钢结构安装是装配式结构施工的一种,其发展历史悠久。100多年前的建造法国巴黎埃菲尔铁塔,是世界上最具代表性的钢结构安装建筑之一(图1)。
中国在1949年以前钢材生产和钢结构制作水平落后,仅有少量的铁路桥梁以及厂房等采用钢结构安装工艺实现。1949年以后中国的钢结构发展迅速,如南京长江大桥(图2)、中国国家体育场(俗称“鸟巢”)、上海金茂大厦、上海中心大厦(图3)、广州新电视塔、上海国家会展中心等城市标志性建筑的主体结构均采取了钢结构安装工艺进行施工。
钢结构构件工厂化制作后,运输到现场,根据不同的结构形式和外部环境要求,采取合适的施工机械、施工方法以及各种施工结合工艺,将钢结构构件在施工现场组装成既定结构的施工工艺。
钢结构安装是装配式结构施工的一种,其发展历史悠久。100多年前的建造法国巴黎埃菲尔铁塔,是世界上最具代表性的钢结构安装建筑之一(图1)。
中国在1949年以前钢材生产和钢结构制作水平落后,仅有少量的铁路桥梁以及厂房等采用钢结构安装工艺实现。1949年以后中国的钢结构发展迅速,如南京长江大桥(图2)、中国国家体育场(俗称“鸟巢”)、上海金茂大厦、上海中心大厦(图3)、广州新电视塔、上海国家会展中心等城市标志性建筑的主体结构均采取了钢结构安装工艺进行施工。
根据钢结构构造形式的不同,钢结构安装可分为高耸钢结构安装、大跨度场馆钢结构安装及其他钢结构安装。
主要有高耸塔桅结构和常规超高层结构。
高耸塔桅结构一般以景观、城市地标和广播发射功能为主,如中国的上海东方明珠电视塔、广州新电视塔和法国巴黎埃菲尔铁塔等。常规超高层钢结构主要为节约用地、打造高层次居住需求功能为主,如中国的广州西塔、上海中心大厦等。
高耸钢结构的安装一般在底部较低结构或者地下室结构施工时较多采用大型履带式起重机作为施工机械(图4),而上部结构一般采用大型自爬式塔式起重机作为施工机械(图5)。
高耸钢结构一般顶部的造型比较复杂,或者采取造型独特的塔冠形式,或者采取天线形式,一般大型机械无法爬升至顶部进行有效安装,常规情况下一般采取塔式起重机置换法安装或者提升法安装。塔式起重机置换法即在主体结构封顶后,利用已有大型塔式起重机在结构顶端安装小型塔式起重机,或者在大型机械完成部分重型构件安装后,在顶部结构上安装小型塔式起重机。随后小型塔式起重机拆除大型塔式起重机并完成结构,最后再置换可人工安拆小型机械或利用顶部擦窗机拆除小型塔式起重机,完成施工。为确保过程中的稳定和安全,构件的分段、高空作业环境、置换机械与顶部结构的连接固定以及结构的承载能力和变形必须慎重考虑。
大跨度钢结构主要为文化体育场馆结构或者厂房等结构。
大跨度钢结构安装一般选用大型履带式起重机行走地面进行节间的综合吊装,或者采用大型行走式塔式起重机行走于既有建造完成混凝土楼板结构上进行钢结构安装。
对于场馆结构钢屋盖下部存在地下室或者存在楼板结构的大跨度钢结构,大型履带式起重机或者大型行走式塔式起重机一般布置于结构的跨外,结构安装时采取单机跨外安装或者将大跨度钢结构拼装于跨内,然后采取双机抬吊的安装工艺进行施工。
对于场馆结构钢屋盖下部无地下室或者无楼板的大跨度钢结构,一般将大型机械布置跨内,进行跨内节间综合安装。
对于一些大跨度钢结构还有多机抬吊法、提升法、滑移法等安装工艺。
多机抬吊法一般在提升和滑移都不是太合适的时候采用,即在地面将屋盖分块整体拼装好后,多机协作抬吊到位。注意每台吊车的重量分布必须计算清楚,且需要考虑一定的安全系数。
当跨度过大或者安装过程中结构始终处于非稳定状态时,常需要设置临时支撑,以提供过程中的结构稳定。根据结构跨度、支承高度、构件重量,临时支撑结构可分为满堂脚手架支承、立柱式支承和格构式支撑。
通常满堂脚手架支承应用于大跨度网架结构安装,支承在网架球节点下方,具有支承点位分散、荷载小、并兼顾操作平台功能等特点。立柱式支承和格构式支承主要通过考虑支承的侧向稳定性来选择,具有竖向承载力大、布置灵活、便于安装等特点。
其他钢结构安装包括钢结构桥梁(如城市高架钢结构桥、跨江大桥等)、主题乐园艺术造型类钢结构等的安装。①钢结构桥梁施工安装(见钢桥架设)。②主题乐园艺术造型类钢结构安装,一般由于造型复杂奇特,构件较为零散细小,因此主要做好深化设计的把控和工厂制作的构件管理,现场一般采取小型固定式塔式起重机或者汽车式起重机等施工。由于造型要求较高,需要做好测量,对精度控制严格把关。