狹長型鋼結(jié)構(gòu)采光頂高效施工技術(shù)

李?yuàn)渖?李明科 許圓昌 何釗祎

中建二局第三建筑工程有限公司 北京 100070

大型商業(yè)開發(fā)建設(shè)越來越多，帶有采光頂?shù)纳虡I(yè)街不斷出現(xiàn)。在有采光頂?shù)拇笮蜕虡I(yè)體中，采光頂鋼結(jié)構(gòu)施工作為施工過程控制的一個(gè)重、難點(diǎn)，在質(zhì)量、安全和施工進(jìn)度方面，都是關(guān)注的焦點(diǎn)。采光頂鋼結(jié)構(gòu)采用常規(guī)滿堂腳手架進(jìn)行施工時(shí)，會(huì)影響后續(xù)專業(yè)穿插以致影響施工進(jìn)度，同時(shí)超高架體搭設(shè)屬超危工程，須時(shí)刻保持關(guān)注。同時(shí)，一般采光頂位于整體結(jié)構(gòu)的中間位置，不具備使用大型施工機(jī)械進(jìn)行整體安裝的條件。為此，結(jié)合北京通州陽光保險(xiǎn)后援中心項(xiàng)目的施工實(shí)踐，通過技術(shù)攻關(guān)，研制出一套適用于這種狹長型鋼結(jié)構(gòu)采光頂高效施工的裝置，解決了施工難題，并分析和總結(jié)了其施工要點(diǎn)，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

1 工程概況

陽光保險(xiǎn)集團(tuán)后援中心項(xiàng)目位于北京市通州區(qū)，地處通州商務(wù)園內(nèi)，本項(xiàng)目主要為辦公及附屬配套設(shè)施，是陽光保險(xiǎn)集團(tuán)的金融辦公總部。其中，鋼結(jié)構(gòu)采光頂位于本工程A座，采光頂為跨度14.2 m弧形三維空間鋼桁架，外弧長177.417 m（圖1）。桁架通過與混凝土柱頂板上的300 mm高箱形短柱連接，桁架頂標(biāo)高25.950 m。鋼桁架施工完畢后，在桁架上掛設(shè)玻璃幕墻。

圖1 屋面采光頂鋼結(jié)構(gòu)模型

2 施工整體思路

結(jié)合本工程結(jié)構(gòu)形式、實(shí)際施工特點(diǎn)，為順利完成施工，擬在中庭18 m標(biāo)高處的懸挑樓板上搭設(shè)長12 m、寬6 m、高6 m的移動(dòng)操作架。

操作架均采用φ48 mm×3.5 mm鋼管焊接搭設(shè)，焊縫采用滿焊形式。采用4組桁架結(jié)構(gòu)作為豎向支撐，上部用12 m跨度的鋼架連接，下方安裝4個(gè)萬向輪，用2根20a#工字鋼的鋼材支撐上部架體，使之可以移動(dòng)，萬向輪處安裝剎車系統(tǒng)，防止架體使用過程中移動(dòng)。操作架立桿縱、橫距均為1.5 m，步距1.5 m。

在架體的頂部鋪設(shè)腳手板作為施工平臺，上設(shè)護(hù)身欄桿，護(hù)身欄桿應(yīng)搭設(shè)在外立桿內(nèi)側(cè)，上欄桿上皮高度1.2 m，中欄桿應(yīng)居中設(shè)置，下方滿掛安全網(wǎng)，兩側(cè)搭設(shè)上人爬梯，方便安裝人員的操作（圖2）。

圖2 采光頂鋼結(jié)構(gòu)移動(dòng)式操作架組成

3 施工流程

根據(jù)施工方案中的整體的施工部署，編制狹長型鋼結(jié)構(gòu)采光頂?shù)氖┕ち鞒蹋唧w流程如圖3所示。

圖3 狹長型鋼結(jié)構(gòu)采光頂?shù)陌惭b流程

4 移動(dòng)式操作架體設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況搭設(shè)腳手架拼裝平臺（圖4），腳手架、跳板及施工荷載為5 t，平臺折算面積為22.8 m2。經(jīng)計(jì)算，桁架荷載、拼裝設(shè)備荷載及平臺自重荷載約為2.2 kN/m2。根據(jù)設(shè)計(jì)，此處懸挑樓板為120 mm厚，并設(shè)有懸挑梁250 mm×700 mm，設(shè)計(jì)荷載3 kN/m2＞2.2 kN/m2，懸挑樓板滿足承載力要求。

圖4 移動(dòng)操作架整體施工效果圖

懸挑樓板本身能夠承受移動(dòng)腳手架荷載，為保證安全，在懸挑樓板處進(jìn)行腳手架加固。腳手架立桿縱距0.90 m、橫距0.90 m、步距1.50 m，滿足加固要求。懸挑樓板回頂支撐如圖5所示。

圖5 懸挑樓板回頂支撐示意

此操作架要上人，操作平臺可承重構(gòu)件質(zhì)量200 kg，且需鋪設(shè)66塊腳手板，考慮其他因素，對架體承載力及穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。取荷載值為3 t作用在架體上，其中線荷載2.5 kN/m，節(jié)點(diǎn)腳手架間距為1.5 m，所以節(jié)點(diǎn)處的集中荷載3.75 kN。應(yīng)用Midas進(jìn)行建模計(jì)算（圖6、圖7），最大應(yīng)力94.1 MPa、最大變形9.5 mm，均在允許范圍內(nèi)，架體安全性有保障。

圖6 應(yīng)力變化

圖7 構(gòu)件變形

5 關(guān)鍵施工工藝

5.1 應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行方案論證及施工推演

利用BIM技術(shù)對采光頂鋼結(jié)構(gòu)和施工架體進(jìn)行建模（圖8），將模型導(dǎo)入Midas中進(jìn)行整體受力分析，保障其施工的安全性。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，施工過程中嚴(yán)格控制鋼結(jié)構(gòu)下?lián)现怠?/p>

圖8 BIM模型

同時(shí)，應(yīng)用BIM技術(shù)，對鋼構(gòu)件進(jìn)行編號，構(gòu)件進(jìn)場后按照BIM模型的編號逐一進(jìn)行安裝，避免了構(gòu)件安裝錯(cuò)誤。施工時(shí)，應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行三維可視化交底，推演施工工藝流程，使施工人員更好地理解施工工藝，保障施工質(zhì)量。

5.2 可移動(dòng)式操作平臺的搭設(shè)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，嚴(yán)格驗(yàn)收進(jìn)場材料規(guī)格、型號。驗(yàn)收完成后，將立柱桁架和梁桁架在地面上拼裝完成，用塔吊將桁架吊至作業(yè)層進(jìn)行組拼（圖9）。主體架體組拼完成后，鋪設(shè)平臺板，根據(jù)施工設(shè)計(jì)荷載進(jìn)行架體承載試驗(yàn)（放置同等設(shè)計(jì)荷載量的砂袋），靜止24 h后檢查架體情況，各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求后，可卸載使用。

圖9 可移動(dòng)式操作平臺的搭設(shè)

5.3 可移動(dòng)式操作平臺的滑移

應(yīng)用驗(yàn)收合格的操作平臺開始安裝首榀鋼結(jié)構(gòu)門架，施工人員站在操作平臺上進(jìn)行作業(yè)，正下方中庭需拉設(shè)警戒線并設(shè)置專門看護(hù)人員，避免交叉作業(yè)。首榀鋼結(jié)構(gòu)安裝完成后，將操作架體滑移到第2榀安裝區(qū)域，滑移過程中要保障滑移的同步性，滑移到位后要將架體下部滑輪及中部位置鎖死，避免施工過程中發(fā)生移動(dòng)（圖10）。

圖10 首榀鋼結(jié)構(gòu)安裝及可移動(dòng)式操作平臺滑移

5.4 可移動(dòng)式操作平臺的拆除

倒數(shù)第2榀鋼結(jié)構(gòu)門架安裝完成后，及時(shí)拆除可移動(dòng)式操作平臺，按照安裝時(shí)的倒置順序進(jìn)行拆除，拆分到地面后進(jìn)行解體存入庫房，待后續(xù)工程周轉(zhuǎn)使用。最后一榀鋼架安裝人員站在混凝土樓板上作業(yè)，直至屋頂鋼結(jié)構(gòu)全部安裝完成（圖11）。

圖11 架體拆除、鋼結(jié)構(gòu)全部安裝完成

6 效益分析

1）工期效益。采光頂移動(dòng)式操作架操作方便，簡單易行，施工速度快，提高工人工作效率，保證了施工人員的安全，比計(jì)劃工期提前了20 d。

2）質(zhì)量效益。現(xiàn)場施工表明，采光頂移動(dòng)式操作架系統(tǒng)使用方便，施工效率高，耗材少、一次成形，施工人員借助移動(dòng)式操作架體進(jìn)行焊接及防火涂料的噴涂，避免了高空作業(yè)，保障了施工質(zhì)量。

3）經(jīng)濟(jì)效益。采光頂移動(dòng)式操作架一次成形后整個(gè)周期內(nèi)均可使用，使用時(shí)間長，能減少施工材料用量，提高施工效率。以陽光保險(xiǎn)集團(tuán)通州后援中心工程施工總承包工程為例，使用移動(dòng)式操作架，不占用室內(nèi)空間，不影響現(xiàn)場其他施工工序，加快了施工進(jìn)度。同時(shí)，移動(dòng)式操作腳手架使用材料少，搭設(shè)簡單，提高了經(jīng)濟(jì)效益。整個(gè)移動(dòng)式操作架包干價(jià)為5 000元/個(gè)，而使用傳統(tǒng)滿堂架的包干價(jià)（包括方木、支撐等）以體積計(jì)算為20元/m3，本工程共21 600 m3，總計(jì)432 000元，因此，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)效427 000元。

7 結(jié)語

狹長型鋼結(jié)構(gòu)采光頂高效施工技術(shù)，克服了此類項(xiàng)目傳統(tǒng)施工工藝帶來的一系列問題，在滿足安全的前提下，提高了施工速度，避免了大面積滿堂腳手架的搭設(shè)，滿足了鋼結(jié)構(gòu)安裝中設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求，帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益，值得類似工程借鑒。

同時(shí)應(yīng)注意，本工程經(jīng)過核算及實(shí)際應(yīng)用，上文所述的操作架體搭設(shè)選用的材料和立桿間距、步距等僅適用于跨度小于12 m的狹長型鋼結(jié)構(gòu)采光頂?shù)氖┕ぃ舫^此跨度，需重新核算。