- DOI：
10.13738/j.cnki.acc.qklw60536
- 专辑：
科学Ⅰ辑;信息科技
- 专题：
信息、科学;综合科技
- 分类号：
G90;N92
〔摘要〕随着城市现代化的步伐不断加快，各种别具匠心的超高层建筑不断涌现出来，外观上的与众不同也给结构施工带来了更大的挑战。为解决超高层结构板内缩形成的跃层区爬架附着问题，设计了一种焊接在超高层建筑钢管立柱上的水平钢梁，通过提前进行三维建模及设计复核，确保钢梁的安全性、稳定性，且满足爬架附墙件附着在钢梁上时钢梁的承载力达到要求，保证爬架的正常附着与爬升需求。使用后可将钢梁拆除回收，实现节材和降低施工成本。
〔关键词〕 异形钢梁、L型钢梁、T字型型钢、爬架附墙、钢板连接板、穿墙螺栓
1 工程概况
三七互娱广州总部大楼项目位于广州人工智能与数字经济试验区，建成后将作为三七互娱集团超甲级办公总部大楼。项目用地面积约6427平方米，地上 37 层、地下 4 层，建筑高度 172.5 米。该项目建筑设计新颖，建筑外围存在多处跃层区，13层跃层区为23.25m×16.7m的L型跃层，跃层层高为8.4m；22层为36.7m×29.15m的L型跃层，跃层层高为8.4m；37层南侧和东侧各有一处12m和24m跨度的跃层，层高为8.9m。
2 施工重难点
本项目建筑外围存在多处大跨度跃层区，如何在跃层区设置好合适的爬架附着装置，保证爬架正常安装爬升，是本项目的研究目标；
建筑大跨度跃层区多处结构板边缘距建筑外立面较远，传统悬挑钢梁附着装置不适用此项目，考虑在建筑外框钢柱间设置钢梁，用作爬架附着装置，针对钢柱间距较大，需使用长度长、厚度厚、截面大的钢梁，才能满足安装要求，如何吊装大钢梁及大钢梁如何稳定安装在钢柱上是施工重点；
建筑大跨度跃层区个别处覆盖建筑转角位置，转角位置无钢柱可作附着点，转角处L型钢梁如何保持安全稳定是施工难点；
项目部经研究后决定在外框钢柱间搭设大尺寸H型钢，通过高强螺栓+满焊的方式将H型钢固定在钢柱间，在H型钢转角处底部设计T字型型钢回顶结构，加强支撑效果，保证整个附着钢梁体系的安全稳定。主要研究内容如下：
（1）爬架附着钢梁设计方案
（2）爬架附着钢梁安全计算方法
（3）爬架附着钢梁的施工方法
（4）爬架附着钢梁使用过程中的安全保障措施
爬架附着钢梁设计 → 爬架附着钢梁安全验算 → 操作架体搭设 → 水平端部钢梁安装 → 水平主体钢梁吊装 → 钢梁连接与固定 → 转角处钢梁支撑加强 → 钢梁防腐与防火 → 爬架爬升 → 爬架附着钢梁拆除
4.1 爬架附着钢梁设计
一种超高层建筑跃层区用于爬架附着的钢梁装置，在爬架附墙装置提升到跃层区前，于跃层区钢管柱上安装好水平钢梁，待爬架附墙装置提升至跃层区时，将爬架附墙装置附着在水平钢梁上,为爬架的正常附着与爬升提供了保障。
钢梁选用Q355B型钢，截面尺寸为BH500*500*10*16，通过操作架在钢管柱上焊接端部钢梁，为主体钢梁提供连接和固定点，通过370mm（长）×180mm（宽）×10mm（厚）和420mm（长）×350mm（宽）×10mm（厚）钢板连接板及M20高强螺栓将主体钢梁与端部钢梁连接固定，再对钢板四周进行满焊加固。主体拐角处钢梁下端，在两根钢管柱之间再安装一根水平钢梁，水平钢梁与主体钢梁拐角处通过一根斜向钢梁连接，以此增加水平钢梁承载力，保证爬架附着时安全稳定。
爬架爬升到跃层区时，将爬架附墙支座通过8.8级穿墙螺栓打穿主体钢梁翼缘板，安装固定在主体钢梁上，爬架爬升脱离主体钢梁后，将主体钢梁拆卸回收。
4.2 爬架附着钢梁安全验算
1）钢梁吊装钢丝绳选用
钢梁单根2.9吨，2点吊装，吊索受力方向与水平方向夹角为45o最不利时予以计算复核。
F=2900kg×10N/kg=29KN；F1=(29KN/2)×1.1=15.95KN
此式中，钢丝绳为2根，塔吊起重系数为 1.1。
钢丝绳许用拉力[Fg]=15.95KN/SIN45=22.5KN
根据公式 [Fg]=aFg/K ；其中，[Fg]为刚丝绳的允许拉力
a 为换算系数。本工程使用适合于制作吊索、起重绑绳的钢丝绳。故取 a=0.8；
K 为钢丝绳安全系数。取 K=6；
Fg 为钢丝绳的钢丝破断拉力总和。
计算得出 Fg=[Fg] K/a=168.75KN
查表可得：
选用2根直径20mm的1570纤维芯钢丝绳，吊装钢梁构件。
根据《设备起重吊装工程便携手册》中卸扣经验计算公式：
Q=6d²
其中：Q为许用荷载（Kg），d为卸扣弯曲部分直径（mm），按此公式计算，吊装2.9t的构件时d=
=
=15.55mm（吊装时单根钢丝绳受力14.5KN，则Q应取值1450），查表应采用型号为4.5的卡环。（卡环技术规格(GB 559 )
3）钢梁承载力验算
爬架附着钢梁弯矩复核
4.3 操作架体搭设
在钢梁下方搭设1200×1200三排盘扣式操作架，步距1500mm，操作架与钢柱间加设钢管抱柱锁死，架体立面满铺灰色安全网，顶部设置较作业层高1500mm的拦腰横杠。
4.4 水平端部钢梁安装
由于爬架钢梁靠近塔吊，限位无法吊装，故利用塔吊将钢梁吊装至楼层板面，然后利用手拉葫芦进行吊装，吊装至相应位置后对标高及平面位置进行复核，核对无误后同钢柱进行焊接，焊接要求满焊，需保证过度平滑，与母材融合良好,落点弧坑要填满；如发现焊缝上出现气孔和开裂，一定要清除干净后进行重焊。
4.5 水平主体钢梁吊装
钢梁截面形式分为H型，钢梁单根最重约2.9t，提前钢梁上设置两个吊点，焊接好吊耳，同样用塔吊吊装至楼层板面，再使用手拉葫芦进行吊装，钢丝绳配合卡环同时使用。转角处钢梁为L型，吊装安装时需两侧使用吊环吊装、中间使用塔吊辅助吊装，保持水平钢梁安装时的稳定性。
钢梁就位时，及时在水平主体钢梁和水平端部钢梁间夹好钢板连接板，对孔洞有少许偏差的接头应用冲钉配合调整跨间距，然后用安装临时螺栓进行固定。临时螺栓数量按规范要求不得少于该节点螺栓总数的30%，且不得少于两个。扭剪型高强度螺栓安装时应注意方向：螺栓的垫圈安在螺母一侧，垫圈孔有倒角的一侧应和螺母接触。螺栓穿入方向以便利施工为准，每个节点应整齐一致。穿入高强度螺栓用扳手紧固后，再卸下临时螺栓，以高强度螺栓替换。全部螺栓安装完成后，对钢板连接板与钢梁之间进行满焊加固。采用根部手工焊打底、半自动焊中间填充、面层手工焊盖面的焊接方式，带衬板的焊件全部采用CO2气体保护半自动焊焊接。全部焊段尽可能保持连续施焊，避免多次熄弧、起弧。穿越安装连接板处工艺孔时必须尽可能将接头送过连接板中心，接头部位均应错开。
主体钢梁与段部钢梁连接
4.7 转角处钢梁支撑加强
转角角处水平主体钢梁下端位置，在两根钢管柱之间再安装一根水平承载钢梁，水平承载钢梁与主体钢梁拐角处通过一根斜向支撑钢梁连接，以此增加水平主体钢梁承载力，保证爬架附着时安全稳定。
转角处钢梁支撑加强
4.8 钢梁防腐与防火
经除锈后的钢材表面在检查合格后，应在要求的时限内进行涂装。除锈处理后立即喷涂（喷涂环氧富锌底漆（钢构件底漆二遍厚度不小于70μm，钢构件部分中间漆一遍不小于60μm，炳烯酸环氧面漆二遍不小于70μm，涂料总厚度不小于200μm），正式施工前做相容性试验。
除锈采用喷珠(砂)后喷涂油漆处理,不得以手工除锈,洁度须符合GB8923 Sa2.5级规定。
4.9 爬架爬升
爬架爬升到跃层区时，通过2*8.8级M30穿墙螺栓打穿主体钢梁翼缘板，将爬架附墙支座安装固定在主体钢梁上。穿墙螺栓两端均安装双螺母，螺母与附墙支座间设置100mm（长）×50mm（宽）×10mm（厚）垫板，且螺纹露出螺母不少于3扣。
4.10 爬架附着钢梁拆除
在钢柱上设置3t650型手拉葫芦，利用原安装时设置的吊点进行起吊，竖直方向最大吊运距离3000mm，通过1m钢丝绳配合卡环同时使用。因钢梁分段切割后最大重量为2.5t，故满足起吊高度及吨位要求。爬架钢梁拆解前利用脚手架搭设操作平台，待钢梁拆解完成后拆除脚手架，脚手架须设置抱柱加强处理。在钢柱间设置安全生命线，确保施工人员安全。
5.1 质量控制措施
钢结构现场安装质量严格按GB50205-2020规范的要求进行检查验收。焊缝同一部位的返修不宜超过两次，当超过两次时，应按返修工艺进行，当焊缝出现裂纹未熔合出现缺陷时焊工不应自作处理，应查明原因，制定返修工艺后进行处理。
序号 | 钢结构安装质量保证措施 |
1 | 安装前，应对构件的外形尺寸、位置、连接件位置及角度、焊缝等进行全面检查，在符合设计文件和有关标准的要求后，才能进行安装。 |
2 | 钢结构安装前，应根据定位轴线和标高基准点复核和验收土建施工单位设置的制作预埋件或预埋螺栓的平面位置和标高。 |
序号 | 钢结构焊接施工质量保证措施 |
1 | 对首次采用的钢材、焊接材料、焊接方法、焊后热处理和不同品种的钢材之间的焊接等，应进行焊接工艺评定，并应根据评定报告确定焊接工艺。 |
2 | 所有焊工必须经考试合格并取得合格证书。持证焊工必须在其考试合格项目及认可范围内施焊。 |
3 | 钢结构构件在受力状态下不得施焊。 |
4 | 焊缝坡口形状和尺寸可按照《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002。 |
5 | 不同厚度的钢板、钢管对接时，应将较厚板件焊前倒角，坡度不大于1：4（板厚差值：倒角长度）。 |
6 | 在钢结构中首次采用的钢种、焊接材料、接头形式、坡口形式及工艺方法，应进行焊接工艺评定，其评定结果应符合设计要求。 |
7 | 焊接工作应在焊接工程师指导下进行，编织焊接工艺文件，并采取相应措施使将结构的焊接变形和残余应力减到最小。厚板焊接时，应注意严格控制焊接顺序，防止产生厚度方向上的层状撕裂。在施工中严格按照工艺文件中规定的焊接方法、工艺参数、施焊顺序等进行，并应符合现行国家标准《建筑钢结构焊接技术规程》的规定。 |
8 | 引弧板、引出板、垫板的固定焊缝应焊在接头焊接坡口内和垫板上，不应在焊缝以外的母材上焊接定位焊缝。焊接完成后应割除全部长度的垫板及引弧板、引出板，打磨消除未融合或夹渣等缺陷后，再封底焊成平缓过渡形状。发现焊接引出母材裂纹或层状撕裂时，应更换母材，经设计和质量检查部门同意，也可进行局部处理。 |
9 | 发现焊接引出母材裂纹或层状撕裂时，应更换母材，经设计和质量检查部门同意，也可进行局部处理。 |
10 | 现场进行手工电弧焊时风速大于8m/s，进行气体保护焊当风速大于2m/s，均应采取防风措施方能施焊。另外，下雨、或者相对湿度大于或等于90%又无防护措施时，不得施焊。 |
11 | 当工厂采用气体保护焊时，焊接区的风速应加以限制。风速在2m/s 以上时，应设置防风装置，对焊接现场进行保护。 |
12 | 应先焊一端，焊缝冷却常温后，再焊另一端，并先焊下翼缘，再焊上翼缘。 |
序号 | 钢结构防腐质量保证措施 |
1 | 钢构件出厂前不需要涂漆部位：钢结构埋入式柱脚的埋没部分，高强螺栓节点摩擦面、矩形构件（方管）内的封闭区。当方管构件采用螺栓连接、封闭钢管时内部不干燥等情况时，矩形构件（方管）内也应作防腐处理。除注明外，不锈钢构件不做防腐要求。 |
2 | 除上述所列范围以外的钢构件表面，钢构件出厂前需喷涂部位，除锈后喷涂底漆和中间漆，焊接区清锈后涂专用坡口焊保护漆两道。 |
3 | 构件安装后需补涂漆部位有高强螺栓未涂漆部分、工地焊接区以及经碰撞脱落的工厂油漆部分，均涂防锈漆底漆一道。 |
4 | 针对现场焊缝位置、易积水（灰）等部位的防腐，提出防腐涂装的专项方案，报监理审批后实施。 |
5 | 涂装前钢材表面除锈应符合设计要求和国家现行有关标准的规定。处理后的钢材表面不应有焊渣、焊疤、灰尘、油污、水和毛刺等。 |
6 | 涂料、涂装遍数、涂层厚度均应符合设计要求。 |
7 | 涂装时的环境温度和相对湿度应符合涂料产品说明书的要求，当产品说明书无要求时，环境温度宜在摄氏5℃-38℃之间，相对湿度不应大于85%，涂装时构件表面不应有结露，涂装后应保护免受雨淋。 |
8 | 构件表面不应误涂、漏涂，涂层不应脱皮和返锈等，涂层应均匀、无明显皱皮、流坠、针眼和气泡等。 |
9 | 涂装完成后，构件的标志、标记和编号应清晰完整。 |
10 | 钢结构应先涂防腐底漆，表面处理后到底漆的时间间隔不超过6h。 |
11 | 钢结构应先涂防腐底漆，表面处理后到底漆的时间间隔不超过6h。 |
5.2 安全控制措施
高空坠落、物体打击、电气伤害、机械伤害等。
工人违章操作、违章指挥或违反操作规程。
吊装危险区域的安全风险
吊装危险区域，必须有专人监护，非施工人员不得进入危险区。吊装危险区域应划警戒区域，用警示绳围护。起吊物下方不得站人。
起吊重物，吊钩应与地面呈90°，严禁斜拉斜吊；严禁横向起吊。
吊机站位处，应确保地基有足够承载力；吊机旋转分，应与周围固定物有不小于1米的空间距离。
工人违章用电。
违章使用电焊机或其他电气设备。
电焊机使用时，要求焊把线与地线双线到位，焊把线不超过50米。电焊机与电焊机之间的一次侧接线长度不大于5米。焊把线如有破皮，须用绝缘胶布包裹三道。
焊、割作业不准在油漆、稀释剂等易燃易爆物上方作业。
高处焊接作业，下方应设专人监护，应采取接火或隔离措施。
进入施工现场作业区特别是在易燃易爆物周围严禁吸烟。
高处作业时，工具应装入工具袋中，随用随取。
高处作业时，工具手柄必须穿上绳子套在安全带或手腕上。
高处作业时，拆下的废料应及时清理到地面，不得随意抛掷。
6.1 经济效益
本建筑跃层区楼板结构距楼层外边缘较远，使用传统悬挑钢梁用在爬架附着钢梁的情况下，悬挑钢梁使用量庞大，同时为保证悬挑钢梁的安全性，需设置多道加固措施，耗费大量材料、人力及工期。本技术通过在钢柱间设置水平钢梁用作爬架附着装置，节约了大量钢梁材料，节省了人力及工期，施工过程中具有明显的经济效益。
6.2 社会效益
超高层建筑大跨度跃层区爬架附着施工技术通过在跃层区钢管柱间搭设水平钢梁用作爬架附墙位置，相较于传统超高层建筑跃层区搭设悬挑钢梁用作爬架附墙位置，钢管柱间搭设的水平钢梁更加安全稳定、承载力更强，可满足更大型的爬架附着需求，为超高层建筑跃层区爬架施工提供了新的思路，对建筑行业的发展起到了积极的推进作用，推广应用前景广阔。
【参考文献】
[1] GB 50661-2011, 钢结构焊接规范 [S].
[2] JGJ/T251-2011 建筑钢结构防腐蚀技术规程 [S].
[3] JGJ 276-2012 建筑施工起重吊装工程安全技术规范 [S].
[4] GB 50755-2012 钢结构工程施工规范 [S].
作者简介：王功荣，男，助理工程师，中国建筑第二工程局有限公司三七互娱总部大楼项目技术主管
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