超大面积多层洁净室厂房钢屋盖施工方法初探

摘 要：本文以华星光电第8.5 代薄膜晶体项目01 号厂房为例，从方案的可操作性、经济性、以及项目管理等多方面进行对比分析，探讨超大面积多层洁净室厂房钢屋盖的安装方法。在以工期要求为中心指导的华星光电项目中得出50t 履带吊楼面吊装更适合本项目，并且对该方案进行了简单介绍。
关键词：洁净厂房 华夫板保护 履带吊楼面 吊装作业
1. 工程概况
深圳华星光电有限公司第8.5 代薄膜晶体管液显示器件项目位于深圳市光明新区光明大道以北，东坡河以东，龙大高速以西，总占地面积604000m2 。
项目核心01 号建筑由附属用房和阵列/ 彩膜厂房组成，建筑平面投影为长方形，平面尺寸为379.2m ×249.2m ；钢结构屋盖平面尺寸为379.2m ×208m 。其中附属用房为南、北侧钢筋混凝土框架结构，屋顶标高为33.40m ，屋顶标高为12.40m ；阵列- 彩膜厂房为4 层混凝土框架+ 正交桁架屋盖结构，钢屋盖顶标高为36.65m 。










阵列- 彩膜厂设置了2 层（F40 层和F20 层）洁净室即电子芯片生产车间，该区域要求空气达到百万级洁净标准。根据工艺要求，钢筋混凝土井字梁结构，上万条管线需贯穿该楼层，同时在两层楼板上需留设大量的孔洞（即井字梁回风孔) 。本工程采用不可脱式FRP 华夫板模板作为钢筋混凝土现浇井字梁楼板工具式模板。移交楼面（装修前）的状态必需为平整，无缝隙，无坑洼，无磕碰。
2 方案对比
01 号厂房建筑投影面积达94103m2 ，钢屋盖用钢量约13000t 。单榀桁架跨度达到208m ，每榀桁架间距10.8m ，并且钢结构屋盖位于4 层混凝土柱上，合同工期155 天，其中安装工期60 天。同时，现场只提供15000m2 作为钢结构的拼装、堆放场地，并且距1 号厂房约400m 。与民用建筑不同的是F40 层华夫板面层必需作相应保护措施。因此本工程重点是工期和华夫板的保护。
经研究可采用“移动式塔吊分片吊装”、“高空组装，累计滑移”和“50t 履带吊上F40 层楼面吊装”三种方案，各有优劣点，我们对3 种方案多方面进行对比分析。








通过上述多个方面的比较，方案1 的吊装效率较高，构件可以一次到位；工程的前期准备周期短，技术成熟，操作简单。施工中依照土建的流水作业，能够紧跟土建的施工工期。而且，施工过程中吊装顺序灵活，可以根据现场的变化及时修改吊装顺序，工期有保障；但是8 台大型移动塔吊的报验及轨道安装时间较长，轨道的加工重量约2000t ，与土建的交叉作业较多。并且高空作业较多，需要施工方在结构的制作、安装方面严格按照国家规范和设计要求执行，对整体结构的质量监控要求较严。移动塔吊与楼面绝缘作业。
方案2 的桁架组装大多是在场地胎架上进行，因此在质量上较为容易控制。但是，该滑移方案中最重要的滑移工作给施工带来了许多技术难点，首先的补强措施需要大量的钢材进行预埋、制作，增加了材料成本；其次，滑移中的风险较大，在桁架单元的同步滑移中对RC 柱的推力较大，即使采取了相应的补强措施，也会对RC 柱的垂直度带来偏差（具体偏差的大小视施工具体情况而论）；在桁架单元就位后的同步卸载过程中，也需要对RC 柱的承载和桁架的变形进行严格的监控；最后，最重要的是滑移的施工条件要求较高，在滑移前需要至少1/3 区的RC 柱提前浇注完工，才具备滑移条件，而且，RC 柱的施工顺序必须严格按照从两端向中间依次完成，如果中间任何一根RC 柱有意外事件不能及时交付，则滑移工作将停止下来等待有问题的RC 处理完成后才可以继续施工。施工过程中一旦工期落后无法进行赶工，对工期的保证风险较大。
方案3 与方案1 的施工方法相类似，但优于方案1 ，首先履带吊吊装灵活，并且可根据工期随时调配履带吊的数量，最大限度的保证工期。其二，无需进行轨道的设计，加工及安装，前期项目的准备投入大大降低。其三，50t 履带吊的市场资源较丰富。但是履带吊的行走路线需标示并且作相应的华夫板保护措施，同时验算楼板承载力作相应的加固处理。
因此，50t 履带吊上楼面吊装方案为项目的最终实施方案。下面简单简介绍方案3 。
3 阵列厂房施工方案
3.1 方案简述
土建完成3 层及3 层以下的施工，共分5 个区提交4 层工作面，A 区>B 、D 区>C 、E 区。首先提交4 层15~21 （A 区）轴线工作面，预埋件随土建施工安装完成。
阵列（01 号）厂房所有钢构件全部散件运抵现场，在现场利用4 台50t 履带吊和8 台25t 汽车吊将其拼装成多段桁架，再利用2 台250t 和2 台300t 履带吊将拼好的多段桁架及16 台50t 履带吊和16 台25t 汽车吊倒运到四层楼面上，50t 吊机在四层结构顶上进行主桁架的安装，25t 汽车吊进行次桁架及上下弦支撑的安装。
安装完A 区钢结构后，B 、D 区钢结构开始安装。DECK 板的安装在完成至18~19 轴时钢结构开始介入，随屋盖钢结构施工进度安装。
为了确保结构的安全稳定，安装完成一段主桁架后，立即穿叉安装与之相邻的主桁架间次桁架、上下弦支撑等，确保尽快形成稳定体系，然后及时拆除临时支撑，投入到后续主桁架分段的安装中，以减少临时支撑材料的投入。

3.2 楼面承载力验算
方案3 可操作性的关键是F40 层楼面承载力可否满足50t 履带行走及吊装构件的要求。因此有必要验算F40 层楼面的承载力。
L40 层楼面柱网轴线为5.4m ×4.5m ，而L30 层楼面柱网轴线为10.8m ×18m 。L30 和L40 在10.8m ×18m 区域组成了空间混凝土桁架结构体系，F40 层楼板由截面260 ×650mm ，间距约240mm 的密肋井格梁组成，F30 层设置的转换大梁截面为900 ×1600mm ，且每个10.8m ×18m 区域梁、柱配筋基本一样。根据施工方案两侧各布置8 台履带吊共16 台，10 台用于桁架安装，另外6 台用于华夫板保护措施及构件导运；钢屋盖由中间向两边安装，履带吊沿建筑的东、西向行走，沿南、北向吊装。
L40 层活载分布共分两种，即19kN/m2 和30kN/m2 。同时土建分区域交附工作面，钢结构分区域施工，各个区域相互影响较小。在保证计算精度的前提下简化计算模型，只建立15~21 轴土建模型。并且按照连续梁理论，当同等荷载作用下，边跨梁的受力最大。吊机作业时分两种工况讨论。
履带吊行走工况分析：50 吨履带吊行驶时总重量为52.9t ，每条履带的支撑面积为4.85m ×0.76mm ＝3.686m2 。履带的接地压力为68kN/m2 。根据先前的多次试算发现，履带吊在行走时，结构的受力满足要求。计算过程从略。
履带吊吊装工况分析：起重吊装作业时，最重情况下的构件重量19.1t ，考虑吊钩及其它工作重量，按20t 计算。吊机自重+ 构件自重为72.9t 。考虑吊装作业时最不利状态计算时保守的假定一侧履带承担所有荷载。单侧轮压力为：72.9 ×10 ÷4.85 ÷0.76 ＝197kN/m2 。经过多次试算发现，下图两个位置为吊车吊装作业时对结构的最不利位置。










荷载组合：comb1=1.2 ×DL+1.4 ×LL
计算软件：MIDAS/Gen-V7.30 建筑结构通用有限元
3 、计算结果


站位2 验算结果


通过以上的分析可知，F30 、F40 层主、次梁的承载力满足受力要求。部分梁端负弯矩接近承载力极限状态，但以上计算过程未考虑梁、柱节点刚域和施工过程对梁端弯矩减小的有利影响。因此50t 履带吊在F40 层行走和吊装满足受力要求。关键是下部华夫板的保护措施。
4 华夫板保护
L40 层混凝土结构的加固主要是为保护土建已施工完成的混凝土结构、华夫板等，以免大型吊机在L40 层结构施工作业时对已施工完成的结构造成损伤。
根据施工的需要，钢结构施工工时主要对L40 层结构可能造成损伤的区域主要分为三类：A 类人行通道；B 类构件堆场；C 类构件运输通道和大型机械的行走吊装通道。
A 类保护措施：所有井格梁上部铺设麻袋材质的柔性毯，其上部铺设木板。
B 类保护措施：在A 类保护措施的基本上，上部垫150mm 厚枕木，在其上部堆放构件。根据屋盖安装的整体思路，在楼板上设置专门的通道用于构件运输及大型机械的行走时，需考虑楼板的承载力及华夫板孔洞的保护措施。
C 类具体保护措施，首先在所有井格梁上部铺设麻袋材质的柔性毯，再在其上铺设20mm 厚木板，然后在其上部铺设16mm 钢板，此种方法可将履带吊荷载转由井格梁承担，并且可保护华夫板及孔洞中的筒体不被挤压破坏。










5 施工进度管理
华星光电8.5 代液晶面板项目建设意义，将改善我国平板显示产业的国产化配套能力，中国彩电厂商的“缺屏之痛”将得到有效缓解，有望在液晶电视市场取得更大的话语权和市场份额。国务院批准的《电子信息产业振兴调整规划》已将高世代液晶面板项目明确列为重点扶持发展的战略性产业。如此具有战略意义的建设项目对工程建设的进度要求是非常苛刻的。因此对施工进度管理提出了更高的要求。
进度计划管理的一个循环过程包括计划、实施、检查、调整四个过程，因此对施工任务进行分解制定出符合工期要求的日、周的钢结构施工进度计划，在每个计划的周期内对施工进度进行盘点，比较本周期的实际进度与计划进度的差异。分析出原因并采取行动调整措施。
华星光电项目钢结构工程在实施的过程中由于总承包单位改变了部分施工顺序造成钢结构大面积展开施工延误了12 天，项目部及时调整了进度计划将构件制作、运输、现场拼装、钢结构安装等进度要求精确到了天。为各部门明确了计划任务量，有利的安排资源投入将延误的时间“抢”回，获得了建设单位积极的好评。
6 结 语
对深圳华星光电有限公司01 号厂房超大面积多层洁净厂房钢屋盖的安装方法进行多角度的对比分析，得出了以下结论：1 ）文中提出的三种施工方案均可行，但在特定施工条件限制下，三种各有优、缺点；2 ）以工期为中心指导的项目中，施工方案应尽可能多个工作面同时展开工作，各个工序应尽可能的不相互影响和相互制约。3 ）华夫板的保护措施简单易行，可为类似工程提供参考。