转载自施工技术《钢结构采光穹顶无框安装技术》邓林峰、孙源、杨吉、白先军、郑智慧
［摘要］ 巴南万达广场采用不懈的形式安装钢结构采光顶。 没有搭设整个大厅脚手架，而是选择深化椭圆形主梁构件的设计，在下部增加桁架铺设脚手架板作为操作架，吊装过程中采用圆心操作。 平台+高空分段吊装+中单元单元吊装安装方式施工，形成钢结构采光穹顶无轮胎安装施工技术。
[关键词] 钢结构； 圆顶； 安装; 详细设计； 吊装； 施工技术
项目概况
重庆巴南万达广场项目购物中心有两个采光屋顶，一个是跨度为30. 8m的圆形采光屋顶，另一个是长轴32m、短轴22.6m的椭圆形采光屋顶。 采光屋顶位于三层屋顶安装高度15.3m。 由于采光屋顶在建筑物内部，没有安装空间，也没有运输道路，给安装带来很大困难。 穹顶弧形采光顶面积大、高度大、钢结构笨重。 、单件吊装安装耗时长，质量难以保证； 采光顶的尺寸和形状变化较大，不宜设置全厅脚手架作为采光顶安装的辅助工具。
重点分析了安装过程中的安装方法、安装顺序等关键问题，采用中心对中心操作平台+高空分段吊装+中单元机组吊装安装方式改进施工提高生产效率，保证施工质量和安全，缩短施工工期，减少材料浪费，节省施工成本。
2 无胎架钢结构采光顶安装
2.1 安装原理
采用BIM技术进行施工模拟，利用有限元软件将穹顶型钢结构采光天窗钢架分解为构件。 对分解后的构件的重心位置、质量、尺寸、拼接位置、安装位置等进行分析，并根据上述因素分析吊装条件及结构楼板的承载能力，确定吊装工艺参数起重设备及吊点位置，在圆心设置操作平台（主要配件为塔机标准节），在椭圆弧主下部加装剩余外环光束。 桁架安装完毕后，在桁架上铺设脚手架板作为操作架，待后期施工完成后拆除。 吊装顺序为先安装十字形主龙骨支撑构件，再安装中间环构件，最后对称安装其余龙骨弧形构件，有效保证了穹顶型钢结构采光天窗的安装精度。
安装过程中，已安装的部件和当前安装的部件通过临时支撑件连接起来，形成稳定的三角形自平衡系统。 部件吊装就位，测量定位符合要求。 焊接完成并验收后，将部件解耦，然后安装下一个部件。 中环构件安装完成后，利用塔机对称安装穹顶弧中环连接的构件，从而完成采光穹顶钢结构的不懈施工。
2.2 施工技术
采光顶安装前必须对钢结构进行深度设计，确保钢结构能承受施工作业的荷载。 以此作为后续施工的背景。
在搭建中心操作平台之前，先制作好需要安装的灯罩配件。 安装完毕后，先吊装十字形主龙骨支撑构件，再吊装其他支撑构件和弧形构件。 焊接完成后，检查并完成钢架。 面漆施工时，采光玻璃安装完毕后，拆除平台。
2. 3 操作要点
2.3.1 钢结构详细设计
钢结构采光穹的基本设计如图1所示，为了方便施工，减少脚手架搭设量，在圆心处设置了操作平台（主要配件为塔吊标准节） ）。 其余外环椭圆弧主梁下部增设桁架后，在桁架上铺设脚手架板作为操作架。 施工完成后将被拆除。
吊装前需要对钢结构主梁进行深度设计。 通过增设下部斜撑，安装横筋、拉杆等，为后期铺设脚手架板、挂密网提供工作面。 安装工作完成后将添加新组件。 之后移除。
2.3.2搭建圆心操作平台
穹顶中心设置钢结构平台，作为操作平台，也用于定位和固定穹顶弧形中心环组件。 钢结构平台采用塔机标准节架设，安装高度22m（标准节10个，采光顶高度23.75m）。 主要用于安装钢化玻璃、遮阳帘、电器元件等，本身不承受采光顶的荷载。 采光屋顶钢结构详细设计如图2所示。
整个钢结构桁架本身固定在楼板预埋件上。 找到控制点，用水平仪调平，审核确认后控制安放点。中央吊装支架基础采用轧制宽翼缘H型钢（200mm×200mm×8mm×12mm），是菱形的，它的两端
通过预埋件与钢筋混凝土主梁或柱连接（钢筋混凝土主梁或柱内应留有预埋钢板）。 标准连接到塔式起重机的基础节点上添加了加强筋。 塔机标准节定位及底座连接分别如图3至图5所示。
考虑地下室顶板承载力要求，竖杆纵横间距为700mm，扫地杆距地面200mm，横杆步距为1500mm，顶进中双钢管间距支撑，木方为200mm。 ——首层顶杆范围及布置见图6。
由于框架较高，考虑在标准节周围安装风绳（四个方向各一根）。 风绳采用直径16mm的钢丝绳。
标准节上部无起重设备，主要动荷载由施工人员作业时产生（见图7）。
将标准节（1 590mm×1 590mm×2 200mm）与井架连接，并拧紧连接螺栓。 拧紧后，用断开法检查塔体标准节，保证塔体四个侧面垂直。 塔身四周拉有钢丝绳，并固定在各层结构上，采取安全防护措施。
根据预设要求，当塔架结构高度达到规定高度时，在顶面设置操作平台。 作为焊接中环构件的操作平台，由短矩形管和角钢焊接机组成。 四根短矩形管四面与塔机标准节粘在一起，防止操作平台打滑。 具体尺寸如图8所示。
2.3.3 桁架梁制作
1）椭圆形采光顶采用桁架梁搭建。 每根椭圆球钢梁底部均安装一根直径为100×5的横腹杆。 主梁与腹杆采用直径80×4拉杆连接，最大贯通桁架梁1. 9t。 所有桁架梁吊装并调整固定后，在桁架梁下挂安全网（见图9）。
2）桁架梁加工为了尽量减少高空作业，保证吊装构件的自稳定性，对每个跨的整个钢梁截面进行整体加工。
吊装。 整根钢梁在施工现场组装，形成吊装单元。 同时，为了便于顶部钢结构和后期圈梁、铝板、玻璃的安装，桁架梁立杆和斜拉杆的焊接部分，圈梁部分错开。
桁架梁的下弦杆和腹杆采用对接焊缝拼接和加长。 考虑到椭圆形中庭中部桁架跨度达到15m，中间部分拱20mm。 当钢结构焊接后变形超过允许偏差范围时，应进行修正。 例如，采用机械方法矫正构件变形时，环境温度≥0℃； 采用加热防风矫正时，加热应缓慢且≤900°。 以防止材料过度燃烧。
2.3.4钢结构构件分段吊装
1）吊装设备的选择根据加工构件的质量和距离，选择现场安装的塔式起重机TC5513作为主要吊装设备。
2）吊装前尺寸审查。 加深后的桁架安装前应检查尺寸，对构件的变形和缺陷应进一步修复。 该计划使用塔式起重机来安装桁架。 桁架主体结构在地面组装，因此吊装时计算整个结构的总质量，并增加2%难度系数（焊缝），保证质量计算不小于实际值并保证塔机选型的安全。
3）吊装顺序考虑了穹顶结构的安全。 整个弧形采光屋架先用椭圆半轴钢梁GL11吊装（2根整体吊装），然后分别吊装2根椭圆长轴钢梁GL1，使整个穹顶成为十。 字形，然后利用中心操作平台将中环构件焊接到位，形成稳定的系统，然后依次吊装GL2至GL10，直至整个钢梁吊装完毕。 钢桁架吊装时，短轴钢梁（全跨吊装）重约1.4t，长轴钢梁（半跨吊装）重约1.0t，仅椭圆短轴为全跨吊装，其余钢梁为半跨吊装。 跨度吊装时，先安装短轴钢梁，后安装长轴钢梁。 安装完成后，作为剩余钢梁的支撑。 钢梁编号如图10所示，骨架安装过程如图11所示。
4）吊装就位、定点控制。 吊装前应在构件表面标记安装时的控制线，作为修正的依据。 吊装时，先将桁架梁吊离地面约50cm，将桁架梁的中心与安装位置的中心对齐，然后慢慢提起吊钩，然后用滑绳旋转屋架使其对准与预埋件的顶部配合钢结构屋顶安装技术交底，使挂钩就位。 吊钩应缓慢落下，当屋架刚接触预埋件顶部时制动，使其与预埋件对准。 留出定位线，用电焊将预埋板与钢梁头临时固定。 同时进行垂直度校正和最终固定。 屋架的垂直度用吊锤检查。 同时，每根校正钢梁应与前根梁一起使用一次。 龙骨已连接并固定。
2.3.5木跳板和安全网的铺设
整个采光屋面钢结构的桁架梁全部吊装后，根据图纸，图纸中每两桁架梁之间的最大跨度为2.1m（端部）。 根据实际情况，采用4m长的跳板同时跨越两根桁架。 缝隙中，放着一块木跳板。 采光顶剖面及操作平台效果分别如图12、图13所示。
2.3.6 圆弧形穹顶构件焊缝检验
构件采用满焊、立焊、横焊、仰焊等焊接方式现场安装。 根据理论分析和计算结果，在杆件应力最大、应力变化突出的位置以及管件连接处合理布置测点，并采用超声波探伤仪进行焊缝检测。
3 质量控制
从现场装配质量控制、现场安装质量控制等方面保证工程质量。钢结构安装时应减少焊缝尺寸，选择合理的焊接坡口，焊接约束应适当。减少时，应对接头进行减少应力处理，并采用合理的焊接顺序。 安装完毕投入使用后，应注意钢结构变形观测。
4 安全措施
施工人员进场前应接受三级安全教育； 施工作业前根据施工内容进行安全操作规程教育，并对施工方案和安全方案进行技术说明； 发放合格的安全防护用品，在开工前取得特种作业作业证，施工过程中进行监督检查，做好例行检查。
5 结论
1）应用BIM技术对新的操作平台进行分析，直观地将其特点展示给操作人员和管理人员，方便现场实际操作。
2）采用钢结构深化方式搭建施工操作平台，为施工提供广阔的操作空间。 在保证施工作业安全的同时，也消除了施工人员操作空间狭窄造成的施工质量隐患。
3）采用该技术安装钢结构采光顶，由于用料和人工较少，满足了施工方的成本控制要求，给施工带来直接的经济效益。
参考：
［1］ 采光屋面和金属屋面技术规程：JGJ255—2012［S］． 北京：中国建筑工业出版社，2012。
[2] 中国建筑标准设计院有限公司. 高层民用建筑钢结构技术规程：JGJ99-2015［S］． 北京：中国建筑工业出版社，2015。
[3]冶金工业部建设研究院． 钢结构工程施工质量验收规范：GB50205-2001[S]。 北京：中国计划出版社，2002。
[4] 中国建筑工程总公司、中建钢结构有限公司. 钢结构工程施工规范：GB50755-2012［S］． 北京：中国建筑工业出版社，2012。
[5]钢结构高强螺栓连接技术规程：JGJ82—2011[S]． 北京：中国建筑工业出版社，2011。
[6] 钢结构焊接规范：GB50661-2011[S]。 北京：中国建筑工业出版社，2012。
［7］ 建筑施工安全检验标准：JGJ59—2011［S］． 北京：中国建筑工业出版社，2011。
[8] 高处施工安全技术规范：JGJ80—2016［S］． 北京：中国建筑工业出版社，2016。
[9] 李静文，沈士杰，包胜。 无锡广场66屋面钢结构施工技术［J］． 建筑技术, 2017, 46(2): 17-20．
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