进行。

焊接变形控制：焊接方法优选，采用CO2气体保护焊，其能量密度相对较高，焊接变形也相应小一些；先焊中间再焊两边；先焊受力大的构件再焊受力小的构件；先焊受拉构件再焊受压构件；先焊焊缝少的部位再焊焊縫较多的构件；选焊趾部再焊根部。

焊接应力控制：采用合理的焊接坡口，减少焊接填充量；采用合理的焊接顺序，对称焊、分段焊；安装时不强行装配，致使产生初始装配应力；先焊收缩量较大的接头，后焊收缩量较小的接头，应在尽可能小的拘束度下焊接；正式焊接前进行焊接工艺试验，确定焊接收缩量地，进而对工程的焊接接头进行焊接余量预控；同一构件两端不得同时焊接；保证预热，对层间温度的有效控制，降低焊接接头的焊接残余应力；通过有效的工艺和焊接控制，防止或降低焊接接头的返修，避免焊接接头应力的增加。 5 结束语

神光山兴宁塔钢结构工程虽然体量不算大，但施工条件狭窄，安装施工难度较大，通过合理安排施工流水，合理选择吊装设备，因地制宜设置合理的支撑体系，很好地解决了施工难点，提高了工作效率，使工程能够顺利安全地按期完工，取得了良好的施工效果，为类似受限空间复杂体型钢结构吊装施工积累了经验。 参考文献

[1] 谷凯，聂延征.超大型异型钢结构的测量与校正[J].建筑施工，2010，（3）：240-242. [2] 马灿隆，陈坚荣.大型钢结构工程的高空焊接技术[J].焊接技术，2007，（5）：66-69. [3] 庄桂成，张成林，苏宁.南京青奥会议中心复杂钢结构安装技术[J].施工技术，2014，（14）：135-139.

[4] 殷伟.复杂体形的钢结构安装技术[J].建筑施工，2016，（7）：879-882.