大跨度钢结构吊顶转换层应用技术研究

齐富利 高 华 孙情中 李红艳 吴 拓

为了更好地满足功能与美观的需要，大跨度钢结构建筑应运而生。安全、绿色的大跨度空间装饰吊装十分重要。随着钢结构建筑不断发展，普通的吊顶基层已难以满足国家规范要求。为了保证吊顶基层的可靠性与安全性，需要增加吊顶反支撑和钢结构转换层进行加固。在钢结构吊顶转换层的施工过程中，需要结合现场实际情况改进现有施工方法，从而获得良好的装饰效果[1]。

1 装饰吊顶工程应用

室内装饰吊顶工程共分为4 个吊顶分项工程，其中包括整体面层吊顶工程（石膏板、硅酸钙板等）、板块面层吊顶工程（矿棉吸声板、高晶板等）、格栅吊顶工程（金属格栅、复合材料格栅等）以及集成吊顶工程（铝扣板、蜂窝铝板等）。本工程应用的装饰吊顶有金属铝方通和石膏板。

（1）铝方通吊顶工程按照设计标准要求吊装C 型轻钢龙骨。首先使用C 型轻钢龙骨吊件将M8 吊杆与C 型轻钢龙骨相连接，其次用U 型挂片专用龙骨挂件将U 型挂片专用龙骨与C 型轻钢龙骨连接组成金属铝方通吊顶骨架系统，最后用配套螺母将金属铝方通固定于U 型挂片专用龙骨上，详见图1。

图1 铝方通吊顶示意（来源：作者自绘）

（2）石膏板吊顶工程按照设计标准要求吊装C 型轻钢龙骨。首先使用C 型轻钢龙骨吊件将M8 吊杆与C 型轻钢龙骨相连接，其次用U 型副龙骨挂件将U型副龙骨与C 型轻钢龙骨连接并将U 型副龙骨安插于U 型边龙骨内侧组成石膏板吊顶骨架系统，最后采用自攻螺丝将石膏板固定于U型副龙骨底面，详见图2。

图2 石膏板吊顶示意（来源：作者自绘）

2 工程概况

以河南省洛阳市综合保税区口岸作业区综合服务楼室内精装修工程为例，该项目位于洛阳市涧西区河洛路与西环路交叉口，建筑面积为19 134.44 m2。A、B 办公区结构顶面为钢筋混凝土，最大跨度为72 m，最大高度为4.8 m，室内装饰吊顶材料采用的是石膏板，工程量约为3 000 m2。餐厅结构顶面为正放四角锥螺栓球钢结构网架，最大跨度28.2 m，最大高度为16.7 m，吊顶材料铝方通木纹转印格栅，工程量约800 m2。

3 施工难点

第一，无标准。当吊顶内部吊杆超过2.5 m 净高时，需要根据规范要求设置吊顶反支撑或钢结构转换层，但是现有国家标准、行业规范并未规定吊顶反支撑和转换层的布局、材料规格以及施工工艺。第二，难施工。跨度大，钢筋混凝土结构总跨度为72 m，螺栓球钢网架结构总跨度为28.2 m；层高太高，吊顶装饰标高为11.4 m、吊顶内部空间为3.1 m，钢网架导致吊杆无处生根。大跨度、超高度以及吊杆无处生根给顶面装饰吊顶施工带来了一定的难度。第三，存在安全隐患。因建筑行业的特殊性，在现场施工时存在多家单位同时施工的情况，交叉作业给现场施工造成了一定不便。

4 吊顶转换层体系

根据国家规范要求，吊顶转换层的布置按照吊杆长度不同主要分为吊顶反支撑体系和吊顶钢结构转换层体系2 种。

4.1 吊顶反支撑体系

依据《建筑装饰装修工程质量验收标准》（GB 50210-2018）的相关规定和设计要求，当悬挂长度大于1.5 m 且小于2.5 m 时，必须设置反支撑。反支撑设置主要有以下几种安装方法[2]。

（1）主龙骨拉结法。吊杆悬挂长度为1.5 ～2.5 m 时适用。在主龙骨横梁下边缘每隔2 个主龙骨间隔钻孔，M8 全齿缺口穿过主龙骨，确定位置后将顶部和底部螺母牢牢固定。主龙骨的对角线缺口应以2 倍主龙骨距离间隔布置，斜撑角度设置为45°，顶面采用M8 膨胀螺栓与结构面固定，底面采用M8 固定穿螺栓与横撑龙骨。当吊杆悬挂长1.5 ～2.0 m时，以SC50 主龙骨为宜。此施工方法无焊接，材料价格便宜，但安装效率较低，质量不好控制且人工费较高。

（2）吊杆通长拉结法。吊杆悬挂长度为1.5 ～2.5 m 时适用。首先，斜拉钢筋必须设置在距主龙骨2 倍距离处，斜撑角度为45°。其次，斜拉钢筋为φ0.8圆钢并与M8 全牙吊杆以焊接方式连接，焊接必须进行防锈处理。此外，φ0.8 的斜拉钢筋也可用M8 全牙吊杆代替。该施工方法具有顶面作业安装效率低、施工难度大、材料价格低以及人工成本高等特点。

（3）倒三角法。吊杆悬挂长度为1.5 ～2.0 m 时适用。首先，使用无焊接的轻钢主龙骨或有焊接的角钢支撑牢固，支撑角度设置为45°。其次，安装距离必须在2 m 以内，并围绕中心呈梅花形分布，不得设置在同一直线上。最后，吊杆顶面采用自攻螺丝连接角码与主龙骨，底面采用抽芯铆钉或自钻螺钉与主龙骨连接，角钢采用膨胀螺栓固定。这种施工方法建议采用轻钢主龙骨作为斜撑，具有施工速度快、无需焊接、材料价格低、人工费低等特点。

（4）套管法。吊杆悬挂长度为1.5 ～2.0 m 时适用（吊顶完成面与楼板间距减去20 cm 为吊杆悬挂长度）。在φ8 吊杆上套一根壁厚为1.2 mm 的φ15镀锌钢管或水煤气管，用厚度为3 mm的30 mm×30 mm 垫片、螺母与吊杆垂直拧紧于结构楼板下方，以与楼板无间隙为宜。这种施工方法与主龙骨加固相比，具有施工速度快、无需焊接、材料价格较高以及人工费较低的特点。套管法详见图3。

图3 套管法（来源：作者自绘）

上述几种吊顶反支撑施工方法的经济效益对比分析如表1 所示，其中的数据为按照吊顶反支撑高度2.5 m 计算所得，不同的反支撑高度需另外计算。

表1 经济效益的对比分析

4.2 吊顶钢结构转换层体系

依据《建筑装饰装修工程质量验收标准》（GB 50210-2018）的有关规定和设计要求，当吊杆长度大于2.5 m 或吊杆上部为钢网架、钢屋架时，应设置钢结构转换层。钢结构转换层的设置主要有以下几种安装方法[3]。

4.2.1 镀锌角钢井字格法（适用于混凝土结构）

首先确定装饰吊顶主龙骨的安装位置，然后根据标高采用焊接的方式固定钢龙骨架网，以支撑轻钢主龙骨。支撑钢架的轴向设计尺寸可根据吊顶龙骨布置的实际位置确定，相邻两排交叉角钢间的距离不应超过1 200 mm，网格边缘距离墙壁200 mm。竖向角钢的间距不应超过1 200 mm，钢龙骨架网采用焊接方式连接。竖向角钢通过镀锌角码和膨胀螺栓与结构平面连接。这种是传统的吊顶转换层施工方式，具有用钢量大、人工成本高、高空作业安全系数低的特点。镀锌角钢井字格法见图4。

图4 镀锌角钢井字格法（来源：作者自绘）

4.2.2 镀锌扁钢、螺栓连接法

钢网架结构在做装饰吊顶时，吊杆没有可以固定生根的地方，而原钢网架不允许二次焊接操作，且结构受力集中在每个钢球的中心，同时不允许对原钢结构构件施加外力，导致后续吊顶施工困难[4]。

（1）当结构网架为螺栓球连接体系时，采用φ20 镀锌螺纹杆与螺栓球连接过渡。L50 mm×50 mm×5 mm 镀锌角钢栓接成等边三角形，接着三角形接头和螺纹杆再一起固定在螺栓球上，最后三角形连接件的底部与竖向角钢竖向焊接，再横向焊接L50 mm×50 mm×5 mm 的角钢作为过渡转换层，以便于后续安装装饰吊顶系统。

（2）当结构网架为焊接球连接系统时，采用40 mm×6 mm 镀锌扁钢与焊接球箍连接过渡。先将40 mm×6 mm的镀锌扁钢加工成O 型预制件，预制件包裹在焊接球周围。同时将O 型扁钢底部用尺寸M8 mm×50 mm 的对穿螺栓与L50 mm×50 mm×5 mm 镀锌角码栓接，角码底部用垂直角钢焊接形成过渡层，以便后续安装装饰吊顶系统。

5 施工技术措施

5.1 脚手架的搭设

（1）满堂式脚手架。满堂式脚手架的搭设一般采用钢碗扣式和扣件式钢管脚手架，具有承载能力大、拆卸方便、安装灵活以及一次投资费用较低等优点。当脚手架结构的几何尺寸满足国家标准的相关要求时，单腿管柱的承载力可达15～35 kN，能够保证后续施工的安全性。该方案的缺点是租赁成本高、安装拆卸周期长，对于大跨度钢结构吊顶转换层的施工，不推荐采用该方案[5]。

（2）门式脚手架。门式钢管脚手架方案充分体现了几何尺寸标准化的优势，具有拆装方便、安装效率高、省工省时、安全可靠以及经济实用的优点。该方案的缺点是框架尺寸不灵活，任何框架尺寸的改变都需要搭设另一种的支撑架及附件，最大搭设高度为5 ～6 m，有很大的局限性。对于大跨度钢结构吊顶转换层的施工，不推荐采用该方案。

5.2 电动升降平台车的使用

电动升降平台车最常用的是剪刀车、蜘蛛车和曲柄车，采用电力驱动，所有控制均基于手柄，操作简单且易于掌握，施工效率高，反应快，租赁成本低，噪音低，无污染，最大提升高度可达60 m。这种方案的缺点是平台载人载货能力小，需要同时建造多个装置。另外，在安全使用方面要严格按照使用说明书操作，严禁超载，而且使用时还要注意设备固定部件的稳定性是否良好。该方案建议应用于大跨度钢结构吊顶转换层的施工。

6 安全技术措施

6.1 机械使用

首先，现场机械设备应保持良好的工作状态，警告和安全限位装置应齐全；其次，操作人员必须持证上岗；再次，在机械设备安装、拆卸前必须进行安全技术交底，安装合格后方可使用；最后，所有便携式电动工具均为标有“回”字的II 类便携式电动工具，不得使用I 类便携式电动工具。

同时，焊机应放置在防水、通风良好的地方，交流焊接变压器一侧电源线的长度不应超过5 m，入口处应有防护罩。另外，操作电焊机时必须按标准要求穿戴防护用品。

6.2 焊接作业

第一，禁止在工作压力管道上焊接易燃易爆物质的容器和受力部件。第二，移动电焊机时，必须切断电源，不得随意拖拉电缆。第三，在高处焊接、切割时必须符合《高处作业安全标准》，系好安全带并有专人监护。第四，焊接处下方不准有人或易燃易爆物品，严禁将工作回路缠绕在身上。第五，切割时，对被切割的物体采取安全措施，以防止坠落伤害或火花引起火灾。第六，清理焊皮和冲击焊渣壳时要戴防护眼镜，防止焊渣颗粒击伤眼睛。第七，作业时，电焊机的接地线、零线和焊接回线不得敷设在易燃易爆危险品上，且不得与管道、电力、仪表保护套管和设备连接。第八，工作回路应良好接地，底盘接地必须符合安全规定。第九，焊机周围和上方不得存放任何物品。

6.3 高空作业

第一，要确保高空作业人员持有有效证件，严格遵守安全施工规程要求，着装灵活，不穿硬底滑鞋。高空作业人员必须进行体检，患有心脏病、高血压、精神病和癫痫的人员不得进行高处作业。高空作业的安全防护必须符合要求，操作人员应系好安全带。第二，高空作业材料必须堆放平稳，不得靠近边缘和孔洞。若存在坠落风险，必须及时将其取出或固定，以避免坠落事故。不得随意移动或拆卸安全标志，如果由于工作原因必须这样做，需在领班批准的情况下才能进行移动和拆卸，并在完成该项工作后立即恢复[6]。第三，冬季施工必须采取可靠的防滑、防寒、防冻、防毒以及防火措施。在编制每个项目的施工计划时，应将与高空作业有关的各种安全措施纳入项目的设计和施工计划。

7 效益分析

（1）经济效益。在工程项目中应用合适的施工方法，可以节约成本，提高工作效率，在保证质量的基础上满足工期需求。同时，采用免焊接施工方法可以减少用钢量和建筑垃圾的产生，有效节约能源，且施工简单（一个人即可操作），用料轻便，避免安装时坠落伤人，有效提高经济效益。

（2）社会效益。一个项目的完美交付要在保证工期的同时满足质量和环保要求，环保技术的出现对装饰行业的发展产生了深远的影响，将推动整个行业乃至社会的巨大进步。同时，随着新技术的不断应用，传统的吊顶方式逐渐被淘汰，新技术将继续引领装修行业吊顶技术的发展。

8 结语

需要装修吊顶的大型厂房与网架结构建筑，由于跨度大、高度高，无法使用常规方法施工，因此需要采用一些与工程特点相匹配且省时省力的方法来设置反支撑技术和钢结构转换层等技术。同时，利用反向支撑和转换层吊杆施工有效解决了钢网架吊杆无处生根、吊杆长度过长的问题，且有效降低了建设成本，具有良好的经济效益和社会效益。