屋顶张弦梁施工平台设计与施工技术

刘丽航 杨佳佳 谭海森

1. 歌山建设集团有限公司 浙江 杭州 310052；2. 杭州萧山建筑科学研究有限公司 浙江 杭州 311200；3. 武汉凌云建筑装饰工程有限公司 湖北 武汉 430040

1 工程概况

芜湖某装备制造中心屋面采光顶采用了张弦梁结构，屋面结构标高51.4 m，跨度11.6 m，共8榀张弦梁，张弦梁间距3 m，每榀张弦梁撑杆之间设有连系杆，并在拱高最高点布置1榀连系稳定索，增强结构的整体性。张弦梁上弦为φ121 mm×5 mm的钢管，连系杆为φ76 mm×5 mm的钢管，撑杆尺寸为φ42 mm×3 mm，下弦索和稳定索均为φ16 mm的不锈钢拉索（图1）。

图1 张弦梁结构立面示意

采光顶安装高度离地50.2 m，张弦梁上为点式幕墙，因张弦梁结构自身不具备施工通道及操作平台功能，故需在其下搭设一施工平台，以满足张弦梁及周边梁侧幕墙施工人员安全作业要求。

2 平台方案选择

为解决采光顶安装及梁侧幕墙施工操作平台及零星材料堆放问题，初步设计3个方案：方案1，在地下室顶板上搭设钢管落地式脚手架；方案2，利用采光顶内走廊梁设拉索网平台；方案3，在下层做上拉式工字钢平台＋钢管脚手架。其中方案1，钢管脚手架搭设高度近50 m，地下室顶板需后加固，方案整体钢管用量大，平台搭设工期长且经济性差，不选用。方案2，拉索网平台经济性最好，但因边梁高度2.3 m，梁侧幕墙及张弦梁施工还需设移动操作平台，拉索网需固定在走廊里侧梁下[1-4]，影响走廊梁下砌体施工及安装单位管线施工，也不选用。方案3，在采光井下12层设工字钢钢平台，上拉杆设在走廊里侧梁侧面，平台上搭设脚手架，不影响土建、安装其他单位作业，比方案1经济合理，满足使用要求。因此最终选定方案3——上拉式工字钢平台＋钢管脚手架操作架为施工平台。

3 平台体系设计

本工程采光顶操作平台采用上拉式工字钢平台＋钢管脚手架，脚手架从12层＋44.6 m搭设到屋顶层＋49.6 m，总高为5.0 m。方案模型如图2所示。

图2 方案模型

3.1 钢平台设计

1）钢平台纵向采用长13 m的20#工字钢搁置在天井两侧梁板上，用2道U形锚环固定，U形锚环采用直径20 mm圆钢。工字钢间距1 000 mm，与脚手架立杆间距相同。

2）钢平台横向设置2道200 mm×100 mm×6 mm方矩管，与20#工字钢分段焊接连接成整体（图3）。

图3 钢平台平面布置示意

3）上拉杆采用83 mm×5 mm钢管拉杆（图4），斜拉在中庭上空＋48.6 m两端框架结构梁上。

图4 钢平台布置剖面示意

3.2 连接节点设计

1）工字钢接长采用对接方式（图5），相邻接头错开。

2）上拉杆上下均用耳板销钉连接，拉杆上连接处在结构梁上预埋300 mm×300 mm×10 mm钢板埋件，耳板与钢板或型钢焊接（图6）。销钉采用8.8级M20高强螺栓。

图6 钢拉杆上下连接节点结构示意

3）为避免操作架立杆施工时碰到钢拉杆，对上拉杆下耳板进行优化设计，将耳板竖向改横向，与型钢翼缘及横钢管连接，钢拉杆与立杆轴线错位100 mm（图7）。

图7 钢拉杆下连接节点结构优化设计

3.3 操作平台设计

中庭脚手架操作平台，立杆纵横距均为1.0 m，步距为1.8 m，内立杆离外墙0.3 m；纵向杆在上，搭接在横向杆上的纵向杆横距为1.0 m；连墙点按3跨2步设置。脚手架下端工字钢上口设置钢板网满铺，以防工具材料坠落伤人。操作层用200 mm×4 000 mm×40 mm的松木板满铺，以便于工人施工，剖面如图8所示。

图8 脚手架剖面示意

4 钢平台支模体系施工要点

4.1 工字钢平台安装施工

在搭设前对操作人员进行方案安全技术交底，建立安全技术检查制度。架子工、焊工必须持证上岗，遵守高空作业的有关规定。

平台及脚手架搭设工序：预埋工字钢端点固定环、拉杆锚点预埋件→型钢按设计图尺寸加工→型钢转运→塔吊垂直运输→工字钢粱纵距分布→工字钢粱端点固定→搭设施工安全网→铺设施工木板→工字钢纵向方钢管连接→安装斜拉杆→安装立杆→安装纵向扫地杆→安装横向扫地杆→安装小横杆→安装大横杆（栅格）→安装剪刀撑→安装连墙杆→铺脚手板→搭防护栏杆→绑扎安全网。

平台使用的相关原材料到场后，应进行原材料验收，合格后方可使用。型钢、钢拉杆材质应符合Q235钢要求。

主体结构施工时应将固定锚环及预埋钢板埋设到位。在中庭施工平台开始搭设时，混凝土结构强度不应低于设计值的85%。

型钢在现场2层中庭平台上进行加工，按设计尺寸分别把钢丝绳拉环及脚手架钢管立杆套芯分步焊牢。加工完成后，用塔吊把型钢（型钢重369.1 kg）垂直运输到中庭内12层结构平台上。13 m的钢梁采用双吊点方式起吊，在正式吊装前，应对型钢梁进行试吊，以检验吊点设置的合理性。

安装顺序由4轴向7轴一侧进行，也可以由两端向中间侧进行，楼面不平处可用钢板垫平。

待纵向型钢铺设完成后，按同样的安装顺序安装纵向方钢管，方钢管与工字钢翼缘采用焊接连接。为方便方钢管临时搁置，在型钢下翼缘设置5 mm×5 mm角铁，与型钢点焊连接。

方钢管全部完成后安装上拉斜拉杆，总体施工顺序与型钢梁相同，同根型钢上的上拉杆应对称同步安装完成，再安装下一根。先焊接下端型钢处耳板，上拉杆通过销轴与耳板连成一体，然后焊接走廊上部梁处上连接点耳板，先下后上的施工顺序便于保证上拉杆施工安全及方便施工位置微调。

连接节点的焊接质量是平台安全的重要保障，因此焊接工人应选用钢结构施工专业焊工，同时对焊缝质量进行外观质量评价，质量控制按三级焊缝等级控制。

钢平台使用过程中应派专人进行观测，如发现异常（如挠度超过允许值）现象，立即停止施工，查明原因，经整改后确保安全后方可继续施工。

本工程变形控制值为24 mm，监测时间要求脚手架搭设期间一天两测，平台使用期间一天一测。平台使用期间测得跨中挠度最大值不超8 mm，满足设计要求。

4.2 脚手架操作平台施工

钢平台体系施工完成，项目部组织相关人员进行钢平台验收，验收合格后便可搭设脚手架操作平台。

脚手架立杆宜先立中间里排立杆，后立外排立杆。每排立杆宜先立两头，再立中间的1根，互相看齐后再立中间部分各立杆。钢管的下部应套入型钢套芯中，套芯采用直径25 mm、长200 mm的螺纹钢制作，与型钢梁焊接连接。

连墙件设置间距3跨2步，边墙钢管与设置在边梁上的预埋件焊接连接。扫地杆离钢梁面200 mm高处纵横向设置，在架体四周及每隔6～8跨按要求设置剪刀撑，架体搭设完成后及时铺设脚手板、安全防护网。操作平台使用前应进行整体操作平台验收。

平台上堆物及操作荷载应严格控制在3 kN/m2，不得超载，此荷载主要按设计计算荷载进行控制。

4.3 操作平台拆除

拆除现场必须设警戒区域，张挂醒目的警戒标志。警戒区域内严禁非操作人员通行或在脚手架下面继续组织施工。地面监护人员必须履行职责，配备良好的通信装置。

拆除人员进入岗位后，先进行检查，加固松动部位，清除步层内余留的材料、物件及垃圾块。所有清理物应安全输送到地面，严禁高处抛掷。

先将工字钢上面的钢管脚手架按照脚手架拆除施工工艺进行拆除，然后再拆除斜拉杆、楔子、固定钢筋，检查各个部位是否满足工字钢顺利拆除要求。

钢平台拆除整体顺序为安装的反顺序，即由中间向两侧或一端向另一端进行，依次进行上拉杆、横钢管、型钢梁的拆除。

工字钢拆除主要利用人工，先将工字钢从12层中庭外侧两边平台平移至中庭一端的结构平台处，然后把工字钢分段，利用施工电梯移至1层，搬运时前后密切配合、步调一致，防止工字钢翻倒伤人，移至1层后工字钢用木方垫起，码放整齐。

钢梁焊接点拆除优先使用手提式切割机，必须使用电焊气割工艺时，应严格按照国家特殊工种的要求和消防规定执行。增派专职人员，配料斗（桶），防止火星和切割物溅落。严禁无证动用焊割工具，作业期间随作业位置携带灭火器。

5 结语

本工程通过设置钢平台及搭设满堂操作架平台，解决了采光顶张弦梁拉索高空张拉，玻璃采光顶、边梁幕墙装饰施工等问题，保证了施工安全。此方法可以在类似中庭采光顶施工中借鉴。同时在施工中还应注意上拉杆与脚手架立杆同轴相碰问题，应采取优化措施调整上拉杆位置，本工程通过下耳板与纵向型钢及横向钢梁错位连接进行调整。支撑点结构梁配筋应进行受力复核，型钢梁两端的支撑梁及上拉杆固定端的框梁，对配筋不足处应加强处理。周边上拉杆的梁端连接耳板可不拆除，因处在走廊吊顶内，只需对其做防锈处理保护，也可作为以后保修处理的拉绳固定端。