馮慶敏，魏從高，張意，管立平，張宇

（1重慶建工住宅建設(shè)有限公司，重慶 400015；2徐州通域空間結(jié)構(gòu)有限公司重慶分公司，重慶 400060）

1 工程概況

重慶某廣場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)玻璃頂蓋項(xiàng)目工程采光頂球殼（如圖1所示）建筑面積為870m2，球殼單體表面積1670m2，結(jié)構(gòu)形式為球面網(wǎng)殼，節(jié)點(diǎn)形式為相貫節(jié)點(diǎn)，支撐形式為縱向多點(diǎn)支撐。屋蓋結(jié)構(gòu)支座均設(shè)置在下部混凝土框架柱頂，支座上部由短柱與環(huán)形鋼梁焊接連接。該鋼結(jié)構(gòu)工程為單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，球殼半徑為36m，異型桁架最高點(diǎn)距離地面約為40m。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)玻璃頂蓋項(xiàng)目

2 施工難點(diǎn)和技術(shù)確定

傳統(tǒng)腳手架方案費(fèi)用是與搭設(shè)腳手架體積呈線性增長(zhǎng)，體積在超過(guò)一定限額時(shí)，所使用的材料也會(huì)依實(shí)際情況上浮，人工也會(huì)依實(shí)際情況增加[1]，因此整體費(fèi)用偏高；傳統(tǒng)腳手架方案在施工過(guò)程中也隨高度增加，危險(xiǎn)度會(huì)相應(yīng)增加而施工效率相應(yīng)降低。

球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示，該工程若采用滿堂腳手架對(duì)采光頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工，則腳手架的搭設(shè)高度將達(dá)到將近40m，需要耗費(fèi)大量的人力物力，且危險(xiǎn)性高，經(jīng)濟(jì)效益較差。鑒于此種情況，在細(xì)致考察了施工現(xiàn)場(chǎng)條件，并經(jīng)過(guò)細(xì)致的分析論證后，最終決定采用搭設(shè)懸空操作平臺(tái)進(jìn)行采光頂結(jié)構(gòu)的施工。

圖2 球面網(wǎng)殼剖面圖

圖3 球面網(wǎng)殼施工圖

懸空操作平臺(tái)是一種網(wǎng)狀復(fù)合承重的綜合結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)體系由鋼索網(wǎng)、槽鋼、木膠板、竹跳板等構(gòu)件組成。鋼索網(wǎng)作為主要承重結(jié)構(gòu)（如圖4所示）由固定于周圍支點(diǎn)的預(yù)應(yīng)力鋼索交織形成，鋼索位置可通過(guò)做圓的內(nèi)接等邊三角形，以旋轉(zhuǎn)角度為13.3°，旋轉(zhuǎn)生成九個(gè)相同的等邊三角形，三角形各邊即為鋼索布置位置。而后在索網(wǎng)上依次鋪設(shè)槽鋼、木膠板、竹跳板，并增設(shè)其他附屬設(shè)施，從而形成完整的懸空操作平臺(tái)。該平臺(tái)可大大減少施工腳手架的搭設(shè)成本，縮短施工周期，確保了大空間高空施工的順利開(kāi)展。

表1 鋼索選型表

圖4 索網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 力學(xué)計(jì)算

懸空操作平臺(tái)的主體受力結(jié)構(gòu)為鋼絲繩交織形成的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，作為柔性結(jié)構(gòu)其初始剛度取決于施加的預(yù)拉力大小，若要使最終的操作平臺(tái)滿足施工安全及使用要求，就需要同時(shí)對(duì)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)在最不利荷載條件下的受力和變形進(jìn)行限制[2]，并在此限制條件下通過(guò)優(yōu)化分析選出最符合要求的鋼絲繩型號(hào)以及對(duì)應(yīng)的所需施加的預(yù)拉力大小，從而指導(dǎo)實(shí)際的平臺(tái)搭設(shè)，在理論上保證懸空操作平臺(tái)的安全性和適用性。

采用通用有限元軟件ANSYS建立索網(wǎng)的有限元模型，鋼索采用LINK10單元模擬 （Tension only），有限元模型如圖5所示。

在受力和變形的雙控指標(biāo)下，通過(guò)迭代優(yōu)化分析，最終得到了滿足工程要求的索網(wǎng)型號(hào)及所需施加的預(yù)拉力大小。此外，為了增加該工法的適用范圍，還補(bǔ)充計(jì)算了結(jié)構(gòu)跨度從18～42m時(shí)的鋼索選型和預(yù)拉力大小，以及鋼索固定點(diǎn)的最小承載力，限于篇幅，本文僅給出了30～36m時(shí)的選型結(jié)果，如表1所示。

4 施工工藝

4.1 工藝流程 （如圖6）

4.2 平臺(tái)搭設(shè)

4.2.1 現(xiàn)有結(jié)構(gòu)條件判定

檢查現(xiàn)有結(jié)構(gòu)是否具備鋼索的支承條件[3]。索網(wǎng)在現(xiàn)有圓形結(jié)構(gòu)上應(yīng)具有等間距的支承點(diǎn)，且支承點(diǎn)應(yīng)滿足一定的承載力要求。

（1）現(xiàn)有結(jié)構(gòu)滿足要求：現(xiàn)有結(jié)構(gòu)滿足索網(wǎng)支承條件，此時(shí)可直接進(jìn)行后續(xù)的方案設(shè)計(jì)。

圖6 工藝流程

（2）現(xiàn)有結(jié)構(gòu)不滿足要求：在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上增設(shè)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)臨時(shí)支承點(diǎn)，可采用焊接臨時(shí)支點(diǎn)或增設(shè)其他臨時(shí)錨固措施，并保證臨時(shí)支承點(diǎn)的承載力要求，之后方可進(jìn)行后續(xù)施工。

4.2.2 索網(wǎng)張拉

（1）在方案選定和現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作完成的情況下即可進(jìn)入平臺(tái)主體受力索網(wǎng)張拉過(guò)程。

（2）主受力索的預(yù)張力最大不超過(guò)40kN，利用小型預(yù)應(yīng)力張拉千斤頂、電動(dòng)葫蘆導(dǎo)鏈等設(shè)備進(jìn)行張拉。

（3）張拉的內(nèi)力控制方式可以通過(guò)張拉設(shè)備設(shè)定設(shè)計(jì)張力來(lái)控制，或者根據(jù)鋼索截面型號(hào)及說(shuō)明書(shū)要求，來(lái)控制拉索的內(nèi)力。

（4）鋼索張拉設(shè)備采用千斤頂和配套油泵。根據(jù)設(shè)計(jì)和預(yù)應(yīng)力工藝要求的實(shí)際拉力對(duì)千斤頂、油壓傳感器進(jìn)行標(biāo)定。實(shí)際使用時(shí)，由此標(biāo)定曲線上找到與控制張拉力值相對(duì)應(yīng)的值，并將其計(jì)算打印成表格，以便操作和查驗(yàn)。

（5）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，可以采用逐次單根張拉或多根同時(shí)張拉的方式進(jìn)行。索網(wǎng)張拉應(yīng)根據(jù)方案對(duì)稱張拉施工。

（6）施工平臺(tái)可能進(jìn)行焊接施工，索端與錨固點(diǎn)之間應(yīng)有絕緣措施。

（7） 鋼索與鋼柱鋼梁接觸部位增設(shè)枕木和膠皮墊（增大受力面積，減小壓強(qiáng)），該位置從上到下（外到內(nèi)）依次順序?yàn)殇撍鳌砟尽z皮墊→鋼柱（梁）。枕木和膠皮墊下方焊接下腳料作為支托，防止其受力后產(chǎn)生滑移。

4.2.3 輔助受力構(gòu)件及附屬設(shè)施搭設(shè)

索網(wǎng)架設(shè)完成后，方可進(jìn)入施工操作面輔助構(gòu)件鋪設(shè)。

（1）采用鋼絲繩U形卡將鋼絲繩相交處兩根鋼絲繩固定在一起，保證鋼絲繩節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)固，從而保證鋼絲繩交織形成可靠的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

（2）鋪設(shè)槽鋼作為“受力次梁”，按照實(shí)際情況需求確定槽鋼鋪設(shè)間距（一般約為1～1.5m），在槽鋼端部鉆孔穿鐵絲將其與鋼索進(jìn)行綁扎，槽鋼與鋼索通過(guò)在槽鋼上鉆孔，用鐵絲（或卡扣）穿過(guò)鉆孔將鋼索與槽鋼牢固綁扎固定，并進(jìn)行防滑處理，可在綁扎處纏繞橡膠帶或布條等增大綁扎處的摩擦力，保證綁扎牢固可靠。

（3）槽鋼設(shè)置完成后，為滿足施工安全需求，在索網(wǎng)下方、施工平臺(tái)外圍增設(shè)施工安全防護(hù)網(wǎng)，防止異物墜落。

（4）鋪設(shè)木膠板和竹跳板。施工中應(yīng)采取措施保證木膠板和竹跳板的穩(wěn)定。一般可以在木膠板上鉆孔穿鐵絲將其與槽鋼固定[4]，竹跳板可以直接與鉆孔后的木膠板綁扎固定，如圖7、圖8所示。鋪設(shè)木膠板和竹跳板時(shí)應(yīng)一端朝圓心均勻鋪設(shè)，盡可能減小板與板之間的空隙，平搭在主體結(jié)構(gòu)一端的木膠板與竹跳板除與下部槽鋼間綁扎固定外，還應(yīng)與周邊結(jié)構(gòu)進(jìn)行綁扎固定，具體可通過(guò)在木膠板與竹跳板上鉆孔，用鐵絲與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行綁扎固定，或根據(jù)具體的施工情況，采用可靠的方式進(jìn)行固定。用于綁扎槽鋼的鐵絲直徑不小于3.5mm。

圖7 木板與槽鋼連接示意圖

圖8 竹跳板與木板連接示意圖

（5）增設(shè)平臺(tái)臨邊防護(hù)措施?？赏ㄟ^(guò)在臨邊槽鋼焊接三角支架（如圖9），而后在支架上焊接鋼筋從而形成臨邊護(hù)欄（如圖10），在平臺(tái)下方布置安全防護(hù)網(wǎng)。

圖9 臨邊槽鋼上焊接臨時(shí)護(hù)欄

圖10 焊接鋼筋后整體護(hù)欄示意圖

（6）由于索網(wǎng)平臺(tái)雖然承載力足夠但施工過(guò)程中在施工荷載作用下依然存在一定的撓度。為進(jìn)一步減小索網(wǎng)平臺(tái)的撓度，在上部穹頂?shù)闹魇芰︿摿杭茉O(shè)完成的條件下，可以利用上部結(jié)構(gòu)的承載能力，在鋼索最內(nèi)圈與主梁投影相交的位置分別增設(shè)豎向拉接導(dǎo)鏈，如圖11所示，從而進(jìn)一步減小施工平臺(tái)索網(wǎng)撓度，保證施工平臺(tái)的水平度，豎向拉接導(dǎo)鏈與主梁的連接可采用在主梁上焊接臨時(shí)構(gòu)件（如將鋼筋加工成U形焊接在主梁上部），將導(dǎo)鏈繞過(guò)主梁，通過(guò)臨時(shí)構(gòu)件的輔助從而與主梁可靠連接。導(dǎo)鏈與索網(wǎng)的連接則應(yīng)選擇索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處作為連接部位，可在該節(jié)點(diǎn)部位纏繞橡膠帶等，增大節(jié)點(diǎn)部位摩擦力，將導(dǎo)鏈牢固纏繞并固定于索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處。施工平臺(tái)搭設(shè)完成后如圖12所示。

圖11 豎向拉接導(dǎo)鏈設(shè)置位置

圖12 施工平臺(tái)搭設(shè)完成

（7） 平臺(tái)搭設(shè)完成后，中部上料口應(yīng)設(shè)置安全兜網(wǎng)，在不上料情況下，保證安全兜網(wǎng)全覆蓋中部的空間。上料過(guò)程只能局部打開(kāi)，能滿足上料施工即可。

（8） 平臺(tái)操作面可適當(dāng)增設(shè)防滑措施，如采取鋪設(shè)橡膠墊等增強(qiáng)平臺(tái)防滑性。

（9）平臺(tái)搭設(shè)完成后應(yīng)根據(jù)方案設(shè)置限重標(biāo)識(shí)。

4.3 平臺(tái)使用要點(diǎn)

（1）按設(shè)計(jì)規(guī)定的荷載使用，嚴(yán)禁超載。

（2）平臺(tái)荷載應(yīng)均勻分布，避免荷載集中于一點(diǎn)或一側(cè)。

（3）不得隨意拆除安全防護(hù)措施，未有設(shè)置或設(shè)置不符合要求時(shí)，應(yīng)予補(bǔ)設(shè)或改善后才能上架進(jìn)行作業(yè)[5]。

（4）施工過(guò)程中，應(yīng)對(duì)平臺(tái)承載力和變形進(jìn)行控制監(jiān)測(cè)，平臺(tái)承載力不應(yīng)超過(guò)鋼索選型表中的荷載限值，具體控制方法可通過(guò)在平臺(tái)臨邊欄桿處設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，采用水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)該點(diǎn)撓度，控制撓度在選型表限值以內(nèi)。當(dāng)撓度超過(guò)位移限值時(shí)，應(yīng)立刻停止施工，采取卸載或?qū)︿撍餮a(bǔ)張拉等措施來(lái)控制平臺(tái)變形。

（5）作業(yè)時(shí)應(yīng)注意隨時(shí)清理落到平臺(tái)面上的材料，保持平臺(tái)面上規(guī)整清潔，不要亂放材料、工具，以免影響作業(yè)安全和發(fā)生墜物傷人。

（6）每次收工時(shí)，宜把平臺(tái)面上的材料用完或碼放整齊。

（7）禁止在平臺(tái)面上打鬧戲耍。禁止在平臺(tái)面上急行或跑動(dòng)。

（8）在平臺(tái)上進(jìn)行電氣焊作業(yè)時(shí)，要鋪設(shè)隔火、接火設(shè)施，同時(shí)設(shè)置滅火器等防火、滅火設(shè)施。

（9）當(dāng)平臺(tái)面高度不夠，一定要采用穩(wěn)定可靠的墊高方法，當(dāng)需要再搭設(shè)門字型腳手架或高凳時(shí)，在底部應(yīng)設(shè)置整塊木墊板等。在加高作業(yè)面時(shí)，應(yīng)相應(yīng)增設(shè)防護(hù)設(shè)施，保證腳手架的平穩(wěn)。

（10）在平臺(tái)上運(yùn)送材料時(shí)要輕拿穩(wěn)放，不許采用傾倒、猛磕或其他匆忙卸料方式。

（11）工人在操作平臺(tái)上進(jìn)行施工時(shí)應(yīng)系好安全繩。在上部結(jié)構(gòu)（如網(wǎng)架、網(wǎng)殼等）完成前，安全繩可固定在主體結(jié)構(gòu)周邊柱（或環(huán)梁）上；在上部結(jié)構(gòu)完成后，可將安全繩固定于上部結(jié)構(gòu)上。

4.4 平臺(tái)拆除

為保證施工平臺(tái)拆除過(guò)程中的安全性，拆除施工平臺(tái)必須完成下列準(zhǔn)備工作：

（1）全面檢查施工平臺(tái)，重點(diǎn)檢查鋼索支承點(diǎn)、防護(hù)措施等是否符合安全要求。

（2）根據(jù)檢查結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)情況結(jié)合專項(xiàng)施工方案制定拆除順序和措施。

（3）根據(jù)拆除現(xiàn)場(chǎng)的情況設(shè)圍欄或警戒標(biāo)志，并有專人看守。

（4）拆除前清除平臺(tái)上留存的材料、電線等雜物及地面障礙物。

施工平臺(tái)的拆除應(yīng)符合下列要求：

（1）拆除平臺(tái)必須有專人指揮，參與拆除的人員應(yīng)注意動(dòng)作的配合和協(xié)調(diào)，在拆除過(guò)程中不宜中途換人，不得單人拆除較重桿件等有危險(xiǎn)的構(gòu)配件。

（2）拆除順序應(yīng)是后搭設(shè)的部件先拆，先搭設(shè)的部件后拆。

（3）拆除的施工平臺(tái)部件應(yīng)及時(shí)運(yùn)至地面，嚴(yán)禁從空中拋擲。

（4）運(yùn)至地面的平臺(tái)部件應(yīng)及時(shí)清理、保養(yǎng)，根據(jù)需要涂刷防銹漆，并按品種、規(guī)格隨時(shí)碼堆存放。

5 結(jié)論

懸空操作平臺(tái)是一種網(wǎng)狀復(fù)合承重的綜合結(jié)構(gòu)，具有搭建方便、成本低、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)。

（1）平臺(tái)受力合理，安全可靠。懸空操作平臺(tái)主受力構(gòu)件為預(yù)應(yīng)力鋼索，另外有槽鋼、木膠板、竹跳板作為輔助受力構(gòu)件，在一起形成了網(wǎng)狀復(fù)合承重的綜合結(jié)構(gòu)，保證體系結(jié)構(gòu)安全，總體適用性較強(qiáng)。

（2）平臺(tái)搭建方便，工藝簡(jiǎn)單。相對(duì)于滿搭腳手架來(lái)說(shuō)，索網(wǎng)平臺(tái)搭建更加方便，僅需要將鋼索張拉后固定并形成索網(wǎng)，節(jié)約了大量的人力成本，節(jié)約工期。

（3）平臺(tái)節(jié)約材料，總體成本低。該平臺(tái)僅需要少量鋼索和一套預(yù)拉設(shè)備，而且可重復(fù)使用，總體投入少。

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[2]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

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