采光顶钢结构安装施工技术研究

程 杨 白 宇 袁 茉 李月欣 马忠巍

1 工程概况

以长春远大项目的幕墙采光顶施工作业为例，项目含1 层地下室、1 栋高层、1 栋商场，总建筑面积12.5 万m2，单位工程有A-Z1#栋、A-S1#栋，分别为剪力墙与框架结构建筑。前一栋的建筑高度为99.85 m，地下1 层、地上29 层建筑；后一栋的建筑高度为34.85 m，为地下1层、地上6 层建筑。

结合对本工程项目的总体结构分析，在A-S1#楼西侧中庭采用了幕墙采光顶，其中，轴线为9 轴-15 轴/J 轴-L 轴，采光顶标高、跨度、长度分别为35.74 m、19.76 m、43.5 m，主梁以及次梁的尺寸分 别 为350 mm×200 mm×10 mm、80 mm×80 mm×4 mm，主梁与次梁间距分别为2.8 m、1.383 m。不同钢架之间选择的是焊接方式，焊接强度为二级，焊接作业结束后开展除渣、打磨与抛光处理。

2 施工难点及常见问题

2.1 现场拼装、焊接工艺问题

此工程项目的采光顶钢结构施工中，现场拼装与焊接的难度较大，地面拼装作业开始前，应组织专人检查全部构件，如果在检查中发现构件存在变形等问题，需立即处理。地面拼装按规定完成后，使用枕木垫起构件，两侧用木杠支撑，以提升整体结构的稳定性。每个构件上的标记应暴露在外，以方便识别[1]。吊装作业中，应配备塔式起重机或者汽车式起重机，如果选择的是塔式吊装，需结合塔式起重机的起重能力，在吊装部位确定施工平台桁架的单次起重重量；如果选择的是汽车吊，需正确选择起吊位置。吊装作业实施之前，需确定吊装流程，了解吊装的操作规范与标准。参与焊接作业的人员需持证上岗，并加强焊接作业中的技术管理[2]。

2.2 组织协调问题

采光顶钢结构安装施工中，由于本工程项目为高层建筑，吊装施工的安全风险大，再加上吊装施工的特殊性，施工时技术要求高、要素多，组织协调任务艰巨。本工程项目的结构复杂、体量大，构件类型多，有多个单位参与，吊装施工中应加强不同单位、专业之间的协调工作。因为施工现场相对混乱，组织协调难度大，工程企业需要思考如何设立项目组织机构、怎么分配管理人员、如何协调各专业的施工进度等。

2.3 设计问题

采光顶钢结构施工中，吊装施工的难度系数较高，主要是因为此工程的结构复杂，涉及了大型、复杂构件的吊装，这些构件的形状不规则，吊点选择、吊装工艺确定都相对困难。为保障吊装施工作业的高效开展，在工程企业内部需注意吊装方案的设计，每一个部分的吊装环节都应做好构件特点、受力情况等的分析。在当前的施工条件下，为设计出更合理的吊装方案，应尽量实现三维建模，在模型中整合工程的相关数据与信息，用软件自动完成吊装模拟。

3 采光顶钢结构安装技术要点

3.1 施工准备

3.1.1 构件运输

采光顶钢结构施工中，整体结构体系包含的构件数量庞大，不论是在构件的装卸、运输环节，均应针对构件做好保护工作，避免装卸、运输不当导致的构件损坏。部分次要构件，如果数量较多，可采取打包运输的方式，尽可能避免散装。构件应对称放置在运输车辆上，装卸的过程中也应保持对称性，以固定车身、车上的构件。次要构件与主要构件应一起装车运输，可放置垫木，用钢丝绳固定的过程中应保护好构件的四角，严禁在次要构件上堆放重型构件。现场二次运输采用自制平板车，如图1 所示。

图1 自制平板运输车

3.1.2 构件堆放

现场构件的堆放过程中，也需严格遵守相应的规范。堆放构件的场地，平整性要好，场基应坚实，严禁有杂草或者积水。构件堆放中应利用垫木，且垫木要上下对齐。每一堆构件的堆放高度，应该结合构件自身的情况来确定，但堆放高度一般不能超过1 m。对于结构内涉及的重型和大型构件，应采用单层堆放的方式；对于平面刚度较差的桁架等构件，应竖立堆放。

每堆构件与构件之间需保持一定距离，如果现场面积较大，构件可依据吊装顺序、安装位置，在满足起重机械、运输车辆通行要求的前提下，依据型号进行构件分类，将这些构件安装在吊装位置周围[3]。

3.1.3 现场准备

采光顶钢结构的施工中，现场准备工作，主要涉及以下工作。第一，由专人对土建施工现场实施全面检查，审核基准支承面的尺寸、标高、轴线位置等是否与设计要求相一致。第二，吊装作业开始之前，进入现场开展调查，结合现场情况选择安装路线，清理现场的障碍物，外围构件条件允许的情况下采用塔吊安装的方式。第三，现场堆放场地、吊装区域场地应按照规定完成处理，处理后的场地应坚实平整，与吊装要求相一致。第四，临时用电、机具、支架、安全设施等，都应当按照施工要求准备妥当。

3.2 钢结构加工制作

采光顶钢结构安装施工中，钢结构的加工制作是关键步骤，包含的工作任务较多。

第一，材料检验。钢结构制作与安装中，对钢材的质量要求较高，这些环节所使用的钢材，需由材料供应部门按规定出具合格证明、技术文件，确保各种钢材的质量符合国家标准。

第二，材料矫正。钢结构制作中，矫正是关键工序，科学矫正有助于提升钢结构制作的质量，针对各种型材，如果存在变形情况，要在下料之前矫正。在矫正过程中应配备平板机、型钢矫正机，矫正一些特殊部位时可采用人工方式，矫正后的钢材表面不得有明显的凹面或者损伤，划痕深度应在0.5 mm 以内。

第三，放样。放样工作开始之前，核对施工图纸，熟悉相关环节的工艺标准，精确掌握各个部件的尺寸。样板应采用厚0.3 mm 的薄铁皮制作，考虑切割、焊接、铣刨、火煨等加工余量，在样板上要清晰标注出切线、孔径、上下、左右、反正的工作线和加工符号。放样工作要在专门的放样平台上实施，所建立的放样平台应符合要求，严禁受到外力冲击[4]。

第四，号料。号料工作开始之前，施工人员需熟悉样板上的符号、号料数量，板材号料应号出基准检查线，号孔应号规孔线，号料以后，在零部件上标明零件的编号、数量、加工方法，结合零部件的材料差异，用不同颜色加以标注。同时，应依据施工工艺要求，预留切割与边缘加工的余量、焊接收缩余量。

第五，切割。钢板切割作业主要采用气割方式，气割钢板、型材的过程中，对于厚度不超14 mm 的钢板或者型材，缝宽设置为2 mm；厚度在16 ～20 mm时，缝宽设置为2.5 mm，气割面的平面度、割纹深度、局部缺口深度都要与设计要求一致。

3.3 钢结构吊装

3.3.1 预埋件复测

对前期设置好的各个预埋件加以复测，根据测量数据判定预埋件的位置偏差是否与施工要求相一致，在埋板上弹出轴线定位线。预埋件复测的过程中，相关技术人员需熟悉施工图纸的各个细节，与施工人员、设计人员等做好测量技术交底，由专业的测量人员根据测量的技术要求，从测量控制网中引出控制埋件、螺栓的控制线、标高控制线，根据设计的预埋件测出预埋件的中心、标高等参数，以这些参数完成定位。预埋件的复测，不仅要对预埋件的位置加以精准定位，还需要保证预埋件的数量、大小等符合要求。

3.3.2 中庭区域水平防护兜网搭设

此环节的施工作业中，涉及到以下工作。

第一，材料准备。按照施工要求，配备高质量材料，如选用Ф12 钢丝绳，安全网采用平网，需完全符合相应的施工规定，在绑扎中采用8#铅丝。

第二，施工准备。楼层临边防护方面，需按照有关规定进行搭设，及时清除搭设场地内的各种杂物；架管、安全网等所需搭设材料，应准备齐全，并结合现场情况堆放整齐。

第三，为避免在后续的施工作业中出现高空坠物等事故，可在屋面层、4 层、2 层和1 层的中庭区域布满水平兜网。

第四，设置安全挑网。结合此工程项目的特点，南北向设置5 根钢丝绳，东西向设置2 根钢丝绳，形成钢丝绳网架，相邻钢丝绳之间应设置2 道钢丝绳。钢丝绳之间用绳卡固定好，将钢丝绳固定在框架柱上。

3.3.3 吊装程序

构件进场以后在卸车区通过塔吊吊运到屋面，单根构件不超2 t，利用现场塔吊配合屋面平板车完成二次屋面运输。构件在屋面加工区加工完成以后，利用龙门吊车将其吊运到J-M/9-10 轴，吊装吊点设置在钢梁端部位置。钢梁上应设置缆风绳，以避免吊装过程中钢梁出现前后晃动的问题，而缆风绳的固定点设置在已完成安装的钢梁、圈梁上。

3.4 现场焊接

采光顶钢结构的安装作业中，涉及的焊接任务要求高，需要根据焊接工艺流程开展相关工作。

市场上可采用的焊接工艺流程较多，为保障焊接质量，需根据实际的焊接要求，合理选择焊接方式。一般情况下，气体保护焊的焊接效率高、质量好，在此钢结构安装施工中，采用了80%Ar+20%CO2气体保护焊，对应钢柱材质选用ER50-6 型实芯焊丝，焊丝直径为1.2 mm。对于短路过渡，适用于采用平、横、立、仰全位置焊接，喷射过渡选用平焊、角焊；对于板厚超过6 mm的开坡口焊接，可采用多层多道焊接工艺，焊接厚度控制在100 m 以内；对于低合金钢板厚超过28 mm 的情况，引入预热工艺，以避免出现冷裂纹。

焊接作业开始前，需做好充分的准备工作，主要涉及以下工作。

第一，技术准备。按照焊接工艺的要求，编制钢柱技术交底、作业指导书，参与焊接作业的有关施工人员，根据作业指导书与操作规范进行焊接处理，每个焊接人员人手一册焊接记录表。在开展焊接工作的过程中，及时记录焊接开始时间、预热温度、层间温度、焊接结束时间、焊材用量、探伤结果等信息。

第二，人员准备。针对参与焊接作业的人员，要做好岗前培训，并在培训结束后开展严格考核，只有通过考核的人员才可以开展焊接作业。

第三，设备准备。焊机工作时，电压应符合要求，地线压紧牢固，接触可靠，电缆与焊丝严禁存在破损情况，送丝机应可以均匀送丝。第四，焊接材料准备。对于焊接过程中采用的各种材料，质量必须达到标准。

针对此工程项目的采光顶钢结构焊接作业，焊接时要做好焊前预热，焊中应严格控制层间温度，焊后需开展热保温处理。焊接作业开始之前，在始焊点附近板厚15 倍且不小于100 mm 的范围内实施火焰预热。使用火热加热器预热时，当加热停止后进入测温环节，利用红外测温仪测量预热温度，测温点与电弧经过前的焊接点距离应合理，温度需达到120 ℃。在开展焊接作业的过程中，层间温度应保持在120 ～150 ℃，为保障层间温度符合要求，应利用CO2保护焊，一旦温度不符合要求，及时采取有效的控制措施[5]。

第一层焊道应封住坡口内母材与垫板的连接部位，随后逐道逐层累焊到填满坡口，每一道焊缝的焊接任务结束后，将焊接部位的焊渣或者飞溅物清除干净，如果存在焊接缺陷，立即修复，焊接操作时严禁在坡口外的母材上打火引弧。为避免边沿区域冷却过快，使焊缝部位保持均匀散热，减少焊接应力分布不均、骤冷裂纹的出现，要在边沿区域加盖保温性能好、耐高温的保温棉，加盖的保温棉厚度应在8 cm 左右。

4 结语

很多大型建筑体都采用了幕墙采光顶，这种工艺技术对钢结构的安装施工要求较高。为提高钢结构安装施工的整体水平，工程企业在实际的施工建设中，需根据整体的结构要求加强施工过程中的技术管理、流程把关，严控钢结构安装施工中的每个步骤，提高结构稳定性、安全性，保障采光顶在建筑中发挥出应有的作用。