曲面悬挑网架檐口弧形铝板封边施工技术研究

张 伟

(中铁十六局集团城市建设发展有限公司 北京 100018)

1 引言

网架结构、网壳结构是目前大跨度、空间曲面造型建筑屋面的主流结构形式，其屋面多采用直立锁边铝镁锰板金属屋面，檐口四周多采用铝单板封闭。铝单板具有重量轻，可加工性能好，安装方便，抗侵蚀性与抗外力变形性能出众等诸多材料优势，已经在外装饰幕墙及檐口封边中广泛应用。但现在很多大跨度网架屋面追求艺术表现力和空间效果，多为曲面异形形态，也不乏高大悬挑位置，无疑为金属屋面檐口施工带来了很大的挑战[1]。传统建筑屋面高大悬挑位置施工，一般采用搭设满堂架进行，不仅施工困难而且造价高昂。本文依托盘锦市中医医院项目，针对施工过程中遇到的诸多问题，研究了一种针对特殊弧形檐口的铝单板封边施工技术，该技术应用一种悬挂式钢爬梯辅助平台实现了高空作业的安全、灵活、快捷，为作业人员提供安全、稳定作业面的同时，也为檐口铝板安装质量提供了设施保障。

2 工程概况

盘锦中医院项目位于辽宁省盘锦市双台子区胜利街，总建筑面积43 780 m2，新建门诊病房综合楼地上部分建筑面积24 579.54 m2、地下部分建筑面积9 754.64 m2，部分屋面采用钢网架结构[2]。屋面檐口最高处为43.90 m，南北向出挑6.5 m，东西向出挑3.3 m，弧形檐口铝板半径为1.25 m，为厂家预制加工后运达现场安装，以50 mm×50 mm×3 mm方钢为龙骨与屋面钢网架檩条焊接连接。

檐口出挑长度大，出挑位置高，施工时搭设脚手架困难，且无法为弧形铝板上部施工安装提供有效、稳定的作业面，仍需在屋面铺设脚手板俯身进行作业，既无法保证安全，也给作业人员作业增加了难度。

3 弧形铝单板封边技术原理及关键技术

3.1 技术原理

曲面悬挑网架檐口弧形铝单板封边施工原理[3]:(1)根据深化设计确定铝单板单元板材规格，使用数控折弯技术进行工厂预加工，安装龙骨完成形成吊装单元后，再进行整体吊装。(2)使用一种悬挂式钢爬梯辅助作业平台，为作业人员提供安全、稳定作业面的同时，也为檐口铝板安装质量提供了设施保障[4]。

3.2 施工关键技术

主要施工流程:一是铝单板的加工、龙骨安装、运输；二是悬挂作业平台的制作与吊装；三是最终进行连接件安装、吊装焊接安装等工序。

(1)工作面准备

施工前保证屋面网架安装完成，螺栓球檩托安装完成。

(2)测量放线

檐口铝单板分格依据主体结构、钢结构施工预留的基准线(轴线、标高)进行测量放线。

以钢结构提供的轴线进行检验、核实，确保准确无误，严格控制测量误差，确保垂直、水平标高统一，以确定铝单板的平面及立面分格，找出铝单板幕墙龙骨安装的控制线，测设到相应已经安装完成的网架檩托之上。

檐口曲率较大时，适当增加细部分格的数量以保证曲率完成面的顺滑[5]。同时，控制点也应根据分格数量加密以保证不出现累计误差。

(3)悬挂作业平台吊装

研制了一种檐口安装用悬挂式钢爬梯辅助作业平台，“悬挂式钢爬梯”装置(国家实用新型专利号ZL.2018.2.2206158.0)[6]，其采用钩状悬挂装置挂钩端与建筑主体连接，安装方便简单，并且更加便于立面横向局部作业的移动，极大地提高了施工的安全性。

将悬挂操作平台吊装至作业位置，钩状悬挂装置钩在外墙洞口、网架檩条或金属龙骨上，结合支撑杆将操作平台固定于檐口位置[7]，如图1所示。利用操作平台进行后续连接件(固定件)安装、预制铝单板单元焊接固定、打胶、清理等工作，安全保障极大提高。

图1 悬挂操作平台安装示意

(4)连接件(固定件)安装

将连接件与钢构网架檩托进行焊接固定，见图2。若无钢结构网架檩托位置，需在主体结构上设预埋铁件，或打孔安设锚栓与连接铁件固定[8]。

图2 连接件示意

安装连接件之前引一根水平线，以保证水平以及进深符合要求。连接件安装完毕之后，进行临时固定，固定方式一般采用点焊即可，点焊之前再次检查水平位置、竖直位置、进深深度，以保证连接误差在2 mm以内。点焊时可能会导致连接件移位，因此点焊完成后进行焊接质量以及位置验收，验收合格即可进行满焊固定。

(5)铝单板加工

根据檐口铝板设计深化文件中的板材分割图出具下料加工图(见图3)。单元板材在加工车间根据下料加工图加工成型，板材加工时注意保护面层不被划伤，每块板件均进行编号，严格追溯机制，保证板件的生产、加工、运输与安装有迹可循，时刻保持可追踪状态[9]。

图3 铝板加工详图

(6)龙骨安装

檐口复杂部位必须进行工程预安装，其他部位可直接安装。檐口铝板竖向主龙骨采用80 mm×60 mm×3 mm热镀锌方钢管，按照分割线位置及宽度进行设置，次龙骨、背楞次龙骨为50 mm×50 mm×3 mm热镀锌方钢管，每块铝单板板材主要采用三条主龙骨，背楞次龙骨三条，两块铝单板组装成一个吊装单元。背楞次龙骨根据檐口铝板造型进行弯折，主次龙骨连接角度为90°，且对角线满足要求再进行满焊，然后清除焊渣并涂两道防锈漆[10]，见图4。

图4 檐口铝单板龙骨安装

铝单板使用角码与龙骨之间进行固定，需保证每块铝单板高度或者宽度有一个或两个面加长角码进行固定。主次龙骨组框批量加工前，先做一个模板，经检验合格后进行定位，再批量生产，满焊位置清除焊渣，检查焊缝是否有裂纹、孔隙、夹渣，合格后上两道防锈漆[11]。面板板块与钢龙骨连接用不锈钢钻尾钉拧紧固定，角码间距不得大于300 mm，安装连接必须可靠牢固，见图5。

图5 吊装单元

(7)吊装与焊接

将铝单板吊装单元的主次龙骨连接处用吊装带挂在塔吊吊钩上，扶住吊装单元板块，防止晃动。吊钩升高至1 m位置，在吊装单元使用缆风绳加以固定，防止旋转晃动，确定正常后，底部作业人员从起吊点撤离，吊钩提速上行，启动时应低速运行[12]，将吊装单元运至安装指定位置，作业人员进行微调后对吊装单元进行预焊接固定。

第一块吊装单元吊装上升到安装位置时，作业人员轻扶吊装单元到连接件安装位置，对位后进行点焊，当检查标高、水平、进出与图纸相同后进行满焊。第二块及以上吊装单元吊装到指定位置后，需要对相邻铝单板板块进行平整度、板缝(缝宽允许偏差±1 mm)调整，合格后进行满焊固定，满焊位置清除焊渣，上两道防锈漆。应保证铝单板左右、上下偏差±1.5 mm，注意接头处应打密封胶密封，胶缝应大于5 mm且应保证其密封性。

(8)打胶与清洗

打胶时要注意打胶顺序，且保持胶的均匀性，打胶过程尽量保持持续进行。先进行竖向缝的打胶工作，为避免胶的下坠，由上而下依次进行。完成一条缝的打胶工作后即刻进行刮胶工作，避免停滞时间过长胶凝固。刮胶时顺便查验是否饱满均匀，防止出现漏缝现象。

水平缝胶在竖直打胶完成后进行，水平打胶从交界处开始按顺序进行，从一段向另一端一次推进，尽量避免两端同时开始，完成当日一段铝板的打胶工作后立即验收，保证胶缝平直，无凹凸，厚度要满足设计及相关施工规范要求。下一段铝板打胶时清除上一段施工遗留尾部，保证交界处平直顺滑，无明显断茬。

胶缝美化采用胶纸，完成后立即封存保护，清洁时须避免损伤氟碳喷涂表面。清洁完成后撕去注胶用的胶带，除去铝单板块表面的保护膜。

4 经济效益分析

盘锦中医院项目，整体施工工期较计划的40 d节省了7 d。机械材料租赁费:檐口部位需要对在进行铝板施工作业时仍然需要搭设满堂脚手架以提供足够的工作面，同时需使用汽车吊吊篮进行辅助；使用悬挂钢爬梯时无需搭设满堂脚手架，仅需使用汽车吊进行辅助，减少了脚手架以及汽车吊的租赁费用，汽车吊租赁费500元/h×6 h×7 d＝2.1万元，脚手架租赁费1 150元/d(折算费用)×7 d＝0.8万元，共2.9万元。人工费:在此项发明技术指导下实际节省工期7 d，人工费成本降低17.5%，减少施工安装人工投入105工日，减少后期返工处理投入20工日，取施工人员工日费400元，实际节约人工费(105+20)×400＝5万元。

根据上述综合测算，采用本文技术节省了施工成本约7.9万元。

5 结束语

(1)提出的弧形铝板预加工吊装单元的方法，避免了危险性较高高空吊装作业的工作风险，降低了一定程度的能耗排放，降低了作业时对周边环境的影响，符合绿色安全文明施工的基本要求。

(2)采用钩状悬挂装置挂钩端与建筑主体连接，安装方便简单，并更加便于立面横向局部作业的移动，采用支撑杆结构使钢爬梯整体稳定性好，受施工时人员走动或户外恶劣天气的影响较少。

(3)本工程通过对曲面悬挑网架檐口弧形铝单板封边施工技术的综合研究，解决了施工中面临的实际问题，为后续类似施工提供了思路与带有实践意义的案例，同时结合此项目应用办法开发出“悬挂式钢爬梯”并获得了国家实用新型专利，较传统施工方法提高了安全性、稳定性、节约了工期与成本，具有较强的行业推广意义。