采光頂鋼結構安裝施工技術研究

程 楊 白 宇 袁 茉 李月欣 馬忠巍

1 工程概況

以長春遠大項目的幕墻采光頂施工作業為例，項目含1 層地下室、1 棟高層、1 棟商場，總建筑面積12.5 萬m2，單位工程有A-Z1#棟、A-S1#棟，分別為剪力墻與框架結構建筑。前一棟的建筑高度為99.85 m，地下1 層、地上29 層建筑；后一棟的建筑高度為34.85 m，為地下1層、地上6 層建筑。

結合對本工程項目的總體結構分析，在A-S1#樓西側中庭采用了幕墻采光頂，其中，軸線為9 軸-15 軸/J 軸-L 軸，采光頂標高、跨度、長度分別為35.74 m、19.76 m、43.5 m，主梁以及次梁的尺寸分 別 為350 mm×200 mm×10 mm、80 mm×80 mm×4 mm，主梁與次梁間距分別為2.8 m、1.383 m。不同鋼架之間選擇的是焊接方式，焊接強度為二級，焊接作業結束后開展除渣、打磨與拋光處理。

2 施工難點及常見問題

2.1 現場拼裝、焊接工藝問題

此工程項目的采光頂鋼結構施工中，現場拼裝與焊接的難度較大，地面拼裝作業開始前，應組織專人檢查全部構件，如果在檢查中發現構件存在變形等問題，需立即處理。地面拼裝按規定完成后，使用枕木墊起構件，兩側用木杠支撐，以提升整體結構的穩定性。每個構件上的標記應暴露在外，以方便識別[1]。吊裝作業中，應配備塔式起重機或者汽車式起重機，如果選擇的是塔式吊裝，需結合塔式起重機的起重能力，在吊裝部位確定施工平臺桁架的單次起重重量；如果選擇的是汽車吊，需正確選擇起吊位置。吊裝作業實施之前，需確定吊裝流程，了解吊裝的操作規范與標準。參與焊接作業的人員需持證上崗，并加強焊接作業中的技術管理[2]。

2.2 組織協調問題

采光頂鋼結構安裝施工中，由于本工程項目為高層建筑，吊裝施工的安全風險大，再加上吊裝施工的特殊性，施工時技術要求高、要素多，組織協調任務艱巨。本工程項目的結構復雜、體量大，構件類型多，有多個單位參與，吊裝施工中應加強不同單位、專業之間的協調工作。因為施工現場相對混亂，組織協調難度大，工程企業需要思考如何設立項目組織機構、怎么分配管理人員、如何協調各專業的施工進度等。

2.3 設計問題

采光頂鋼結構施工中，吊裝施工的難度系數較高，主要是因為此工程的結構復雜，涉及了大型、復雜構件的吊裝，這些構件的形狀不規則，吊點選擇、吊裝工藝確定都相對困難。為保障吊裝施工作業的高效開展，在工程企業內部需注意吊裝方案的設計，每一個部分的吊裝環節都應做好構件特點、受力情況等的分析。在當前的施工條件下，為設計出更合理的吊裝方案，應盡量實現三維建模，在模型中整合工程的相關數據與信息，用軟件自動完成吊裝模擬。

3 采光頂鋼結構安裝技術要點

3.1 施工準備

3.1.1 構件運輸

采光頂鋼結構施工中，整體結構體系包含的構件數量龐大，不論是在構件的裝卸、運輸環節，均應針對構件做好保護工作，避免裝卸、運輸不當導致的構件損壞。部分次要構件，如果數量較多，可采取打包運輸的方式，盡可能避免散裝。構件應對稱放置在運輸車輛上，裝卸的過程中也應保持對稱性，以固定車身、車上的構件。次要構件與主要構件應一起裝車運輸，可放置墊木，用鋼絲繩固定的過程中應保護好構件的四角，嚴禁在次要構件上堆放重型構件。現場二次運輸采用自制平板車，如圖1 所示。

圖1 自制平板運輸車

3.1.2 構件堆放

現場構件的堆放過程中，也需嚴格遵守相應的規范。堆放構件的場地，平整性要好，場基應堅實，嚴禁有雜草或者積水。構件堆放中應利用墊木，且墊木要上下對齊。每一堆構件的堆放高度，應該結合構件自身的情況來確定，但堆放高度一般不能超過1 m。對于結構內涉及的重型和大型構件，應采用單層堆放的方式；對于平面剛度較差的桁架等構件，應豎立堆放。

每堆構件與構件之間需保持一定距離，如果現場面積較大，構件可依據吊裝順序、安裝位置，在滿足起重機械、運輸車輛通行要求的前提下，依據型號進行構件分類，將這些構件安裝在吊裝位置周圍[3]。

3.1.3 現場準備

采光頂鋼結構的施工中，現場準備工作，主要涉及以下工作。第一，由專人對土建施工現場實施全面檢查，審核基準支承面的尺寸、標高、軸線位置等是否與設計要求相一致。第二，吊裝作業開始之前，進入現場開展調查，結合現場情況選擇安裝路線，清理現場的障礙物，外圍構件條件允許的情況下采用塔吊安裝的方式。第三，現場堆放場地、吊裝區域場地應按照規定完成處理，處理后的場地應堅實平整，與吊裝要求相一致。第四，臨時用電、機具、支架、安全設施等，都應當按照施工要求準備妥當。

3.2 鋼結構加工制作

采光頂鋼結構安裝施工中，鋼結構的加工制作是關鍵步驟，包含的工作任務較多。

第一，材料檢驗。鋼結構制作與安裝中，對鋼材的質量要求較高，這些環節所使用的鋼材，需由材料供應部門按規定出具合格證明、技術文件，確保各種鋼材的質量符合國家標準。

第二，材料矯正。鋼結構制作中，矯正是關鍵工序，科學矯正有助于提升鋼結構制作的質量，針對各種型材，如果存在變形情況，要在下料之前矯正。在矯正過程中應配備平板機、型鋼矯正機，矯正一些特殊部位時可采用人工方式，矯正后的鋼材表面不得有明顯的凹面或者損傷，劃痕深度應在0.5 mm 以內。

第三，放樣。放樣工作開始之前，核對施工圖紙，熟悉相關環節的工藝標準，精確掌握各個部件的尺寸。樣板應采用厚0.3 mm 的薄鐵皮制作，考慮切割、焊接、銑刨、火煨等加工余量，在樣板上要清晰標注出切線、孔徑、上下、左右、反正的工作線和加工符號。放樣工作要在專門的放樣平臺上實施，所建立的放樣平臺應符合要求，嚴禁受到外力沖擊[4]。

第四，號料。號料工作開始之前，施工人員需熟悉樣板上的符號、號料數量，板材號料應號出基準檢查線，號孔應號規孔線，號料以后，在零部件上標明零件的編號、數量、加工方法，結合零部件的材料差異，用不同顏色加以標注。同時，應依據施工工藝要求，預留切割與邊緣加工的余量、焊接收縮余量。

第五，切割。鋼板切割作業主要采用氣割方式，氣割鋼板、型材的過程中，對于厚度不超14 mm 的鋼板或者型材，縫寬設置為2 mm；厚度在16 ～20 mm時，縫寬設置為2.5 mm，氣割面的平面度、割紋深度、局部缺口深度都要與設計要求一致。

3.3 鋼結構吊裝

3.3.1 預埋件復測

對前期設置好的各個預埋件加以復測，根據測量數據判定預埋件的位置偏差是否與施工要求相一致，在埋板上彈出軸線定位線。預埋件復測的過程中，相關技術人員需熟悉施工圖紙的各個細節，與施工人員、設計人員等做好測量技術交底，由專業的測量人員根據測量的技術要求，從測量控制網中引出控制埋件、螺栓的控制線、標高控制線，根據設計的預埋件測出預埋件的中心、標高等參數，以這些參數完成定位。預埋件的復測，不僅要對預埋件的位置加以精準定位，還需要保證預埋件的數量、大小等符合要求。

3.3.2 中庭區域水平防護兜網搭設

此環節的施工作業中，涉及到以下工作。

第一，材料準備。按照施工要求，配備高質量材料，如選用Ф12 鋼絲繩，安全網采用平網，需完全符合相應的施工規定，在綁扎中采用8#鉛絲。

第二，施工準備。樓層臨邊防護方面，需按照有關規定進行搭設，及時清除搭設場地內的各種雜物；架管、安全網等所需搭設材料，應準備齊全，并結合現場情況堆放整齊。

第三，為避免在后續的施工作業中出現高空墜物等事故，可在屋面層、4 層、2 層和1 層的中庭區域布滿水平兜網。

第四，設置安全挑網。結合此工程項目的特點，南北向設置5 根鋼絲繩，東西向設置2 根鋼絲繩，形成鋼絲繩網架，相鄰鋼絲繩之間應設置2 道鋼絲繩。鋼絲繩之間用繩卡固定好，將鋼絲繩固定在框架柱上。

3.3.3 吊裝程序

構件進場以后在卸車區通過塔吊吊運到屋面，單根構件不超2 t，利用現場塔吊配合屋面平板車完成二次屋面運輸。構件在屋面加工區加工完成以后，利用龍門吊車將其吊運到J-M/9-10 軸，吊裝吊點設置在鋼梁端部位置。鋼梁上應設置纜風繩，以避免吊裝過程中鋼梁出現前后晃動的問題，而纜風繩的固定點設置在已完成安裝的鋼梁、圈梁上。

3.4 現場焊接

采光頂鋼結構的安裝作業中，涉及的焊接任務要求高，需要根據焊接工藝流程開展相關工作。

市場上可采用的焊接工藝流程較多，為保障焊接質量，需根據實際的焊接要求，合理選擇焊接方式。一般情況下，氣體保護焊的焊接效率高、質量好，在此鋼結構安裝施工中，采用了80%Ar+20%CO2氣體保護焊，對應鋼柱材質選用ER50-6 型實芯焊絲，焊絲直徑為1.2 mm。對于短路過渡，適用于采用平、橫、立、仰全位置焊接，噴射過渡選用平焊、角焊；對于板厚超過6 mm的開坡口焊接，可采用多層多道焊接工藝，焊接厚度控制在100 m 以內；對于低合金鋼板厚超過28 mm 的情況，引入預熱工藝，以避免出現冷裂紋。

焊接作業開始前，需做好充分的準備工作，主要涉及以下工作。

第一，技術準備。按照焊接工藝的要求，編制鋼柱技術交底、作業指導書，參與焊接作業的有關施工人員，根據作業指導書與操作規范進行焊接處理，每個焊接人員人手一冊焊接記錄表。在開展焊接工作的過程中，及時記錄焊接開始時間、預熱溫度、層間溫度、焊接結束時間、焊材用量、探傷結果等信息。

第二，人員準備。針對參與焊接作業的人員，要做好崗前培訓，并在培訓結束后開展嚴格考核，只有通過考核的人員才可以開展焊接作業。

第三，設備準備。焊機工作時，電壓應符合要求，地線壓緊牢固，接觸可靠，電纜與焊絲嚴禁存在破損情況，送絲機應可以均勻送絲。第四，焊接材料準備。對于焊接過程中采用的各種材料，質量必須達到標準。

針對此工程項目的采光頂鋼結構焊接作業，焊接時要做好焊前預熱，焊中應嚴格控制層間溫度，焊后需開展熱保溫處理。焊接作業開始之前，在始焊點附近板厚15 倍且不小于100 mm 的范圍內實施火焰預熱。使用火熱加熱器預熱時，當加熱停止后進入測溫環節，利用紅外測溫儀測量預熱溫度，測溫點與電弧經過前的焊接點距離應合理，溫度需達到120 ℃。在開展焊接作業的過程中，層間溫度應保持在120 ～150 ℃，為保障層間溫度符合要求，應利用CO2保護焊，一旦溫度不符合要求，及時采取有效的控制措施[5]。

第一層焊道應封住坡口內母材與墊板的連接部位，隨后逐道逐層累焊到填滿坡口，每一道焊縫的焊接任務結束后，將焊接部位的焊渣或者飛濺物清除干凈，如果存在焊接缺陷，立即修復，焊接操作時嚴禁在坡口外的母材上打火引弧。為避免邊沿區域冷卻過快，使焊縫部位保持均勻散熱，減少焊接應力分布不均、驟冷裂紋的出現，要在邊沿區域加蓋保溫性能好、耐高溫的保溫棉，加蓋的保溫棉厚度應在8 cm 左右。

4 結語

很多大型建筑體都采用了幕墻采光頂，這種工藝技術對鋼結構的安裝施工要求較高。為提高鋼結構安裝施工的整體水平，工程企業在實際的施工建設中，需根據整體的結構要求加強施工過程中的技術管理、流程把關，嚴控鋼結構安裝施工中的每個步驟，提高結構穩定性、安全性，保障采光頂在建筑中發揮出應有的作用。