雙曲線大管徑橢圓鋼管扶手施工技術

余海梅 周峰偉 蔡加偉

摘 要：欄桿中國古稱勾闌，是橋梁和建筑上的安全設施。欄桿在使用中起分隔、導向的作用，使被分割區域邊界明確清晰。隨著建筑業的發展和施工技術的日新月異，欄桿的材料和造型更為多樣，欄桿產品的需求量也與日俱增。金屬制品因具有可塑性、耐久性和良好的機械性能，所以被廣泛地用于欄桿扶手產品中。本文結合江蘇大劇院工程實踐經驗，對雙曲線大管徑橢圓鋼管扶手的施工技術進行介紹。

關鍵詞：雙曲線；大管徑；橢圓；扶手；施工技術

1 工程概況

1.1 工程背景

江蘇大劇院項目是一個集演藝、會議、展示、娛樂等功能為一體的大型文化綜合體，分為歌劇廳、音樂廳、戲劇廳、綜藝廳、共享空間等五部分（見圖1），能滿足歌劇、舞劇、話劇、戲曲、交響樂、曲藝和大型綜藝演出的功能需要。基地凈用地面積共196633平方米，總建筑面積271386平方米，建筑高度47.3米。

江蘇大劇院工程由二層混凝土框架結構形成巨大的基座（見圖2）及四個復雜的空間形體組成的，屋蓋及外圍護體系采用大跨空間鋼結構，兩者組合成一種混合結構體系。其中內核承擔主要的水平力和豎向力，屋蓋四周豎向構件以標高12m或6m處平臺為支撐。

1.2 雙曲線橢圓扶手介紹

根據設計要求在大平臺清水混凝土欄板上需要安裝扶手。本工程坡道鋼管扶手約2300米，其材料壁厚9mm，截面長軸260mm，短軸165mm，每段長度不小于9米，局部更是12～14米的鋼制橢圓管。大劇院整體設計理念為四個水滴環繞成型，所以弧形乃至雙曲隨處可見。現場的清水混凝土欄板也以圓弧型為主，因此為體現整體效果，鋼制橢圓管必須也根據清水混凝土欄板的弧度進行雙向彎弧。材料加工困難，施工難度較大。

2 大平臺扶手施工特點和重點

2.1 大平臺扶手施工特點

（1）雙曲線：江蘇大劇院大平臺是一個容納4個廳的公共共享空間，也分別指引了江蘇大劇的南門和北門，人們可以從大平臺四個坡道步行至平臺中心處，眺望與之呼應的奧體中心。大平臺圍繞著四個圓弧廳而建，形狀多呈曲線、圓弧，大平臺的標高也不同，豎向從地面到中心12米處，橫向標高也不一致呈緩坡形便于排水。這樣形狀的大平臺其清水混凝欄板的扶手也必須呈雙曲線弧形，才能保證達到整體的統一的效果。

（2）大管徑：江蘇大劇院是一個國際性的綜合文化交流平臺，整體設計大氣莊重，其大平臺的扶手設計采用了大管徑的鋼管材料，設計管徑為截面長軸260mm，短軸165mm，壁厚9mm的鋼管，是目前全國少有的大管徑扶手。

（3）橢圓：根據設計要求，大平臺的扶手采用了鋼管材料制作，形狀為橢圓形，與四個廳的水滴造型相互呼應。目前市場上并未有如此大管徑的橢圓形鋼管原材，所以采用大管徑的圓形鋼管原材經過一道道工序加工制作成設計要求的橢圓形鋼管，其施工難度極大。

2.2 大平臺扶手施工重點

（1）江蘇大劇院工程結構復雜，合同的質量要求更是“魯班獎”工程，而且12米大平臺作重要的參觀以及活動場地，其周邊的清水混凝土欄板多成曲線及拋物線，因此安裝在其上方的金屬扶手在預埋、下料以及后期的安裝上面都需要精確的控制，達到設計的效果。

（2）大平臺扶手的雙曲線、大管徑、橢圓形等特點都是施工的重點之處。扶手安裝后需大平臺的清水混凝土欄板弧度一致；長度與根據清水混凝土欄板的留縫一致；安裝高度需要滿足安全設計要求；橢圓形狀鋼管需要進行冷壓、矯正、打磨、焊接、固定、噴漆等工序。

（3）根據BIM技術的成熟運用，現場進行分段樣板制作，使現場放樣更加準確。

3 大平臺扶手施工工藝

3.1 設計方案

（1）設計材質：鋼管、表面金屬氟碳漆、鋼立柱；

（2）設計尺寸：壁厚9mm，長軸260mm，短軸165mm的橢圓鋼管；20mm厚實心鋼立柱；

（3）設計方案：見圖3和圖4所示。

3.2 施工流程

基層處理→放線下料→支架預埋→支架焊接→半成品加工→扶手矯正→扶手安裝→打磨除銹→氟碳漆噴涂→成品保護

3.3 施工工藝

（1）基層處理：對大平臺清水混凝土欄板的基層進行處理，保證表面平整。

（2）放線下料：根據清水混凝土欄板的曲線弧度和分隔縫進行橢圓扶手的下料，直線區域測量距離，曲線區域測量弧高及弦長計算弧長。在通過BIM技術把現場測量數據與清水混凝土欄板模型進行組合，檢查數據精確度和誤差值。根據最后的比較得出的數據進行下料。

（3）支架預埋、焊接：在清水凝土欄板施工中進行支架的預埋，采用200*200的鍍鋅后置埋板及M12的膨脹螺栓進行固定，“雙刀片式”支架焊接于鍍鋅埋板上，安裝牢固后進行防銹防腐處理。注意刀片支架的分格間距和安裝位置，支架的安裝直接影響扶手的安裝。

（4）半成品加工：根據下料尺寸進行原材料的采購，9mm厚的大管徑鋼管進行切割加工后進行二次深加工。先對無縫圓形鋼管進行冷壓形成橢圓形鋼管，再根據測量的弦長和拱高等數據，對橢圓形鋼管進行雙曲面的彎弧使之與清水混凝土欄板的曲線度一致。

（5）扶手矯正：半成品加工的橢圓形鋼管從車間運至施工現場，由于在無縫圓鋼管冷壓成橢圓管的過程中，其本身內應力回彈的作用，壓制而成的橢圓管兩端會出現“喇叭口”，即兩端橢圓短軸半徑大于中間部位，導致了橢圓扶手的不順直、變形、視覺效果差。并且管徑越大、壁厚越大其產生的變形也會越大。經過項目部及施工人員的討論和研究，采用了廢料的方管、鋼圈及千斤頂發明了橢圓鋼管矯正裝置，很好的解決了“喇叭口”問題。

（6）扶手安裝：橢圓扶手經過矯正后現場進行安裝，根據欄板的弧度進行局部的微調整，讓其與欄板更融合。扶手定位后與預埋的支架進行焊接。

（7）打磨除銹：扶手與支架固定牢固后，進行現場的打磨和除銹，首先對細部不順直的地方進行恢復，在對表面的銹跡進行打磨，使用合格的防銹漆進行施涂。

（8）氟碳漆噴涂：最后進行表面灰色金屬氟碳漆噴涂，在干凈、干燥的環境中進行氟碳漆噴涂，先對鋼管基層進行除塵處理，保證無塵。再進行底涂、中涂、面涂，最后形成一定厚度的漆膜和光澤度。且表面顏色均勻無流墜現象。

（9）成品保護：施工完成后，需要對成品進行保護，采用軟質棉或塑料膜進行表面包裹，并在附近區域設置警示標識，防止硬物碰撞。

3.4 難點分析及對策

難點：橢圓鋼管“喇叭口”問題。

對策：為確保橢圓管質量，必須要解決兩端因內應力回彈而產生的變形問題。經過不斷的試驗，研究出了一種橢圓鋼管扶手矯正裝置，很好地解決了此類變形。

這種用于橢圓鋼管扶手兩端變形的矯正裝置，其結構包括由方鋼管支撐、立柱、斜撐、橫梁和鋼板焊接而成的骨架；實心固定鋼制半橢圓模；實心移動鋼制半橢圓模具（含吊環）；以及輔助工具液壓千斤頂組成。具體制作步驟如下（示意圖見圖5）：

（1）鋼骨架由鍍鋅方管構成，采用現場鍍鋅方管的廢料或短料進行焊接而成，由方管支撐1、立柱2、斜撐3、橫梁5及鋼板8組成；

（2）橢圓形實心鋼制模具4和6，根據設計要求的橢圓管長軸、短軸尺寸，定制出實心模具。鋼制模具的橢圓尺寸比實際橢圓管尺寸放大5mm，且從上下中點處切割分為兩塊。下方一塊4固定在骨架上，四周與支架焊接；上方一塊6擱置在骨架內部與骨架不固定焊接，可以通過吊環7用力上下移動；

（3）實心鋼制模具4放入骨架后，與骨架焊接固定；

（4）矯正裝置鋼制頂板8，待整體骨架完成和固定模具4安裝到骨架后，在骨架上口的方管范圍內焊接固定，以便液壓千斤頂頂壓模具進行矯正。

橢圓鋼管扶手矯正裝置的具體施工操作如下（工作狀態見圖6）：

（1）把存在形變的橢圓管端部設置拉結筋，采用長度與橢圓管短軸相等的鍍鋅方管，焊接在橢圓管端頭內50mm的部位。

（2）用吊鉤勾住吊環7使橢圓的實心模具6上升，然后把橢圓管端頭放進模具內。

（3）使用液壓千斤頂9進行橢圓管的校正，千斤頂9端頭頂住矯正裝置的鋼頂板8，這樣千斤頂產生的外力會使上半部分橢圓模具6往下壓，而橢圓管內設置的方管拉結筋又具有平衡外力的作用，并能確保矯正物橢圓管不回彈，能夠使得橢圓管“喇叭口”問題得到矯正，恢復與管身一致的管徑大小。現場實物照見圖7及圖8所示。

4 工程實施效果

本工程發明了橢圓鋼管的矯正裝置，成功解決了由于冷壓及內應力造成“喇叭口”問題，橢圓鋼管扶手安裝質量易控制，安裝嚴密，弧形曲線段安裝順直、面層氟碳漆均勻厚重，成型質量控制良好，實測實量合格率達95%以上。從總體上縮短了工期，節約了材料，減少了成本，為項目節約施工成本，并且施工質量和施工工期得到了業主的一直好評。現場實物照片見圖9和圖10。

5 結束語

本文詳細介紹了雙曲線大管徑橢圓扶手的施工技術，經實踐證明，該施工技術和矯正裝置的發明在工程進度、質量、安全、成本等各個要素控制方面均取得了有益效果，對同類型建筑施工具有一定的指導意義和可推廣價值。經過這項施工技術的研究，不僅使我們再次認識到系統的技術、完善的方案在現代施工領域中所起到的越來越重要的作用，也使我們感受到責任制和高效的管理水平對優化施工有著極大的促進作用。在激烈的市場競爭中，只有不斷推廣新技術，不斷優化施工方案，不斷提高人員素質，才能提高工程質量、縮短工期節約成本，才能在市場競爭中處于不敗之地。