中建二局安装工程有限公司
概括
钢结构工程施工“逆作法”与普通施工相同之处是先安装竖向全长结构钢柱，再自上而下逆作安装钢梁；不同之处在于：1）室内安装钢支撑，支撑原有结构梁、板；2）在新建钢柱位置上下拆除原有结构梁、板及混凝土柱，形成通透安装孔；3）新建外墙，安装预埋钢梁；4）安装新建地下楼层顶层钢梁，实现逆作法首节点目标；5）室内自上而下逐层拆除原有结构，再自上而下逐层完成室内逆作钢梁安装。钢柱安装时，上下贯通式安装孔的大小将直接影响钢柱是否能顺利安装，安装难度极大；由于室内空间无法满足大型起重机械的使用要求，钢梁的安装工序也十分复杂，采用“逆施工法”，顺利完成了该钢结构工程，取得了满意的效果。
1 建筑概况
西单文化广场升级改造项目位于首都核心区，南邻长安街，西至西单北大街，北至五工委胡同，东至横二条，位于北京标志性商圈黄金位置。规划用地为公园绿地，面积约1.85hm2，南北长约130米，东西宽约150米。
本次改造目标是降低规模、提升品质。现状混凝土结构为地下4层、地上1层，拟改造为地下3层、地上1层的钢结构。拆除地下4层、地上1层，总建筑面积42599平方米；新建地下3层、地上1层，总建筑面积33149平方米。整体减少建筑面积8149.47平方米，减少商业面积13824.47平方米，新增机动车停车库，地下3层为机动车车库，设有220个机动车停车位。广场部分改造最大限度增加绿化面积。广场改造设计范围内绿化面积由5000平方米增加至11198平方米，其中广场地面覆盖深度不小于2m。地下室部分改造不突破现有地下室最外层边界，项目效果如图1所示。
图1 项目效果
西单文化广场是长安街上唯一的大型绿地广场，是集购物、健身、娱乐、休闲为一体的多元化商业区，以“文化”为核心命名。改造过程中，在承载原有商业功能的同时，强化了自身的文化属性。设计理念和景观呈现融入了博大精深的优秀传统文化、细腻深沉的爱国情怀、充满活力的中华大众文化等理念，展现中华文化魅力，体现“文化自信”，与首都发展方向相匹配。改造旨在致敬新中国成立70周年。
2 结构概述
该项目结构体系为钢框架体系钢结构安装论文，由地下4层、地上部分1层的混凝土结构改造为地下3层、地上部分1层的钢结构。改造后新建框架柱为箱形柱，钢梁为焊接H型钢梁，如图2所示。本文仅介绍地下室钢结构逆作施工，地上部分为正作施工。
a—立面；b—地上一层；c—地下一层；d—地下二层；e—地下三层。
图2 钢结构模型
3.施工方案选择
由于本项目建设位置特殊，西侧紧邻北京地铁四号线，南侧紧邻地铁一号线，本项目建设期间为保证地铁相邻地块的稳定性，需利用本项目原有结构混凝土楼板作为地铁相邻地块墙体的水平支撑，因此在新建钢结构施工前无法一次性拆除地下1至4层原有结构；且由于本项目为2019年国庆献礼工程，地下1层屋顶新建结构在紧迫的工期内移交给园林绿化工程。在此前提下，项目最终讨论决定采用“逆向施工”钢结构安装方法进行施工，即项目保留地下四层至地下二层原有混凝土楼板，先安装地下三层至地下一层新增钢柱，再安装地下一层新增钢梁。地下一层新增楼板施工完成后，拆除地下二层原有结构，此时以新建的地下一层作为外墙水平支撑；再安装地下二层新增室内钢梁，地下二层新增楼板施工完成后，拆除地下三、四层原有结构，此时以新建的地下二层作为外墙水平支撑；最后，安装地下三层新的室内钢梁，直至地下三层新楼板施工完成。
4 施工工艺
4.1 新建地下室基础底板
本工程需在现有原结构基础底板基础上新建基础底板，满足原结构底板加固及新建钢柱脚预埋件预埋安装的要求。新建混凝土基础底板共分为21个区域（①~⑱、夹层1~3），逐一施工，如图3所示。
图3 新建混凝土基础底板隔墙
4.2 地下室外墙新建工程
该工程要求在现有原结构混凝土外墙基础上新建外墙，满足对原结构墙体进行加固及预埋安装新增钢梁预埋件的要求。
由于新建外墙竖向高度达到15.2m，需要在保留原结构楼板对外墙水平支撑的同时保证施工质量及操作性，因此本项目外墙施工选择“窨井式”施工方式，详见图4。
图4 新型混凝土外墙
4.3 钢柱安装孔设计
本工程钢结构在保留原结构混凝土楼板的基础上安装钢柱，需在地下四层至地下二层（地下一层楼板已全部拆除）原结构混凝土楼板上开凿大小统一的安装孔。
安装孔尺寸要求：本工程钢柱截面为□700×700×35、□800×800×50，安装孔既要满足钢柱的垂直安装运输，又不能过大，以免影响原结构楼板的稳定性。最后确定钢柱安装孔尺寸统一定位在1200mm×1200mm。由于安装孔尺寸的限制，考虑到钢结构上部荷载过大，后续室内安装时地下室钢梁直接与钢柱焊接时会产生很大的热量，导致较长的地下室钢柱中段受热变形；钢柱安装孔周围将安装钢材，以支撑安装孔周围原有的混凝土结构梁板。由于作业空间有限，不可能先安装钢柱，然后在室内焊接支架，稍后再安装室内钢梁。因此钢柱支架需在加工厂预制、安装，经研究确定长度为150~200mm，以满足钢柱垂直、平稳地穿过安装孔进行安装的需要。
4.3.1 安装洞口钢支撑
由于本工程新建钢柱与原有结构混凝土梁柱在平面上存在重叠，因此需要在该区域切断原有结构混凝土梁柱，以保证新增钢柱能够通过安装口竖向安装。但原有混凝土结构梁柱的拆除已经破坏了原有结构体系的稳定性。针对此情况，工程决定在拆除安装口前，先在地下4层至地下2层对该等安装口周边原有结构混凝土梁、板进行钢支撑支撑，以保证与新建钢柱重叠的原有结构混凝土梁柱拆除后，原有结构体系仍保持稳定钢结构安装论文，如图5所示。
图5 钢支撑
4.3.2 安装孔定位及开孔
根据结构图新建钢柱轴线坐标，测量并放样待安装钢柱的平面位置，并在原结构楼板上进行标记。切割机将每块原结构楼板上准确切割出钢柱安装孔位，如图6所示。
图6 开孔安装钢柱
5.“逆向施工”钢结构安装
5.1施工流程段划分
施工前，我们与各单位共同确定了各楼层钢柱、钢梁的安装顺序，保证钢结构施工的连续性，如图7所示。按照图7中的顺序号，从地下三层到地下一层依次安装钢柱，再到地下一层安装钢梁，最后到地下三层安装钢梁，从而完成了“逆向施工”钢结构施工。
a—地下1至2层钢柱、钢梁施工剖面；b—地下3层钢梁施工剖面。
图7 施工流程剖面图
5.2 柱脚预埋件安装
新建基础板时，预埋钢柱底部预埋件，并严格控制预埋件轴线位置和标高；新建钢柱与原结构混凝土柱搭接部位，必须在截断混凝土柱后，再预埋柱底部预埋件。
由于室内条件限制：无起重设备，地面亦无机械能行驶，所以柱底座预埋件安装采用拉钢丝绳，利用滑轮、落链的方法进行预埋施工。
5.3 钢柱安装
地下3至地下1钢柱分段安装、焊接，安装过程中需严格控制新建钢柱的轴线位置及标高，经实测钢柱轴线偏差为1mm，垂直度偏差为2mm，满足相关规范要求。
5.4 地下一层顶部钢梁安装
一层地下钢梁安装焊接。由于本项目位于北京西城区，处于首都中心地带，对环保要求较高，加之项目工期紧，需要夜班作业，需要采取针对焊接产生的弧光措施。同时，为避免焊接烟雾对现场施工人员职业健康的影响，项目部根据本项目特点，专门制作了封闭式焊接笼，外置焊接烟雾净化器，满足现场遮阳防烟要求，见图8。
图8 钢梁安装焊接
实测钢梁轴线偏差为1mm，错边偏差为1mm，符合要求。
钢梁安装合格后，进行地下一层钢桁架楼承板的铺装，验收合格后移交其他单位进行下一步施工。
5.5拆除地下二层原结构楼板及钢支撑
地下1层新楼板施工完成后，拆除单位将拆除地下2层原有结构楼板，同时拆除支撑地下2层的钢支撑，如图9所示。
图9 拆除地下二层顶部原结构板及钢支撑
5.6 地下二层钢梁安装
钢梁通过中庭安装口垂直吊装至地下二层转运至安装位置。由于地下结构单体最大质量为8.5t，无法采用塔吊、汽车吊或履带吊等常规安装设备。针对此种情况，采用移动式组装自升式吊架配合电动葫芦进行安装（图10）。根据住房和城乡建设部《危险、重大工程安全管理》相关文件规定，非常规安装属于危险、重大工程，未达到超危险、重大工程的级别，需编制专项安全施工方案，并对框架的刚度、强度、稳定性进行校核。
图10 动组装自升式吊架示意图
室内钢梁通过“移动式拼装自升式吊架”安装，钢梁安装完毕后进行地下2层钢桁架楼承板铺装，验收合格后移交其他单位进行下一步施工。
此状态下框架整体高度低于地下1层顶部新建钢梁下翼缘，可实现吊架在室内的水平移动和固定。钢梁吊装步骤为：
1）挂梁一侧框架就位后，放下底座支腿；
2）利用内置提升装置将框架及挂梁提升至预定高度；
3）将另一侧框架移至预定位置，并将框架抬起；
4）两侧框架连接就位，并用销钉固定，组成整体式龙门吊架；
5）吊装钢梁进行安装。
5.7 移动组装自升式吊架计算
根据本工程情况，地下2、3层顶部钢梁采用现场制作的门式吊架，悬挂100kN电动葫芦安装。根据设计图及钢结构深化图确定钢梁最大自重90kN，起重量95kN。门式吊架梁采用截面为H200×200×12×8的H型梁。格构柱主材为φ89×6圆管，横向连杆及斜撑为φ50×4圆管，材质为Q235。根据经验计算，该移动组装式自升式吊架满足施工要求。
使用时，将上、下格柱主要承重构件接触面刨平、紧固，侧面采用φ24高强度螺栓连接。升降套与吊架底座焊接牢固，上格柱与升降套采用滑轨连接，采用手动葫芦提供升降动力。吊架底座底部设置活动万向轮，实现吊架的水平移动；底座外缘设置千斤顶，吊架移动到位后，将千斤顶顶起，载荷由千斤顶承受。
5.8 地下四层墙体斜支撑
由于地下3、4层原有结构板为外墙提供水平支撑，两层同时拆除后竖向跨度较大，因此拆除前需在新建基础板与新建外墙之间设置临时支撑，临时支撑间距为2.8m，如图11所示。
图11 地下四层墙体斜支撑
5.9 拆除地下三、四层原结构板及钢支撑
地下四层临时支撑施工完成后，拆迁单位将拆除地下三、四层原有结构楼板，随后拆除地下三、四层钢支撑，如图12所示。
图12 拆除地下三、四层原结构板及钢支撑
5.10 地下三层钢梁安装
钢梁通过中庭安装口垂直吊装至地下3层，转运至安装位置，室内钢梁通过“可拆装自升式吊架”安装，钢梁安装完毕后铺设地下3层钢桁架楼承板，经验收合格后移交其他单位进行下一步施工，反向钢结构室内安装圆满完成。
5.11 地下四层墙体斜撑拆除
待地下3层钢梁安装及新混凝土楼板施工完毕后，新楼板将再次对外墙加固起到水平支撑作用，此时可将前文提到的“地下4层墙体斜撑”拆除，如图13所示。
图13 地下四层墙体斜撑拆除
6 结论
本工程采用逆作法施工，在钢柱安装过程中，上下贯通式安装孔的大小将直接影响钢柱能否顺利安装，安装难度极大，由于室内空间无法满足大型起重机械的使用要求，钢梁的安装过程也十分复杂。采用本文介绍的施工方法，顺利完成了钢结构工程，取得了满意的效果。
来源：宗立阳,孙文科,李震.浅谈“逆作法施工”钢结构安装技术[J].钢结构,2019,34(8):82-86。
doi: 10.13206/j.gjg201908016
