鋼結構技術論文
中國建筑金屬結構協會
建筑鋼結構分會主辦
摘 要：本文以華星光電第8.5代薄膜晶體項目01號廠房為例，從方案的可操作性、經濟性、以及項目管理等多方面進行對比分析，探討超大面積多層潔凈室廠房鋼屋蓋的安裝方法。在以工期要求為中心指導的華星光電項目中得出50t履帶吊樓面吊裝更適合本項目，并且對該方案進行了簡單介紹。
關鍵詞：潔凈廠房 華夫板保護 履帶吊樓面 吊裝作業
1.工程概況
深圳華星光電有限公司第8.5代薄膜晶體管液顯示器件項目位于深圳市光明新區光明大道以北，東坡河以東，龍大高速以西，總占地面積604000m2。
項目核心01號建筑由附屬用房和陣列/彩膜廠房組成，建筑平面投影為長方形，平面尺寸為379.2m×249.2m；鋼結構屋蓋平面尺寸為379.2m×208m。其中附屬用房為南、北側鋼筋混凝土框架結構，屋頂標高為33.40m，屋頂標高為12.40m；陣列-彩膜廠房為4層混凝土框架+正交桁架屋蓋結構，鋼屋蓋頂標高為36.65m。
圖1 結構分解圖(多層潔凈室廠房鋼屋蓋施工方法)
圖2 平面圖(多層潔凈室廠房鋼屋蓋施工方法)
圖3 剖面圖(多層潔凈室廠房鋼屋蓋施工方法)
陣列-彩膜廠設置了2層（F40層和F20層）潔凈室即電子芯片生產車間，該區域要求空氣達到百萬級潔凈標準。根據工藝要求，鋼筋混凝土井字梁結構，上萬條管線需貫穿該樓層，同時在兩層樓板上需留設大量的孔洞（即井字梁回風孔)。本工程采用不可脫式FRP華夫板模板作為鋼筋混凝土現澆井字梁樓板工具式模板。移交樓面（裝修前）的狀態必需為平整，無縫隙，無坑洼，無磕碰。
2 方案對比
01號廠房建筑投影面積達94103m2，鋼屋蓋用鋼量約13000t。單榀桁架跨度達到208m，每榀桁架間距10.8m，并且鋼結構屋蓋位于4層混凝土柱上，合同工期155天，其中安裝工期60天。同時，現場只提供15000m2作為鋼結構的拼裝、堆放場地，并且距1號廠房約400m。與民用建筑不同的是F40層華夫板面層必需作相應保護措施。因此本工程重點是工期和華夫板的保護。
經研究可采用“移動式塔吊分片吊裝”、“高空組裝，累計滑移”和“50t履帶吊上F40層樓面吊裝”三種方案，各有優劣點，我們對3種方案多方面進行對比分析。
表1 方案對比
表2 項目管理角度對比
通過上述多個方面的比較，方案1的吊裝效率較高，構件可以一次到位；工程的前期準備周期短，技術成熟，操作簡單。施工中依照土建的流水作業，能夠緊跟土建的施工工期。而且，施工過程中吊裝順序靈活，可以根據現場的變化及時修改吊裝順序，工期有保障；但是8臺大型移動塔吊的報驗及軌道安裝時間較長，軌道的加工重量約2000t，與土建的交叉作業較多。并且高空作業較多，需要施工方在結構的制作、安裝方面嚴格按照國家規范和設計要求執行，對整體結構的質量監控要求較嚴。移動塔吊與樓面絕緣作業。
方案2的桁架組裝大多是在場地胎架上進行，因此在質量上較為容易控制。但是，該滑移方案中最重要的滑移工作給施工帶來了許多技術難點，首先的補強措施需要大量的鋼材進行預埋、制作，增加了材料成本；其次，滑移中的風險較大，在桁架單元的同步滑移中對RC柱的推力較大，即使采取了相應的補強措施，也會對RC柱的垂直度帶來偏差（具體偏差的大小視施工具體情況而論）；在桁架單元就位后的同步卸載過程中，也需要對RC柱的承載和桁架的變形進行嚴格的監控；最后，最重要的是滑移的施工條件要求較高，在滑移前需要至少1/3區的RC柱提前澆注完工，才具備滑移條件，而且，RC柱的施工順序必須嚴格按照從兩端向中間依次完成，如果中間任何一根RC柱有意外事件不能及時交付，則滑移工作將停止下來等待有問題的RC處理完成后才可以繼續施工。施工過程中一旦工期落后無法進行趕工，對工期的保證風險較大。
方案3與方案1的施工方法相類似，但優于方案1，首先履帶吊吊裝靈活，并且可根據工期隨時調配履帶吊的數量，最大限度的保證工期。其二，無需進行軌道的設計，加工及安裝，前期項目的準備投入大大降低。其三，50t履帶吊的市場資源較豐富。但是履帶吊的行走路線需標示并且作相應的華夫板保護措施，同時驗算樓板承載力作相應的加固處理。
因此，50t履帶吊上樓面吊裝方案為項目的最終實施方案。下面簡單簡介紹方案3。
3陣列廠房施工方案
3.1方案簡述
土建完成3層及3層以下的施工，共分5個區提交4層工作面，A區>B、D區>C、E區。首先提交4層15~21（A區）軸線工作面，預埋件隨土建施工安裝完成。
陣列（01號）廠房所有鋼構件全部散件運抵現場，在現場利用4臺50t履帶吊和8臺25t汽車吊將其拼裝成多段桁架，再利用2臺250t和2臺300t履帶吊將拼好的多段桁架及16臺50t履帶吊和16臺25t汽車吊倒運到四層樓面上，50t吊機在四層結構頂上進行主桁架的安裝，25t汽車吊進行次桁架及上下弦支撐的安裝。
安裝完A區鋼結構后，B、D區鋼結構開始安裝。DECK板的安裝在完成至18~19軸時鋼結構開始介入，隨屋蓋鋼結構施工進度安裝。
為了確保結構的安全穩定，安裝完成一段主桁架后，立即穿叉安裝與之相鄰的主桁架間次桁架、上下弦支撐等，確保盡快形成穩定體系，然后及時拆除臨時支撐，投入到后續主桁架分段的安裝中，以減少臨時支撐材料的投入。
圖4 施工分區圖 (多層潔凈室廠房鋼屋蓋施工方法)
3.2樓面承載力驗算
方案3可操作性的關鍵是F40層樓面承載力可否滿足50t履帶行走及吊裝構件的要求。因此有必要驗算F40層樓面的承載力。
L40層樓面柱網軸線為5.4m×4.5m，而L30層樓面柱網軸線為10.8m×18m。L30和L40在10.8m×18m區域組成了空間混凝土桁架結構體系，F40層樓板由截面260×650mm，間距約240mm的密肋井格梁組成，F30層設置的轉換大梁截面為900×1600mm，且每個10.8m×18m區域梁、柱配筋基本一樣。根據施工方案兩側各布置8臺履帶吊共16臺，10臺用于桁架安裝，另外6臺用于華夫板保護措施及構件導運；鋼屋蓋由中間向兩邊安裝，履帶吊沿建筑的東、西向行走，沿南、北向吊裝。
L40層活載分布共分兩種，即19kN/m2和30kN/m2。同時土建分區域交附工作面，鋼結構分區域施工，各個區域相互影響較小。在保證計算精度的前提下簡化計算模型，只建立15~21軸土建模型。并且按照連續梁理論，當同等荷載作用下，邊跨梁的受力最大。吊機作業時分兩種工況討論。
履帶吊行走工況分析：50噸履帶吊行駛時總重量為52.9t，每條履帶的支撐面積為4.85m×0.76mm＝3.686m2。履帶的接地壓力為68kN/m2。根據先前的多次試算發現，履帶吊在行走時，結構的受力滿足要求。計算過程從略。
履帶吊吊裝工況分析：起重吊裝作業時，最重情況下的構件重量19.1t，考慮吊鉤及其它工作重量，按20t計算。吊機自重+構件自重為72.9t。考慮吊裝作業時最不利狀態計算時保守的假定一側履帶承擔所有荷載。單側輪壓力為：72.9×10÷4.85÷0.76＝197kN/m2。經過多次試算發現，下圖兩個位置為吊車吊裝作業時對結構的最不利位置。
圖5 工況分析(多層潔凈室廠房鋼屋蓋施工方法)
表3 荷載情況
荷載組合：comb1=1.2×DL+1.4×LL
計算軟件：MIDAS/Gen-V7.30建筑結構通用有限元
3、計算結果
圖8 站位1的L40層梁彎矩圖(多層潔凈室廠房鋼屋蓋施工方法)
站位2驗算結果
圖9 站位2的L40層梁彎矩圖
通過以上的分析可知，F30、F40層主、次梁的承載力滿足受力要求。部分梁端負彎矩接近承載力極限狀態，但以上計算過程未考慮梁、柱節點剛域和施工過程對梁端彎矩減小的有利影響。因此50t履帶吊在F40層行走和吊裝滿足受力要求。關鍵是下部華夫板的保護措施。
4華夫板保護
L40層混凝土結構的加固主要是為保護土建已施工完成的混凝土結構、華夫板等，以免大型吊機在L40層結構施工作業時對已施工完成的結構造成損傷。
根據施工的需要，鋼結構施工工時主要對L40層結構可能造成損傷的區域主要分為三類：A類人行通道；B類構件堆場；C類構件運輸通道和大型機械的行走吊裝通道。
A類保護措施：所有井格梁上部鋪設麻袋材質的柔性毯，其上部鋪設木板。
B類保護措施：在A類保護措施的基本上，上部墊150mm厚枕木，在其上部堆放構件。根據屋蓋安裝的整體思路，在樓板上設置專門的通道用于構件運輸及大型機械的行走時，需考慮樓板的承載力及華夫板孔洞的保護措施。
C類具體保護措施，首先在所有井格梁上部鋪設麻袋材質的柔性毯，再在其上鋪設20mm厚木板，然后在其上部鋪設16mm鋼板，此種方法可將履帶吊荷載轉由井格梁承擔，并且可保護華夫板及孔洞中的筒體不被擠壓破壞。
圖10 華夫板保護(多層潔凈室廠房鋼屋蓋施工方法)
表4 施工過程照片
5施工進度管理
華星光電8.5代液晶面板項目建設意義，將改善我國平板顯示產業的國產化配套能力，中國彩電廠商的“缺屏之痛”將得到有效緩解，有望在液晶電視市場取得更大的話語權和市場份額。國務院批準的《電子信息產業振興調整規劃》已將高世代液晶面板項目明確列為重點扶持發展的戰略性產業。如此具有戰略意義的建設項目對工程建設的進度要求是非常苛刻的。因此對施工進度管理提出了更高的要求。
進度計劃管理的一個循環過程包括計劃、實施、檢查、調整四個過程，因此對施工任務進行分解制定出符合工期要求的日、周的鋼結構施工進度計劃，在每個計劃的周期內對施工進度進行盤點，比較本周期的實際進度與計劃進度的差異。分析出原因并采取行動調整措施。
華星光電項目鋼結構工程在實施的過程中由于總承包單位改變了部分施工順序造成鋼結構大面積展開施工延誤了12天，項目部及時調整了進度計劃將構件制作、運輸、現場拼裝、鋼結構安裝等進度要求精確到了天。為各部門明確了計劃任務量，有利的安排資源投入將延誤的時間“搶”回，獲得了建設單位積極的好評。
6結 語
對深圳華星光電有限公司01號廠房超大面積多層潔凈廠房鋼屋蓋的安裝方法進行多角度的對比分析，得出了以下結論：1）文中提出的三種施工方案均可行，但在特定施工條件限制下，三種各有優、缺點；2）以工期為中心指導的項目中，施工方案應盡可能多個工作面同時展開工作，各個工序應盡可能的不相互影響和相互制約。3）華夫板的保護措施簡單易行，可為類似工程提供參考。
參考文獻
［1］鮑廣鑑等，鋼結構施工技術及實例 [M] . 北京：中國建筑工業出版社，2005.
［2］鋼結構設計規范（GB50017-2003） [S]. 北京：中國計劃出版社，2003.
［3］混凝土結構設計規范（GB50010-2002） [S]. 北京：中國計劃出版社，2002.
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