李文明

廣州協(xié)安建設(shè)工程有限公司 廣東 廣州 510075

1 研究背景

本工程抗風(fēng)設(shè)計(jì)中，在原屋面基礎(chǔ)上增加了：抗風(fēng)支座+抗風(fēng)鋼索+抗風(fēng)罩網(wǎng)+加強(qiáng)龍骨裝飾鋁單板的抗風(fēng)體系，抗風(fēng)設(shè)計(jì)等級(jí)為17級(jí)。本工程一場三館修復(fù)面積約為130730m2，罩棚最高點(diǎn)約54m。設(shè)計(jì)使用年限25年，風(fēng)荷載基本值重現(xiàn)期為50年。其中作為生根受力結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)支座需安裝共7354套，由此而引出抗風(fēng)支座制作安裝的一系列工程技術(shù)難題。

2 技術(shù)特點(diǎn)

支座的定位，采用正逆結(jié)合定位法，實(shí)現(xiàn)僅使用極少的登高設(shè)備，便可準(zhǔn)確快速定位出其安裝位置；支座的開孔，采用逆向開孔法，實(shí)現(xiàn)大批量直接在屋頂上開孔目的，大大減少高空作業(yè)，降低施工措施費(fèi)。

優(yōu)化支座焊接設(shè)計(jì)，將三面現(xiàn)場焊改為兩面現(xiàn)場焊，將鋼支座箍環(huán)分解為兩個(gè)“L”形件。再將①號(hào)“L”件側(cè)邊及底邊各增加10mm，以使仰焊變?yōu)楦┖?。從而?shí)現(xiàn)了可直接在屋頂上進(jìn)行施工，無需使用過多登高設(shè)備在鋼構(gòu)底下進(jìn)行高空焊接作業(yè)目的。

研制出一種實(shí)用新型高程控制器，并形成控制工藝方法，取代傳統(tǒng)控制工具及方法，嚴(yán)格控制支座鋼筒立柱的高程，從而確保鋼索及蝴蝶件能有效壓緊直立鎖邊板，防止強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的破壞，保證抗風(fēng)體系的穩(wěn)固性。

3 適用范圍

該技術(shù)適用于：金屬屋面抗風(fēng)加固及切割開孔施工、金屬屋面鋼構(gòu)焊接施工及防火、狹窄深孔構(gòu)筑物控制高程或長度。

4 施工工藝流程及技術(shù)操作要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程

支座定位開孔→支座優(yōu)化設(shè)計(jì)→支座立柱高程控制→支座制作加工→現(xiàn)場安裝→驗(yàn)收

4.2 施工技術(shù)操作要點(diǎn)

4.2.1 支座正逆向定位法及逆向開孔法

1、支座正逆向結(jié)合定位法

（1）在到主檁條底下進(jìn)行定位及開孔的方法，稱之為：正向法（由下往上）；上到屋頂進(jìn)行定位及開孔的方法，稱之為：逆向法（由上往下）。

（2）先采用登高設(shè)備上到罩棚主檁條下的一端，用鋼釬插穿屋面各結(jié)構(gòu)層，由屋面上2人開出第一個(gè)指引孔，孔寬200mmx200mm。逐層切割屋面各層結(jié)構(gòu)，在能從屋頂看到該主檁條位置后，擴(kuò)孔，。再在主檁條另一端，上下配合開出第二個(gè)指引孔，立標(biāo)桿。

（3）利用兩點(diǎn)成線原理，在屋面上在這兩根標(biāo)桿之間拉通線，此通線則是該區(qū)域代表性屋架主檁條的線段上的走向。測出其他所有主檁條與該開孔主檁條的間距，便得出其他檁條的走向及位置。根據(jù)所測得數(shù)據(jù)繪制主檁條位置走向分布間距圖[1]。根據(jù)鋼索施工圖紙上鋼索及錨具的規(guī)格表進(jìn)行配對(duì)，整理得出同一條主檁條上各支座的間距。將主檁條位置走向分布間距圖（橫向），及同一條主檁條上各支座的間距圖（縱向），進(jìn)行交匯，便可以得出支座的縱橫間距。繪制出支座分布圖，標(biāo)注支座編號(hào)及縱橫間距，便可在屋頂上，以各區(qū)的第一、二個(gè)指引孔及其通線作為為參照物，進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

2、支座逆向開孔法

依照上階段方法及成果，根據(jù)施工需求分區(qū)對(duì)支座進(jìn)行逐一準(zhǔn)確定位標(biāo)記后，便可以進(jìn)行大規(guī)模的正式開孔工作。采用逆向開孔法施工（即直接在屋頂上由上往下開孔的方法）。實(shí)現(xiàn)無需使用登高設(shè)備在主檁條底下進(jìn)行大規(guī)模開孔的目的，減少高空作業(yè)。開孔方法如下：

（1）使用特制的孔口控制工具，開孔劃線器控制孔口尺寸。本工程中抗風(fēng)支座孔洞尺寸需嚴(yán)格控制，防止因孔洞過大為后續(xù)防水施工帶來不便?？卓诔叽鐬椋?00mmx400mm，偏差在±10mm內(nèi)，孔口形心應(yīng)對(duì)正主檁條中線。根據(jù)定點(diǎn)標(biāo)記，將開孔劃線器壓在直立鎖邊板上，用油漆筆標(biāo)記出孔口輪廓。

（2）原屋面系統(tǒng)中含有可燃材料，在包裹嚴(yán)密情況下不燃，但在切割過程中會(huì)讓可燃材料暴露及受熱，而造成起火隱患。由此，在進(jìn)行了對(duì)液壓剪、手工鋸、水下等離子切割、普通砂輪機(jī)澆水切割等多方案對(duì)比之后，推薦使用采用注水式切割機(jī)具，帶水切割開孔。因屋面規(guī)模大，施工位置流動(dòng)性高，難以采用水龍頭供水，則改進(jìn)為使用12V小排量吸水泵，從水桶移動(dòng)式吸水的方法。

4.2.2 支座優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）修復(fù)設(shè)計(jì)圖紙要求①②③處進(jìn)行現(xiàn)場焊，而①處為仰焊。然而本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)高度高，屋面在8.9～54m之間，支座安裝工程量大，工程造價(jià)有限，它區(qū)別于新建項(xiàng)目。而且支座孔空間狹窄，部分區(qū)域還有次檁條的阻擋，難以按設(shè)計(jì)圖紙將“C”形鋼箍板套進(jìn)主檁條，再在支座洞口底下進(jìn)行焊接安裝的方法進(jìn)行施工。

（2）在施工措施方面進(jìn)行了多方案比選。從簡易索道移動(dòng)平臺(tái)到高空作業(yè)車再到場館內(nèi)吊籃等嘗試，均未能取得良好效果。簡易索道移動(dòng)平臺(tái)，雖成本較低，但是安全系數(shù)較低；高空作業(yè)車，嚴(yán)重受場館空間、設(shè)施設(shè)備及屋面鋼構(gòu)的阻礙，也受到建筑高度的限制，臺(tái)班費(fèi)高；場館內(nèi)吊籃：升降受到風(fēng)的限制，屋面鋼構(gòu)的阻礙[2]。上述方案工作性能差，安全系數(shù)低，費(fèi)用高，效率低，均難以實(shí)施。

（3）基于現(xiàn)實(shí)諸多條件的限制及阻礙，通過對(duì)支座焊接設(shè)計(jì)本身加以優(yōu)化，將三面現(xiàn)場焊改為兩面現(xiàn)場焊，將鋼支座箍環(huán)分解為兩個(gè)“L”形件。先在加工場進(jìn)行半成品加工，再在進(jìn)行兩面現(xiàn)場焊。將①號(hào)“L”形件側(cè)邊及底邊各增加10mm，以使仰焊變?yōu)楦┖?。則可直接在屋頂上進(jìn)行焊接施工，從而實(shí)現(xiàn)了無需使用高空吊籃等從場館內(nèi)上到屋面鋼構(gòu)底下進(jìn)行作業(yè)目的。在減少高空作業(yè)，確保施工安全的同時(shí)，也保證了施工質(zhì)量，降低了工程成本。

4.2.3 鋼索支座立柱高程控制及支座制作安裝

1、支座立柱高程控制

（1）所有支座的箍筋環(huán)尺寸是一致的，而立柱高度（長度）則因地而異，需根據(jù)現(xiàn)場主檁條的實(shí)際情況及標(biāo)高進(jìn)行實(shí)測。而支座立柱的高程控制則是使得鋼索及蝴蝶件是否能有效壓緊直立鎖邊板的關(guān)鍵因素之一，決定著抗風(fēng)系統(tǒng)的成敗。否則沒能使鋼索在張拉完畢后形成一個(gè)有效的捆綁作用，導(dǎo)致蝴蝶件與直立鎖邊板邊肋的受力部位脫空，在強(qiáng)臺(tái)風(fēng)渦流的作用下，直立鎖邊板將形成較大的受風(fēng)作用而產(chǎn)生高頻的顫抖，從而導(dǎo)致其損壞和漏水。

（2）由此經(jīng)研制出一種實(shí)用新型的測量儀器“狹窄深孔突出構(gòu)造物高程控制器”（以下簡稱控制器），將精度較低而復(fù)雜繁瑣的常規(guī)測孔方法及計(jì)算工作直接轉(zhuǎn)變?yōu)榉奖憧旖莸哪M放索控制。構(gòu)造上，控制器直接模擬支座的形態(tài)?？刂破鞯鬃椭ё墓凯h(huán)頂板同寬同厚，已進(jìn)行磁化處理的底座能夠有效吸附在主檁條上，防止松動(dòng)，底座兩邊的卡槽能便于底座在主檁條上限位，方便直接模擬支座放置于主檁條時(shí)的情形。平水標(biāo)桿尺的零刻度處于底座頂平面上，與支座鋼筒立柱置于箍環(huán)鋼板頂平面上的情況一致。

（3）施工時(shí)，采用Ф18的尼龍索模擬鋼索(鋼索長度有2～12.5m等多種規(guī)格），將4～6個(gè)鋼索蝴蝶件固定在尼龍索上，將尼龍索穿過2個(gè)控制器數(shù)字滑塊上的索頭。將兩控制器分別置于兩側(cè)支座孔中，放置時(shí)。通過控制器底座的圓形觀察器保證控制器的形心置于待裝支座的形心處。2人配合從兩端分別收緊尼龍索，保證蝴蝶件基本壓緊直立鎖邊板，使得尼龍索對(duì)直立鎖邊板形成一個(gè)有效的捆綁作用時(shí)，再用索上的自卡鎖收緊尼龍索，此時(shí)平水標(biāo)桿尺數(shù)字滑塊上所對(duì)應(yīng)的刻度即是待裝支座鋼筒立柱從箍環(huán)頂板至支座頂?shù)母叱?，即鋼筒立柱的?shí)際所需下料長度。記錄滑塊所指標(biāo)桿尺的刻度，通過松緊尼龍繩進(jìn)行調(diào)整，分3次實(shí)測，取其平均值，精度控制在2mm內(nèi)。隨后編制下料單進(jìn)行支座的制作加工。

2、支座加工制作

根據(jù)上階段量測數(shù)據(jù)嚴(yán)格下料，精度控制在2mm內(nèi)，加工完畢后，需根據(jù)立柱高度對(duì)支座進(jìn)行編號(hào)和印記。

3、支座現(xiàn)場安裝

（1）將相應(yīng)高度的支座分區(qū)吊運(yùn)至屋面。檢查孔口內(nèi)側(cè)四周狀況，特別是可燃雜物是否被徹底清除。用水管插進(jìn)孔口四周材料，澆濕半徑約0.5m圓范圍內(nèi)的吸水材料，并準(zhǔn)備足夠的消防器材。

（2）兩人配合，1人先用特制T形把手點(diǎn)焊固定①號(hào)“L”形件，然后將其通過孔口就位到主檁條位置，通過上拉和右推T形把手的方法，使得“L”形件與主檁條緊密貼合。另1人進(jìn)行點(diǎn)焊，將①號(hào)“L”形件固定在主檁條上。定位焊完畢后用鐵錘敲擊即可將T形把手敲下來。再抬起②號(hào)“L”形件定位到主檁條上，使得兩個(gè)“L”形件形成緊密的抱箍，定位點(diǎn)焊完畢后，再進(jìn)行滿焊。

（3）施工中使用加長的焊把手，伸進(jìn)孔口中，按下焊縫①→上焊縫②→四周焊縫的順序進(jìn)行滿焊。焊接過程中，采用實(shí)用新型接火傘替代接傳統(tǒng)接火斗進(jìn)行施工，防止火星高空濺落。焊接完畢后敲掉焊渣，探傷檢測完畢后對(duì)損壞的漆面進(jìn)行修復(fù)防腐涂裝。支座安裝應(yīng)保證位置準(zhǔn)確，位置偏差不得超過±5mm，焊縫飽滿，防腐涂裝補(bǔ)漆充分，PT及RT探傷抽檢合格率應(yīng)達(dá)到98%以上。

5 效益分析

5.1 社會(huì)效益

該技術(shù)成效顯著,具有一定的社會(huì)效益：

（1）確保了該項(xiàng)目抗風(fēng)體系的穩(wěn)固性，工程的耐久性。

（2）踐行綠色施工，減少高空作業(yè)，避免屋面施工消防隱患。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

本項(xiàng)目采用該技術(shù)完成立計(jì)7354套抗風(fēng)鋼索支座的安裝施工，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益：正逆定位及逆向開孔法，支座焊接工藝優(yōu)化后直接從屋頂洞口進(jìn)行焊接的方法均節(jié)約了登高設(shè)備費(fèi)等措施費(fèi)。減少了高空作業(yè)，提高了工效率，節(jié)省了工期。支座立柱高程控制器的發(fā)明及使用，高效地控制了抗風(fēng)支座的高程，確保屋面抗風(fēng)性，有效地減少了返工及日后維護(hù)成本。