风灾后大跨度金属屋面修复中加装钢索支座施工技术研究

李文明

广州协安建设工程有限公司 广东 广州 510075

1 研究背景

本工程抗风设计中，在原屋面基础上增加了：抗风支座+抗风钢索+抗风罩网+加强龙骨装饰铝单板的抗风体系，抗风设计等级为17级。本工程一场三馆修复面积约为130730m2，罩棚最高点约54m。设计使用年限25年，风荷载基本值重现期为50年。其中作为生根受力结构的抗风支座需安装共7354套，由此而引出抗风支座制作安装的一系列工程技术难题。

2 技术特点

支座的定位，采用正逆结合定位法，实现仅使用极少的登高设备，便可准确快速定位出其安装位置；支座的开孔，采用逆向开孔法，实现大批量直接在屋顶上开孔目的，大大减少高空作业，降低施工措施费。

优化支座焊接设计，将三面现场焊改为两面现场焊，将钢支座箍环分解为两个“L”形件。再将①号“L”件侧边及底边各增加10mm，以使仰焊变为俯焊。从而实现了可直接在屋顶上进行施工，无需使用过多登高设备在钢构底下进行高空焊接作业目的。

研制出一种实用新型高程控制器，并形成控制工艺方法，取代传统控制工具及方法，严格控制支座钢筒立柱的高程，从而确保钢索及蝴蝶件能有效压紧直立锁边板，防止强台风的破坏，保证抗风体系的稳固性。

3 适用范围

该技术适用于：金属屋面抗风加固及切割开孔施工、金属屋面钢构焊接施工及防火、狭窄深孔构筑物控制高程或长度。

4 施工工艺流程及技术操作要点

4.1 施工工艺流程

支座定位开孔→支座优化设计→支座立柱高程控制→支座制作加工→现场安装→验收

4.2 施工技术操作要点

4.2.1 支座正逆向定位法及逆向开孔法

1、支座正逆向结合定位法

（1）在到主檩条底下进行定位及开孔的方法，称之为：正向法（由下往上）；上到屋顶进行定位及开孔的方法，称之为：逆向法（由上往下）。

（2）先采用登高设备上到罩棚主檩条下的一端，用钢钎插穿屋面各结构层，由屋面上2人开出第一个指引孔，孔宽200mmx200mm。逐层切割屋面各层结构，在能从屋顶看到该主檩条位置后，扩孔，。再在主檩条另一端，上下配合开出第二个指引孔，立标杆。

（3）利用两点成线原理，在屋面上在这两根标杆之间拉通线，此通线则是该区域代表性屋架主檩条的线段上的走向。测出其他所有主檩条与该开孔主檩条的间距，便得出其他檩条的走向及位置。根据所测得数据绘制主檩条位置走向分布间距图[1]。根据钢索施工图纸上钢索及锚具的规格表进行配对，整理得出同一条主檩条上各支座的间距。将主檩条位置走向分布间距图（横向），及同一条主檩条上各支座的间距图（纵向），进行交汇，便可以得出支座的纵横间距。绘制出支座分布图，标注支座编号及纵横间距，便可在屋顶上，以各区的第一、二个指引孔及其通线作为为参照物，进行准确定位。

2、支座逆向开孔法

依照上阶段方法及成果，根据施工需求分区对支座进行逐一准确定位标记后，便可以进行大规模的正式开孔工作。采用逆向开孔法施工（即直接在屋顶上由上往下开孔的方法）。实现无需使用登高设备在主檩条底下进行大规模开孔的目的，减少高空作业。开孔方法如下：

（1）使用特制的孔口控制工具，开孔划线器控制孔口尺寸。本工程中抗风支座孔洞尺寸需严格控制，防止因孔洞过大为后续防水施工带来不便。孔口尺寸为：300mmx400mm，偏差在±10mm内，孔口形心应对正主檩条中线。根据定点标记，将开孔划线器压在直立锁边板上，用油漆笔标记出孔口轮廓。

（2）原屋面系统中含有可燃材料，在包裹严密情况下不燃，但在切割过程中会让可燃材料暴露及受热，而造成起火隐患。由此，在进行了对液压剪、手工锯、水下等离子切割、普通砂轮机浇水切割等多方案对比之后，推荐使用采用注水式切割机具，带水切割开孔。因屋面规模大，施工位置流动性高，难以采用水龙头供水，则改进为使用12V小排量吸水泵，从水桶移动式吸水的方法。

4.2.2 支座优化设计

（1）修复设计图纸要求①②③处进行现场焊，而①处为仰焊。然而本项目结构高度高，屋面在8.9～54m之间，支座安装工程量大，工程造价有限，它区别于新建项目。而且支座孔空间狭窄，部分区域还有次檩条的阻挡，难以按设计图纸将“C”形钢箍板套进主檩条，再在支座洞口底下进行焊接安装的方法进行施工。

（2）在施工措施方面进行了多方案比选。从简易索道移动平台到高空作业车再到场馆内吊篮等尝试，均未能取得良好效果。简易索道移动平台，虽成本较低，但是安全系数较低；高空作业车，严重受场馆空间、设施设备及屋面钢构的阻碍，也受到建筑高度的限制，台班费高；场馆内吊篮：升降受到风的限制，屋面钢构的阻碍[2]。上述方案工作性能差，安全系数低，费用高，效率低，均难以实施。

（3）基于现实诸多条件的限制及阻碍，通过对支座焊接设计本身加以优化，将三面现场焊改为两面现场焊，将钢支座箍环分解为两个“L”形件。先在加工场进行半成品加工，再在进行两面现场焊。将①号“L”形件侧边及底边各增加10mm，以使仰焊变为俯焊。则可直接在屋顶上进行焊接施工，从而实现了无需使用高空吊篮等从场馆内上到屋面钢构底下进行作业目的。在减少高空作业，确保施工安全的同时，也保证了施工质量，降低了工程成本。

4.2.3 钢索支座立柱高程控制及支座制作安装

1、支座立柱高程控制

（1）所有支座的箍筋环尺寸是一致的，而立柱高度（长度）则因地而异，需根据现场主檩条的实际情况及标高进行实测。而支座立柱的高程控制则是使得钢索及蝴蝶件是否能有效压紧直立锁边板的关键因素之一，决定着抗风系统的成败。否则没能使钢索在张拉完毕后形成一个有效的捆绑作用，导致蝴蝶件与直立锁边板边肋的受力部位脱空，在强台风涡流的作用下，直立锁边板将形成较大的受风作用而产生高频的颤抖，从而导致其损坏和漏水。

（2）由此经研制出一种实用新型的测量仪器“狭窄深孔突出构造物高程控制器”（以下简称控制器），将精度较低而复杂繁琐的常规测孔方法及计算工作直接转变为方便快捷的模拟放索控制。构造上，控制器直接模拟支座的形态。控制器底座和支座的箍环顶板同宽同厚，已进行磁化处理的底座能够有效吸附在主檩条上，防止松动，底座两边的卡槽能便于底座在主檩条上限位，方便直接模拟支座放置于主檩条时的情形。平水标杆尺的零刻度处于底座顶平面上，与支座钢筒立柱置于箍环钢板顶平面上的情况一致。

（3）施工时，采用Ф18的尼龙索模拟钢索(钢索长度有2～12.5m等多种规格），将4～6个钢索蝴蝶件固定在尼龙索上，将尼龙索穿过2个控制器数字滑块上的索头。将两控制器分别置于两侧支座孔中，放置时。通过控制器底座的圆形观察器保证控制器的形心置于待装支座的形心处。2人配合从两端分别收紧尼龙索，保证蝴蝶件基本压紧直立锁边板，使得尼龙索对直立锁边板形成一个有效的捆绑作用时，再用索上的自卡锁收紧尼龙索，此时平水标杆尺数字滑块上所对应的刻度即是待装支座钢筒立柱从箍环顶板至支座顶的高程，即钢筒立柱的实际所需下料长度。记录滑块所指标杆尺的刻度，通过松紧尼龙绳进行调整，分3次实测，取其平均值，精度控制在2mm内。随后编制下料单进行支座的制作加工。

2、支座加工制作

根据上阶段量测数据严格下料，精度控制在2mm内，加工完毕后，需根据立柱高度对支座进行编号和印记。

3、支座现场安装

（1）将相应高度的支座分区吊运至屋面。检查孔口内侧四周状况，特别是可燃杂物是否被彻底清除。用水管插进孔口四周材料，浇湿半径约0.5m圆范围内的吸水材料，并准备足够的消防器材。

（2）两人配合，1人先用特制T形把手点焊固定①号“L”形件，然后将其通过孔口就位到主檩条位置，通过上拉和右推T形把手的方法，使得“L”形件与主檩条紧密贴合。另1人进行点焊，将①号“L”形件固定在主檩条上。定位焊完毕后用铁锤敲击即可将T形把手敲下来。再抬起②号“L”形件定位到主檩条上，使得两个“L”形件形成紧密的抱箍，定位点焊完毕后，再进行满焊。

（3）施工中使用加长的焊把手，伸进孔口中，按下焊缝①→上焊缝②→四周焊缝的顺序进行满焊。焊接过程中，采用实用新型接火伞替代接传统接火斗进行施工，防止火星高空溅落。焊接完毕后敲掉焊渣，探伤检测完毕后对损坏的漆面进行修复防腐涂装。支座安装应保证位置准确，位置偏差不得超过±5mm，焊缝饱满，防腐涂装补漆充分，PT及RT探伤抽检合格率应达到98%以上。

5 效益分析

5.1 社会效益

该技术成效显著,具有一定的社会效益：

（1）确保了该项目抗风体系的稳固性，工程的耐久性。

（2）践行绿色施工，减少高空作业，避免屋面施工消防隐患。

5.2 经济效益

本项目采用该技术完成立计7354套抗风钢索支座的安装施工，取得了较好的经济效益：正逆定位及逆向开孔法，支座焊接工艺优化后直接从屋顶洞口进行焊接的方法均节约了登高设备费等措施费。减少了高空作业，提高了工效率，节省了工期。支座立柱高程控制器的发明及使用，高效地控制了抗风支座的高程，确保屋面抗风性，有效地减少了返工及日后维护成本。