狭长型钢结构采光顶高效施工技术

李娄山 李明科 许圆昌 何钊祎

中建二局第三建筑工程有限公司 北京 100070

大型商业开发建设越来越多，带有采光顶的商业街不断出现。在有采光顶的大型商业体中，采光顶钢结构施工作为施工过程控制的一个重、难点，在质量、安全和施工进度方面，都是关注的焦点。采光顶钢结构采用常规满堂脚手架进行施工时，会影响后续专业穿插以致影响施工进度，同时超高架体搭设属超危工程，须时刻保持关注。同时，一般采光顶位于整体结构的中间位置，不具备使用大型施工机械进行整体安装的条件。为此，结合北京通州阳光保险后援中心项目的施工实践，通过技术攻关，研制出一套适用于这种狭长型钢结构采光顶高效施工的装置，解决了施工难题，并分析和总结了其施工要点，具有一定的应用价值。

1 工程概况

阳光保险集团后援中心项目位于北京市通州区，地处通州商务园内，本项目主要为办公及附属配套设施，是阳光保险集团的金融办公总部。其中，钢结构采光顶位于本工程A座，采光顶为跨度14.2 m弧形三维空间钢桁架，外弧长177.417 m（图1）。桁架通过与混凝土柱顶板上的300 mm高箱形短柱连接，桁架顶标高25.950 m。钢桁架施工完毕后，在桁架上挂设玻璃幕墙。

图1 屋面采光顶钢结构模型

2 施工整体思路

结合本工程结构形式、实际施工特点，为顺利完成施工，拟在中庭18 m标高处的悬挑楼板上搭设长12 m、宽6 m、高6 m的移动操作架。

操作架均采用φ48 mm×3.5 mm钢管焊接搭设，焊缝采用满焊形式。采用4组桁架结构作为竖向支撑，上部用12 m跨度的钢架连接，下方安装4个万向轮，用2根20a#工字钢的钢材支撑上部架体，使之可以移动，万向轮处安装刹车系统，防止架体使用过程中移动。操作架立杆纵、横距均为1.5 m，步距1.5 m。

在架体的顶部铺设脚手板作为施工平台，上设护身栏杆，护身栏杆应搭设在外立杆内侧，上栏杆上皮高度1.2 m，中栏杆应居中设置，下方满挂安全网，两侧搭设上人爬梯，方便安装人员的操作（图2）。

图2 采光顶钢结构移动式操作架组成

3 施工流程

根据施工方案中的整体的施工部署，编制狭长型钢结构采光顶的施工流程，具体流程如图3所示。

图3 狭长型钢结构采光顶的安装流程

4 移动式操作架体设计

根据现场实际情况搭设脚手架拼装平台（图4），脚手架、跳板及施工荷载为5 t，平台折算面积为22.8 m2。经计算，桁架荷载、拼装设备荷载及平台自重荷载约为2.2 kN/m2。根据设计，此处悬挑楼板为120 mm厚，并设有悬挑梁250 mm×700 mm，设计荷载3 kN/m2＞2.2 kN/m2，悬挑楼板满足承载力要求。

图4 移动操作架整体施工效果图

悬挑楼板本身能够承受移动脚手架荷载，为保证安全，在悬挑楼板处进行脚手架加固。脚手架立杆纵距0.90 m、横距0.90 m、步距1.50 m，满足加固要求。悬挑楼板回顶支撑如图5所示。

图5 悬挑楼板回顶支撑示意

此操作架要上人，操作平台可承重构件质量200 kg，且需铺设66块脚手板，考虑其他因素，对架体承载力及稳定性进行验算。取荷载值为3 t作用在架体上，其中线荷载2.5 kN/m，节点脚手架间距为1.5 m，所以节点处的集中荷载3.75 kN。应用Midas进行建模计算（图6、图7），最大应力94.1 MPa、最大变形9.5 mm，均在允许范围内，架体安全性有保障。

图6 应力变化

图7 构件变形

5 关键施工工艺

5.1 应用BIM技术进行方案论证及施工推演

利用BIM技术对采光顶钢结构和施工架体进行建模（图8），将模型导入Midas中进行整体受力分析，保障其施工的安全性。根据计算结果，施工过程中严格控制钢结构下挠值。

图8 BIM模型

同时，应用BIM技术，对钢构件进行编号，构件进场后按照BIM模型的编号逐一进行安装，避免了构件安装错误。施工时，应用BIM技术进行三维可视化交底，推演施工工艺流程，使施工人员更好地理解施工工艺，保障施工质量。

5.2 可移动式操作平台的搭设

根据设计图纸，严格验收进场材料规格、型号。验收完成后，将立柱桁架和梁桁架在地面上拼装完成，用塔吊将桁架吊至作业层进行组拼（图9）。主体架体组拼完成后，铺设平台板，根据施工设计荷载进行架体承载试验（放置同等设计荷载量的砂袋），静止24 h后检查架体情况，各项指标满足设计要求后，可卸载使用。

图9 可移动式操作平台的搭设

5.3 可移动式操作平台的滑移

应用验收合格的操作平台开始安装首榀钢结构门架，施工人员站在操作平台上进行作业，正下方中庭需拉设警戒线并设置专门看护人员，避免交叉作业。首榀钢结构安装完成后，将操作架体滑移到第2榀安装区域，滑移过程中要保障滑移的同步性，滑移到位后要将架体下部滑轮及中部位置锁死，避免施工过程中发生移动（图10）。

图10 首榀钢结构安装及可移动式操作平台滑移

5.4 可移动式操作平台的拆除

倒数第2榀钢结构门架安装完成后，及时拆除可移动式操作平台，按照安装时的倒置顺序进行拆除，拆分到地面后进行解体存入库房，待后续工程周转使用。最后一榀钢架安装人员站在混凝土楼板上作业，直至屋顶钢结构全部安装完成（图11）。

图11 架体拆除、钢结构全部安装完成

6 效益分析

1）工期效益。采光顶移动式操作架操作方便，简单易行，施工速度快，提高工人工作效率，保证了施工人员的安全，比计划工期提前了20 d。

2）质量效益。现场施工表明，采光顶移动式操作架系统使用方便，施工效率高，耗材少、一次成形，施工人员借助移动式操作架体进行焊接及防火涂料的喷涂，避免了高空作业，保障了施工质量。

3）经济效益。采光顶移动式操作架一次成形后整个周期内均可使用，使用时间长，能减少施工材料用量，提高施工效率。以阳光保险集团通州后援中心工程施工总承包工程为例，使用移动式操作架，不占用室内空间，不影响现场其他施工工序，加快了施工进度。同时，移动式操作脚手架使用材料少，搭设简单，提高了经济效益。整个移动式操作架包干价为5 000元/个，而使用传统满堂架的包干价（包括方木、支撑等）以体积计算为20元/m3，本工程共21 600 m3，总计432 000元，因此，可实现经济创效427 000元。

7 结语

狭长型钢结构采光顶高效施工技术，克服了此类项目传统施工工艺带来的一系列问题，在满足安全的前提下，提高了施工速度，避免了大面积满堂脚手架的搭设，满足了钢结构安装中设计和规范的要求，带来了良好的经济效益，值得类似工程借鉴。

同时应注意，本工程经过核算及实际应用，上文所述的操作架体搭设选用的材料和立杆间距、步距等仅适用于跨度小于12 m的狭长型钢结构采光顶的施工，若超过此跨度，需重新核算。