曲面裝飾中移動輕鋼結構腳手架制作安裝技術分析

陳俊，韓正虎，陳昌燕，袁帥，吳凡 （中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160）

0 前言

隨著國民對精神文化追求的不斷提升，新文旅時代開啟了新生態，文化與科技的融合，傳統與新思維的碰撞、主題IP和藝術的交融，文旅項目的發展正在持續地融合與創新。伴隨新文旅時代浪潮而來的是項目主題IP造型越來越新穎、奇特，異型曲面的外立面裝飾層出不窮。因此，有必要對曲面裝飾層的施工技術進行探索分析。

1 工程概況

合肥萬達文化旅游城4#樓（商業茂）外立面造型為“書卷形”曲面結構，兩側長達390m，雙面曲率為180°。其中電影樂園與娛樂樓東立面部分蜂窩板7666m2，墻身拉毛漆面積2656m2。北立面幕墻工程屬玻璃幕墻開中空夾膠逃生窗，建筑高度31m/26.8m；西立面主入口玻璃幕墻中空夾膠玻璃高17m。屋面直立鎖邊系統及吊頂鋁單板為沖孔鋁板。

2 工藝原理

移動輕鋼結構腳手架將用于萬達文化旅游城外側曲面幕墻的施工作業,其原理為通過建模及安全性驗算分析曲面幕墻曲率[1]，選擇輕鋼結構分段組裝和拼接，實現架體與曲面結構的高精度契合，利用遙控動力裝置，預制移動腳手架滑動基礎，實現架體的線性移動，確保幕墻安裝精度。

由于合肥萬達文化旅游城側面為180°曲面幕墻，采用常規的移動鋼管腳手架[2]無法滿足安裝需求，故利用Midas軟件進行建模分析（圖1），制作契合幕墻曲率的特定形狀Q235-A方鋼施工操作平臺，層間鋪設平臺鋼絲網，屋面拉設附軌道，架體設置生命線，既解決了曲面幕墻安裝難的問題，又確保了架體穩定性，移動腳手架效果如圖2所示。

圖1 整體計算模型圖

圖2 移動腳手架效果圖

3 技術難點分析

目前市場上應用移動式腳手架技術的大多是室內屋面鋼結構施工，且多用鋼管作為架體，而針對特殊外立面施工的移動架較少，因本工程外立面的特殊性，無法使用普通鋼管架，故設計曲面移動輕鋼結構腳手架時采用了方鋼[2]，滿足自重的同時，方便曲面形狀的拼裝，但該類型的腳手架鋼骨架梁制作易變形，對幕墻的正常安裝產生影響。

制作變形分為兩種：一是下料、組對、堆放不合理造成的變形;二是焊接工藝不合理造成的應力變形。變形的形式主要有上、下翼板彎曲變形（側彎）上拱、下拱變形、扭曲變形三種。變形的因素有腹板因下料邊緣不齊和組對不平整，會造成上拱、下拱變形。因火焰切割下料，翼板兩邊切割受熱的時間和溫度差異以及焊接順序，焊縫的高度、寬度不同而造成側彎變形，骨架梁翻轉、固定，支墊不合理造成的扭曲變形。

根據以上變形情況制定反變形焊接、胎具[3]組對等措施。首先，合理下料幾何尺寸（包括焊接收縮余量，切割余量）長度偏差不大于±3mm，上、下翼板的平直度不大于±5mm，腹板上、下邊緣平直度不大于±5mm，高度不大于±2mm，部件劃線精度控制在2mm，對角線不大于3mm，火焰切割割紋深不大于1mm，所有劃線和下料后及組對前必須進行尺寸復核，并做必要調整，確保組對的精確度。再利用反變形控制，鋼板組對時，在焊縫處反向墊高，反向變形控制。腹板與上、下翼板采用坡口焊接，胎具的角度可根據梁的高度而定，胎具上的腹板與腹板拼接的角度大于90°，主骨架焊接形式如圖3所示。

圖3 主骨架分段焊接圖

由于移動腳手架高31m，寬6.42m，其高寬比較普通鋼管架大，而按照我國現行結構設計規范《建筑抗震設計規范》（GB50011-2001）中，并無高寬比限值，高寬比是結構抗側剛度、整體穩定、抗傾覆能力、承載能力和經濟合理的宏觀控制指標。本工程為保障施工安全，對此移動式腳手架采取在屋面設置附軌道（圖4）、拉設纜風繩的方式（圖5），增強整體側向安全性。

圖4 屋面附軌道示意圖

圖5 纜風繩示意圖

4 工藝流程與施工要點

4.1 工藝流程

施工準備→預制基礎制作→鋼軌安裝→底部驅動裝置安裝→底部承重平臺→導軌主骨架焊接安裝→纜風繩懸掛→附軌道安裝→配重放置→檢查驗收（自檢）→專家驗收→投入使用。

4.2 設計原則及預制基礎

設計層高應符合人體常規高度，故設計步距為1800mm，工人施工操作平臺內弧懸挑部分寬度至少為900mm，局部達不到900mm，設計應至少達到600mm，便于人們通行。通過結構軟件計算，局部鋼材撓度需要壁厚加厚處理，加厚處應于圖紙處注明。同時，在設計過程中應考慮人員上下行樓梯及生命通道設置，本工程于架體中間部位左右對稱設置上下行生命通道[4]，外圍作業區設置1200mm高護欄鋼焊連接。

預制混凝土基礎設計為圖7所示，基礎 b×h（0.35m×0.5m），施工工序如圖6所示。首先，在預制加工區域進行放線處理（其下墊置模板1塊）涂刷脫膜劑，鋼筋綁扎（上部4C22，箍筋為C8@200，下部8C16，2C22中間2C22），模板安裝加固，軌道鋼軌兩側分別預埋直徑為C16豎向螺栓桿@300的預埋件，調直校準后，進行C25混凝土澆筑、養護（養護時間不小于7 d）及驗收。

圖6 預制基礎工序圖

圖7 預制基礎剖面圖

混凝土基礎制作要求如下：

①嚴格控制基礎的標高及平整度，平整度要求控制在±2cm；

②鋼筋綁扎注意鋼筋的連接及鋼筋箍筋的間距控制；

③模板安裝完成后，復核模板截面尺寸，使之符合既定方案要求；

④嚴格控制預埋件安裝位置，防止后期安裝困難；

⑤灑水養護，必要時用養護液進行養護。

4.3 鋼軌安裝

將導軌車基礎吊運至相應位置，用1:2水泥砂漿進行地面找平，再安裝16#工字鋼正線鋼軌[5]，正線鋼軌通過鐵墊板進行調平使兩條鋼軌與v軸方向（即與萬達城外立面平行軸線）平行，嚴禁形成夾角。在鋼軌調平后，使用墊板或反向墊板套住上一步工序預留下來的螺桿來固定鋼軌，以保證鋼軌的平整度，如圖8所示。

圖8 鋼軌剖面圖

4.4 安裝驅動裝置

安裝4臺型號YDE90L-4，功率15kW，電壓380V，堵轉電流7.5A，同步轉速1500r/2-10Nm的合力牌三相異步驅動電機。先對主動輪進行定位，確保主動輪與軌道形成90°，輪軌運行方向與軌道方向絕對平行。再對從動輪進行定位，確保從動輪與軌道形成90°，輪軌運行方向與軌道方向絕對平行，并復測四個輪軌對角線是否相等，然后進行驅動電機與波箱與主動輪安裝。確保波箱與主動輪軸心安裝間隙達到機械安裝精度要求，確保電機軸心與波箱安裝間隙達到機械安裝精度要求，并加注波箱齒輪油進行潤滑。

4.5 底部承重平臺安裝

現場加工制作三組截面尺寸為8m×0.3m×0.3m、6m×0.3m×0.3m 的矩形底板桁架，放置一邊待用。將制作好的矩形鋼桁架通過鋼板鋼焊連接至驅動輪上部，并對鋼桁架水平方向及垂直方向校正，將分散的六榀鋼桁架焊接成一個整體，形成承重結構體系平臺，如圖9所示。

圖9 底部承重平臺

4.6 導軌主骨架焊接安裝

將所需的鋼桁架全部準備完畢，先將兩端豎向鋼桁架通過鋼焊連接于軌道承重平臺之上，利用拉通線法校正腳手架兩榀桁架的對角線以確保其受力均勻。逐一安裝中間三榀豎向鋼桁架，與上部已安裝完成的兩端桁架對齊，焊接至軌道承重平臺之上。再進行水平支撐單元與斜向支撐單元構件的焊接[6]。第一段最上部水平方向單元桿件與第二段水平方向單元桿件在水平方向四角用厚度20mm鋼板螺栓錨固鉸接，螺栓孔間距250mm，再進行下一段鋼桁架的焊接安裝。輕鋼結構根據外立面造型，分三段至四段進行鉸接，根據計算結果，各段不同位置處，需要的型鋼型號也不一定相同，輕鋼平臺制作工藝如圖10所示。

圖10 輕鋼平臺制作工藝

4.7 纜風繩懸掛及附軌道安裝

為確保移動腳手架載大風天氣不移動搖晃，施工至第三段時，加設4道直徑12的鋼絲繩纜風繩[7]。軌道移動腳手架時，將纜風繩拆卸，靜止后再安裝，外圍作業區設置1200mm高護欄鋼焊連接，確保纜風繩安裝拆除過程中施工安全。

附軌道的測量放線必須依據V軸平行方向設置，不平行易造成軌道運行夾角形成，運行不暢，骨架扭曲變形，附軌道設置是為了保障軌道車運行過程的平穩，從動輪與附軌道的連接必須按圖安裝，附軌道與原結構的鋼焊連接必須牢固，并保證熱應力釋放不會造成原鋼結構受傷。各受力翼板焊接符合結構要求，在附軌與軌道車連接完成之后，在軌道車靜止作業施工期間，把軌道車通過12mm鋼絲繩與屋面原鋼結構上連接防護。防止因突發惡劣氣候及非人力控制因素發生軌道車傾倒造成次生傷害。

4.8 配重放置

本移動腳手架配重采用在下部平臺設置沙袋的方案[8]，沙袋重量相差不大，均勻堆放，宜堆放在平臺上四周設置維護，沙袋總重量為2000kg。因驅動運行利用行業常規航吊車驅動系統電機，以16t位驅動動力，則配重無須經常在運行時需求上下卸運，依據前端動力設置，不會發生側翻。

4.9 檢查驗收

檢查驗收階段包括軌道式移動輕鋼結構異形腳手架加工及安裝調試完成后。定期檢查項目包括：①底部基礎平整度是否滿足要求；②鉸接點位置處螺栓是否擰緊、生銹及松動；③所有焊接點焊縫是否滿足要求；④纜風繩是否處于預受力狀態；⑤配重是否均勻；⑥是否超載；⑦限位器是否靈敏可靠。

5 實施效果

通過本項目的實際應用，移動輕鋼結構腳手架完成了合肥萬達文化旅游城項目曲面幕墻結構的精準安裝，取得了良好的效果。其中，移動輕鋼結構腳手架多次移動使用，完成幕墻安裝及安裝期間的幕墻維護、維修工作，保證了施工期間工人作業安全，加快了整體施工進度。

相比于搭設滿堂腳手架，采用移動輕鋼結構腳手架制作安裝技術的用鋼量節約了60%～70%，節約成本72.61萬元，節省工期近30天。同時，避免了腳手架的反復安拆，保障了曲面幕墻的施工質量。該技術因新穎性被業主及社會各界廣泛關注，并獲得建設主管部門的高度評價。

6 結語

采用移動輕鋼結構腳手架制作安裝技術施工，單位時間內僅需要完成基礎的制作、滑軌的安裝、移動輕鋼結構腳手架的拼裝，就能夠完成數十倍于移動腳手架體積的曲面幕墻安裝。該技術通過構建契合曲面曲率的輕鋼腳手架，不僅實現了大曲率曲面幕墻的精準安裝，也解決了傳統意義上腳手架搭設耗費人工、工期的問題，同時確保了施工安全、保證了工程質量。通過本工程的實踐總結，可為同類工程異形曲面幕墻的施工提供參考。