一種室內采光井上空裝飾施工操作平臺

李堰平，何宇

（中國建筑第二工程局有限公司，北京 101101）

1 工程概況

本工程為深圳市龍崗區一大型商業項目，總建筑面積約3×105m2，地上6 層，地下2 層。室內有6 個采光井，且采光井6 層上空設計了當下流行的鋼結構LED 天幕及裝飾。

由于采光井在建筑內部，東西跨度13 m，南北跨度28 m，高度從負1 層到屋面為39.5 m，屬于大跨度、大空間采光井。施工企業對常規的鋼管落地腳手架、型鋼懸挑腳手架等多個方案進行了比選，對安全、經濟、適用性進行綜合分析，最終采用自制移動式鋼桁架操作平臺。

2 方案選擇

方案1：采用φ48 mm×3.6 mm 鋼管從負1 層搭設滿堂腳手架至施工作業高度。

方案2：在短跨方向鋪設工字鋼，間隔1 000 mm，在工字鋼上搭設φ48 mm×3.6 mm 鋼管架，架體上鋪木板作為操作平臺。

方案3：采用100 mm×50 mm×4 mm 方鋼、50 mm×50 mm×5.0 mm 角鋼、40 mm×40 mm×4.0 mm 角鋼、30 mm×30 mm×2 mm 方鋼及萬向輪焊接組裝搭設移動式鋼桁架操作平臺；平臺短跨主梁間距為1 000 mm，豎向次梁間距1 000 mm。操作臺面滿鋪915 mm×1 830 mm×15 mm 木腳手板。將鋼桁架操作平臺平移至采光井區域，進行LED 天幕、側幫以及吊頂等分部分項工程施工。

經分析，方案1 采用的落地式操作腳手架，工程量大，搭拆周期長，且影響底部地面地坪施工；方案2 采用的型鋼懸挑腳手架，由于采光頂洞口的跨度達13 m，鋼梁跨中彎曲應力、撓度值大，經計算顯示，需選用50 a（計算最大應力值δmax=72 N／mm2＜[δ]=215 N／mm2，計算最大撓度值Vmax=0.036 m＜[V]=1/400=0.039 m，[δ]為應力允許值，[V]為撓度允許值）以上的工字鋼或H 型鋼才能滿足強度及剛度要求，鋼梁自重大，安拆不便，且成本造價高，同時，影響側幫及欄桿施工。方案3 與方案1 比較，工程量小、造價低、周期短，且不影響下層正常施工作業。方案3 與方案2 比較，具有使用靈活、安拆方便、造價低的優點，適宜大跨度結構。

綜合施工效率、成本、安全和現場實際情況幾個方面，選擇方案3，采用移動式鋼桁架操作平臺進行采光井上空的裝飾施工。

3 移動式鋼桁架操作平臺構造設計

移動式鋼桁架操作平臺采用100 mm×50 mm×4 mm 方鋼、50 mm×50 mm×5.0 mm 角鋼、40 mm×40 mm×4.0 mm 角鋼、30 mm×30 mm×2 mm 方鋼焊接組裝搭設；平臺短跨主梁間距為1 000 mm，豎向次梁間距1 000 mm；操作臺面滿鋪15 mm木腳手板，一一加以固定；操作平臺四周臨邊安裝安全防護欄桿，欄桿的高度為900 mm。另外，操作平臺的短跨側配置登高爬梯，爬梯采用角鋼焊接，踏步角鋼間距為400 mm。

為確保移動式鋼桁架操作平臺的承重穩定性，在底部移動的輪子上設置鎖止裝置，采用每個輪子承重不小于3 t 的萬向輪作為移動輪[1]。

本工程使用的操作平臺高2.5 m，寬2.7 m，長14.8 m。上、下弦桿選用100 mm×50 mm×4 mm 鍍鋅方鋼，腹桿選用50 mm×50 mm×5.0 mm 角鋼，斜桿選用40 mm×40 mm×4.0 mm角鋼，防護欄桿由30 mm×30 mm×2 mm 方鋼焊接組成（見圖1～圖4）。

圖1 移動式鋼桁架操作平臺俯視圖

圖2 移動式鋼桁架操作平臺立面圖

圖3 移動式鋼桁架操作平臺立面圖

圖4 移動式鋼桁架操作平臺三維模型圖

本操作平臺采用3D3S 設計軟件進行設計計算，作用于平臺上的荷載分為恒荷載和活荷載。恒荷載包括鋼桁架操作平臺結構自重，活荷載包括作業層上的人員、器具和材料等荷載。該操作平臺用于采光井上空裝飾裝修施工，平臺面滿鋪木板。參照相關規范，木腳手板荷載按0.35 kN/m2取值，裝修施工荷載按2.0 kN/m2取值，鑒于操作平臺放置于室內，不考慮風荷載的作用。因此，該操作平臺的荷載效應組合為恒荷載+活荷載[2]。

3.1 位移及應力分析

活荷載取1.0 kN/m2，考慮現場情況，對2 種類型的荷載組合進行驗算：（1）1.3 恒荷載+1.5×0.7 活荷載；（2）1.35 恒荷載+1.4×0.7 活荷載。通過計算，跨中豎向位移為-30mm（小于S／400，S 為跨距），滿足鋼結構設計規范的要求。

3.2 焊縫強度驗算

設計焊縫方式：角焊縫，焊縫高度為4 mm。

設計受力分析：根據計算模型進行計算分析，1 000 mm×500 mm×4 mm 的方鋼立柱承受的軸力最大，數值為N=-4.70 kN（軸向受壓）。桁架桿件只承受軸向應力，且軸向應力垂直于焊縫長度方向。若最大軸向應力驗算滿足設計規范要求，即可證明桁架結構滿足規范要求。根據GB 50017—2017《鋼結構設計標準》第11.2.2-1 條，設計強度復核公式為：

式中，σf為按焊縫有效截面計算，垂直于焊縫長度方向的應力，MPa；he為直角焊縫的計算厚度，he=0.7hf（hf為焊角尺寸）；lw為角焊縫的計算長度，每條焊縫取實際長度減去2hf；βf為正面角焊縫的設計強度增大系數，取1.22；ffw為角焊縫的設計強度，MPa。三級角焊縫設計強度為160 MPa。

帶入數值：σf=4 700/[0.7×4×(100-8)]=4 700/257.6=18.25 MPa

綜上所述，焊縫強度滿足規范要求。

4 鋼桁架操作平臺制作工藝及要求

4.1 制作工藝

總體流程為：鋼材下料→桁架主體拼裝→構件焊接→荷載加載試驗→架體驗收→架體掛牌使用。

下料前，應對鋼材表面進行質量檢驗，合格后方可投料使用。

拼裝順序：立柱→主梁→次梁→輪子→落地→腳手板鋪裝→護欄安裝。

4.2 制作要求

桁架操作平臺的鋼材采用Q235B 級鋼材，焊條采用E43 型，按照拼接順序焊接成型。

4 個角立柱底端設置轉向滑輪，滑輪與立柱焊接成整體。轉向滑輪必須配備制動裝置，操作平臺移動時制動松開，當操作平臺移動至指定位置后，將滑輪的制動鎖死[3]。

鋼桁架操作平臺焊接前，施工人員須對焊接施工現場進行打掃清理，不得有易燃易爆物存放。鋼構件的鐵銹、油污等雜質應采用打磨、清洗等方式清理，以確保在焊接過程中焊縫質量不會出現問題。

操作平臺正式焊接前，施工人員還要確定鋼構件的最小預熱溫度和道間溫度，從而選擇正確的焊接方法。正常情況下，預熱和道間溫度的最大值不能超過230 ℃。在施焊過程中，施工人員還要對焊接構件的變形量進行控制，避免構件材料出現變形，如果出現變形的現象，施工人員應采用多層翻身和對稱焊接的方法對其進行處理。

多層焊縫必須將上一層的焊渣清理干凈后，再進行下一層焊縫的施工[4]。

5 質量控制措施

按相關規范要求對鋼材、焊條、轉向輪等所有材料進行聯合檢查驗收，出廠合格證、產品質量書、進場復試合格后，方可使用。

所有鋼材應有良好的焊接性和合格的沖擊韌性，并且均應達到現行鋼結構設計和驗收規范的要求。

焊接材料的性能和質量必須符合國家和行業標準的規定。

鋼結構構件就位后及時進行校正，鋼柱對軸線的位移應控制在5 mm 以內，標高控制在+3～-5 mm 以內，垂直度控制在1/1 000 以內，節間距離控制在±10 mm 以內。

鋼梁拼組裝，鋼梁組裝要嚴格執行有關規范，認真操作，防止扭曲及變形，并在拼裝胎架上進行，鋼梁長度控制在+5～-10 mm 以內，接口截面錯位小于2 mm，扭曲小于10 mm。

6 鋼桁架操作平臺使用要求

1）移動式懸挑操作平臺的地面必須平整。

2）拼裝完成，焊縫驗收合格后，在現場樓面區域進行荷載加載試驗，在平臺上方緩慢遞加放置500 kg 的沙袋，檢查平臺的穩定性。若出現桁架變形或失穩，則需要重新進行設計并驗算。

3）移動移動式鋼桁架操作平臺前必須對架體進行檢查，在架體無異常、操作平臺無人員、無材料工具時，方可移位。移位時采用人力在架體兩側均勻施力的方式，不可使用蠻力、不可借用其他木棍和鋼管等工具。

4）移動式鋼桁架操作平臺上有施工作業時必須使4 個輪子保持制動狀態。

5）移動式鋼桁架操作平臺搭設完畢后，應進行首次平地實驗，以確保安全性達到要求。

6）施工人員登上平臺后，必須立刻將安全帶上的自鎖鉤扣在單獨懸掛于單獨設置的安全繩上。

7）無論護欄是否敞開，作業人員均必須隨時系掛安全帶，按照高掛低用的原則正確使用安全帶。

8）施工過程中發現有缺陷和隱患時，必須停止作業，處理完成并驗收合格后，方可重新申請使用。

9）施工操作人員在作業過程中必須嚴格執行安全操作規程。

10）推動操作平臺應派專人進行現場指揮，平臺上有人操作時禁止推動平臺[5]。

7 效益分析

移動式鋼桁架操作平臺從加工到焊接組裝，僅用了3 d 時間，大大縮短了工期。同時，經現場試驗，桁架桿件變形符合相關規范要求。其使用功能及安全性能夠滿足施工及安全要求。移動式鋼結構桁架操作平臺特別是在大跨度采光井區域的使用取得了良好的效果，縮短了工期，并節省了大量施工成本，創造了經濟效益。

8 結語

綜上，基于該工程設計的移動式鋼桁架操作平臺，適用于工程中大跨度采光井上方的LED 天幕、吊頂裝飾等分部分項工程施工。通過分析軟件建立模型進行計算，證明了該操作平臺的設計合理性，兼顧了使用的安全性和制作的便捷性；同時，平臺構件選材簡單，便于采購加工，連接采用焊接連接形式，可以現場制作使用并能多次周轉；平臺構件質量輕，可人工便捷移動搬用。相較于滿堂腳手架，移動式鋼桁架操作平臺成本更低，安全系數更高。此次設計的移動式鋼桁架操作平臺，展現了綠色施工的特點和要求。