钢木结构大跨度曲屋面施工技术研究_李胜.pdf

Construction&DesignForProject工程建设与设计1引言钢结构建筑与传统混凝土建筑不同，用钢板、钢梁、钢柱等形式替代了钢筋混凝土结构中的梁板柱，其强度、抗震性能更好。木结构除了作为装饰材料外，也被广泛用于建筑主体材料中，尤其用于一些腐蚀环境、耐久性要求高而钢筋混凝土结构无法实现的部位。在我国的古建筑中，宫殿、寺庙、塔和楼等都是木结构，给人一种自然温馨的感觉。无论钢结构还是木结构，由于构件可以工厂化制作、现场安装，因而大大缩短了工期。同时，钢材、木材的可重复利用可减少建筑垃圾，更加绿色环保。钢木结构充分展现了各材料的优点，共同用于修建大跨度、大空间的建筑物与构筑物中，具有良好的安全性、适用性、耐久性。本文以某项目为依托，通过对钢木结构的双曲马鞍屋面结构体系施工技术进行研究，分析和总结了该技术应用的重点、难点、优点以及发展前景。2工程简介本项目为温州浙南科技城北片区综合开发项目中交数字科创园一期工程。温州浙南科技城北片区项目位于温州主城东部龙湾区瓯江南岸，东至蓝浦路，西至茅竹岭，北至瓯江，南至黄石山约7.17 km2的区域，以及瓯江路及海塘安澜工程延伸至滨海大道、机场大道延伸至G1523甬莞高速区域。中交数字科创园一期工程位于02-C-06地块，该项目为1幢未来体验馆的综合体，包含规划展馆、筹备办公、设备房、食堂及室外工程等功能。项目占地面积为15 900.0 m2，地上1层为钢木结构双曲马鞍屋面、玻璃幕墙体系，建筑面积1 823.3 m2；地下1层为钢筋混凝土框架结构，建筑面积2 601.0 m2，单体总建筑面积为4 424.3 m2。地上钢木结构平面尺寸为42 m42 m，外围由54根钢柱支撑，钢柱间距2.8 m，屋盖木梁按间距2.8 m布置，屋面主体部分高点标高16.8 m，低点标高2.2 m，木梁宽度为620 mm350 mm及620 mm450 mm，木梁与木梁之间连接采用钢板、螺栓及木螺钉连接，整个木梁井字形安装，每根木梁长度约为5.6 m1。【作者简介】李胜（1989），男，陕西渭南人，工程师，从事房屋建筑施工研究。钢木结构大跨度曲屋面施工技术研究Research on the Construction Technology of Large-Span Curved Roofof Steel and Wood Structure李胜，聂新波，李志宏，董光，李明（中交建筑集团第三工程有限公司，北京 10000）LI Sheng,NIE Xin-bo,LI Zhi-hong,DONG Guang,LI Ming(CCCCConstructionGroupNo.3EngineeringCo.Ltd.,Beijing100000,China)【摘要】钢木结构充分挖掘和发挥了钢材、木材的特性，形成组合受力结构体系，已被大跨度、大屋面结构所采用。论文以温州浙南科技城北片区综合开发项目中交数字科创园一期工程为例，论述钢木结构的双曲马鞍面屋面施工的工艺原理、适用范围、操作要点以及施工管理措施。【A b s t r a c t】Steelandwoodstructurefullyexcavatesandgivesplaytothecharacteristicsofsteelandwoodtoformacombinedstressstructuresystem,which has been adopted by large-span and large-roof structures.This project takes the comprehensive development project of CCCCDigitalScienceandTechnologyInnovationParkofWenzhouasanexample,discussestheconstructiontechnologyprinciple,applicationscope,operationkeypointsandconstructionmanagementmeasuresofthesteelandwoodstructureofthedoublecurvedsaddleroof.【关键词】钢木结构；大跨度；马鞍双曲面；屋面；施工技术【K e y w o r d s】steelandwoodstructure;large-span;saddlehyperboloid;roof;constructiontechnology【中图分类号】TU765【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）06-0120-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.06.239120Construction Technology工程施工技术3工艺原理施工流程为：地下室梁板柱（柱脚预埋件安装）钢柱竖直安装钢圈梁安装封口（满堂架搭设并验收）悬挑钢梁及边梁安装井字形木梁单元安装木梁全部安装完成钢板带安装完成结构整体安装完成分级卸载拆除满堂架。1）做好地下钢筋混凝土结构（外围钢柱脚的预埋件安装）。2）钢柱进场后由汽车吊竖直吊运安装，柱脚与埋件用钢销轴连接，柱顶与盘扣式满堂脚手架锁定，并采用100 mm100 mm5 mm方管作用两侧人字形支撑。3）四周54根钢柱按不同高度依次安装就位后，由低向高开始安装柱顶钢箱梁，直到形成一个三维的口字形封闭钢梁。4）钢梁安装的同时，逐步安装外侧悬挑梁及边梁（内侧提前搭设好木梁安装的满堂脚手架体系）。内侧的木梁在地面用46根拼装成井字形小单元，由低点按井字形单元起吊安装，逐步安装完成整个屋面木梁（49个井字形单元）。5）在木梁安装的同时，逐步安装上部连接的钢板带，钢板带与屋面钢圈梁、木梁连接，直到屋面钢板带全部安装完成，形成统一的屋面结构体系。至此，整个结构双曲面屋面受力体系安装完成，分级卸载内侧满堂脚手架，完成钢木结构安装。4适用范围本项目钢木结构屋面体系的平面尺寸为42 m42 m，外围由直径351 mm18 mm钢柱共54根围合而成，钢柱外侧为玻璃幕墙体系，屋面为金属板。钢柱、钢梁、木梁、钢板带、金属板等构件均在加工厂深化加工完成后运至现场。吊装采用25 t、50 t吊车进行吊装，可根据现场实际吊装作业平台进行调整，吊装时吊带选择20 t吊带，以保证吊装安全。整个现场施工技术难度较大，安全风险较高，项目部与专业厂家协助，共同解决技术难题，采取安全措施，确保施工安全顺利2。5工艺操作要点5.1木梁加工要点根据设计图深化加工上部木梁。木梁在X轴方向向右旋转成2.5递增，Y轴方向向左旋转2.5递增。利用计算机软件对木梁的角度、节点标高进行三维建模，确定每根木梁加工的长度、开口方向、钢销和T板位置。5.2木梁拼接要点1）木梁通过T字连接钢板衔接。T字连接钢板的2颗螺栓是隐藏在木梁里面的，故在安装顺序上，应首先将T字板安装在主木梁上，然后将次梁插入T字板上，并采用钢销固定。2）在这种情况下完成一组构件安装时，实际每根木梁与T字板连接均存在2个方向，且存在T字连接钢板角度不一。（1）先将螺母焊接在一侧的T字板孔洞上。（2）将T字板插入次木梁一端并采用钢销固定。（3）将主木梁临时用次木梁一侧的T字板加抗剪盘固定住，重新选用两头均有螺纹的螺杆与次木梁的钢板拧上，然后再加固主木梁一侧的T字板。（4）将下一个次木梁插入主木梁一侧的T字板并钢销连接。以此类推一根一根安装。5.3木梁安装要点整个屋面体系分为49个井字形单元安装，由低点向高点安装，内侧满堂脚手架体系。6材料本项目主要材料为钢木结构的钢柱、钢圈梁、边梁、木梁、钢板带等。具体材料见表1。表 1项目主要材料表序号材料名称规格数量123456789101112131415161718192021钢板钢板钢板钢板钢板钢柱钢板钢板钢板钢板钢板钢板钢板钢板钢板钢板钢板销轴螺栓胶合木梁胶合木梁8 mm10 mm12 mm14 mm16 mm351 mm18 mm18 mm20 mm24 mm25 mm30 mm35 mm36 mm40 mm44 mm45 mm56 mm2085 mmM12M22600 mm450 mm600 mm350 mm2.745 t8.84 t3.88 t43.89 t20.28 t73.995 t0.875 t24.22 t7.7 t36.51 t4.70 t14.166 t5.33 t1.37 t0.5 t13.343 t4.05 t142 件1 020 套322 m784 m7质量控制7.1原材料质量控制进场前应对进场的钢梁、木梁等成品构件外观进行查验，121Construction&DesignForProject工程建设与设计随进场构件送来材料样品进行复检，严格进场验收程序。材料进场后按指定地点存放，由建设单位、监理单位、总包单位、专业施工单位一起联合验收，查阅产品进场的合格证等资料文件，按要求见证取样、送检复试。7.2施工过程质量控制过程质量控制主要包括钢结构焊缝质量、钢圈梁及边梁安装质量、木梁安装节点质量。1）钢结构焊缝质量主要为底部耳板焊缝质量及检测。2）钢圈梁连接部位焊接焊缝检测、边梁与挑梁焊接焊缝检测。以上两个部位的焊缝检测等级均为一级，由建设单位委托的温州市正诚检测公司实施检测。3）木梁安装节点质量就是依据深化图纸对构件编号、构件的角度、T板安装位置进行深化加工；按照深化图纸对构件预拼装后起吊，由低点向高点安装；安装完成后重点控制分级卸载的变形监测，确保屋面体系的安全稳定。8安全措施1）施工现场人员必须严格遵守公司制定的有关安全施工规定。任何人不得违章指挥和违章作业。切实加强对施工人员的安全教育。2）现场施工必须严格执行中华人民共和国安全生产法（2021年修正）和公司的各项安全制度。3）为保证施工安全，工程实行领导带班安全生产制，企业负责人监督和巡查。对检查中发现的事故隐患，应立即进行整改。4）开工前组织全员学习安全操作手册。班前、班后会议制度、检查和总结该班安全作业情况，及时处理作业中存在的安全问题。5）对进场施工工人进行安全教育培训，合格后方可进行作业。由项目专职安全员对安装工人进行安全技术交底，检查临边防护要到位，是否存在高空坠物、物体打击等危险因素，确保安装过程中措施可控3。9环保措施为减少现场施工存在的噪声、扬尘、高空抛撒垃圾等影响因素，应将安装操作部位的废弃材料、建筑垃圾清理运至一层垃圾场，施工中采用降低噪声的措施，减少锤击、敲打的声音，采用扬尘监控设备，每日雾炮喷水降尘。尽量避开夜间施工，避免产生光电污染，影响周边居民。10节能措施1）根据施工进度、库存情况等合理安排材料采购、进场时间和批次，减少库存。2）现场钢柱、钢梁、木梁等材料堆放有序，现场就近卸载，避免和减少二次搬运。3）材料吊运采用汽车吊，装卸方法得当，使用紧凑，合理安排工序，提高各种机械的使用率和满载率，降低各种设备的单位耗能。4）现场设置洗车池及三级沉淀，环形道路彩云喷淋系统洒水降尘，采用循环利用水。5）施工前对于所有施工工人进行节能教育，树立节约能源的意识，养成良好的习惯。6）充分利用太阳能，照明及警示灯具尽量采用太阳能充电。11效益分析本项目结构施工较复杂，为此应用了专业电脑软件做深化设计。所有钢柱、钢梁、木梁等构件在工厂集中加工生产，集成化、流水化、专业化程度高。且经过对连接点螺栓深化，改为连接点为T板优化，加快了施工进度，原来每个单元安装需要20人4 d安装，优化后缩短为16人3.5 d。整个屋面体系由49个此类的单元组成，为此可节约工期25 d和196个工日。按每个工日150元单价计算，可节约3万元，工期节约的管理费用（管理人员20人）约15万元，总计节约施工成本节约18万。12结语本项目钢木结构因其跨度较大，屋面造型为双曲马鞍面木梁体系，施工难度复杂、技术要求高，在国内尚无其他应用案例。钢构件、木梁采用计算机软件三维建模，在工厂内精准下料、批量化生产，现场装配式组装，节约工期和劳动力，实现了节能环保和绿色施工。通过对