鋼結構高空焊接防火吊籃施工技術研究

吳 彤

（中鐵十六局集團城市建設發展有限公司，北京 100018）

0 引言

鋼結構因其安裝快捷、成本較低、抗震性能好、施工精度高等優勢，在建筑工程中的應用越來越廣泛。鋼結構設計與施工中，各構件或部件之間通常采用焊接、螺栓連接或鉚釘連接等節點型式［1］，尤其是柱-梁節點或梁-梁節點，焊接工藝最為常見，除了直接承受動力荷載的結構中，超低溫狀態下均可采用焊縫連接。對于鋼構件安裝過程中的高空焊接作業，涉及兩項技術措施，一是需要為高空施焊人員提供臨時作業平臺，確保足夠的操作空間及施工安全防護；二是需采取措施防止高空焊接時焊花濺落危及地面人員及物料，杜絕安全隱患。

傳統的高空焊接施工方法一般在鋼柱上固定爬梯或在鋼梁上懸掛簡易的單人吊籃，甚至直接采取焊工騎跨于鋼梁上危險操作，作業方法普遍不規范、風險高；而對于高空焊接防火措施，由于缺少經濟實用、安全有效的專用接火裝置，防火措施普遍缺失，不能滿足當代工業鋼結構工程高質量發展的需要。因此，亟須研發一種安全經濟、簡便靈活的鋼結構高空焊接操作平臺，同時滿足施焊作業及安全防火功能，并具備操作靈活、移位方便、簡捷實用、安全可靠、可重復使用的特性，實現提高工效、降低成本、加快施工進度的目的。

1 工程概況

盤錦中醫院項目位于遼寧省盤錦市雙臺子區勝利街，濱河公園以西，南臨勝利街、北臨遼河北路，用地面積 28 500 m2，總建筑面積 43 780 m2，由門診綜合樓、藥劑樓、感染性疾病綜合樓等組成［2］。其中藥劑樓屋面為鋼梁，鋼梁尺寸為 H800×300×16×30 焊接 H 型鋼梁，約 40 t 左右。

2 現有技術高空焊接措施闡述與分析

傳統的固定式爬梯及簡易單人吊籃等施工方法，在現場實際操作過程中，存在不同程度的工藝缺陷及安全隱患，具體表現如下。

1）利用爬梯作為操作平臺時，施工人員難以控制身體的平衡，作業空間范圍小，操作不靈活，直接影響焊接效果，并存在高空墜落的安全風險。

2）吊籃的安全性相對較好，由于在梁跨間水平周轉頻繁，因此應具備移動靈活的性能。傳統的單人吊籃由鋼筋焊制，使用時利用吊車將吊籃扣掛在鋼梁的上翼緣固定，當焊區轉移時均需吊車配合移位，移動周轉不便，工作效率低；同時，為減少焊接變形并增強焊接強度，鋼構件焊接順序通常采取對稱施焊，傳統吊籃因單人在梁側操作，無法滿足此工藝要求。

3）傳統工藝的高空焊接普遍缺少專用的隔火設施，未按要求設置隔離焊渣的擋板，施焊時焊花飛濺，極易危及地面人身安全并引發火災事故，特別是多風地區或垂直交叉作業時，發生安全事故的風險更大。

3 高空焊接防火吊籃施工關鍵技術

3.1 技術原理

防火吊籃由兩片單側吊籃組架及上導梁組合而成，吊籃組架通過上導梁連接為整體，吊車整體吊裝吊籃，上導梁居中置于鋼梁頂面，利用上翼板軸承滑輪作為支撐，上導梁限位器防止吊籃偏移及傾覆，下翼板軸承滑輪的滑槽卡住鋼梁的下翼緣，完成防火吊籃安裝；打開吊籃底部的翻斗活門，將吊籃底部完全封閉，避免高空焊接時焊花濺落；當需要縱向平移吊籃時，可人工牽引使軸承滑輪水平方向滑移；作業段施工完成后，翻轉活門收起，上導梁限位器回轉，利用吊車將防火吊籃整體起吊，兩片吊籃組架通過上導梁的鋼管轉軸翻轉呈水平狀態，自動解除下翼板軸承滑輪與鋼梁下翼緣的卡固，并在上導梁兩側的角鋼約束下保持水平狀態，實現整體吊移周轉使用。

3.2 工藝操作流程

制作防火吊籃→鋼梁安裝校正→吊裝防火吊籃→構件節點焊接→檢查驗收→防火吊籃移位→周轉備用。

3.3 防火吊籃制作步驟

防火吊籃由兩片單側吊籃組架及上導梁組合而成，各部件具體尺寸及制作方法如下。

3.3.1 購備軸承滑輪

采用專業廠家加工的成品軸承滑輪，鋼梁上翼板軸承滑輪及下翼板軸承滑輪各 4 支，其中，上翼板采用 V 型軸承滑輪，下翼板采用 U 型軸承滑輪，尺寸參數如表1 及表2 所示。

表1 V 型軸承滑輪參數表

表2 U 型軸承滑輪參數表

3.3.2 制作上導梁

上導梁由上翼板軸承滑輪、φ20 圓鋼芯軸、8# 槽鋼、50×50×5 角鋼、φ25 焊接鋼管、M20 固定螺帽及限位器組合而成。

1）芯軸采用 2 根φ20 圓鋼制作，下料長度為B+240 mm（B為鋼梁上翼板寬度），兩端套絲長度分別為 100 mm，將 2 支軸承滑輪對稱固定在芯軸上，滑輪中心間距為B-100 mm。

2）截取 2 根 8# 槽鋼，長度為 700 mm，距兩端各 70 mm 分別鉆出φ22 螺栓孔，在其一側支腿中心鉆出φ18 螺栓孔，槽鋼兩端分別焊接 2 支 50 mm 長50×50×5 角鋼。

3）通過兩側槽鋼的φ22 螺栓孔對稱穿入圓鋼芯軸，利用 M20 固定螺帽鎖緊，另備 2 支 M16 螺栓，彎制成 L 型，尺寸為 50 mm×100 mm，穿入槽鋼中部的φ18 螺栓孔，以 M16 螺帽鎖固，作為上導梁限位器。上導梁制作如圖1 所示，三維示意圖如圖2 所示。

圖1 上導梁制作詳圖（單位：mm）

圖2 上導梁三維示意圖（單位：mm）

3.3.3 制作單側吊籃組架

1）單側吊籃組架以φ16 鋼筋組焊為籠形骨架，籠骨長度為 650 mm，寬度為 600 mm，高度為H+458 mm（H為鋼梁高度），籠骨斜向鋼筋上焊接一對φ12 吊環；籠骨頂部的水平橫梁穿入 1 根φ25 焊接鋼管，鋼管內徑為 20 mm，長度為 620 mm。

2）吊籃底板焊接 3 mm 厚花紋鋼板，豎向鋼筋骨架上安裝 2 支下翼板軸承滑輪，根據鋼梁高度調節豎向位置，采用專用抱箍固定；籠骨面向鋼梁一側設置翻轉活門，翻轉活門采用φ16 鋼筋焊制為 U 型骨架，長 615 mm，寬 200 mm，高 275 mm，長邊的側面焊接花紋鋼板，活門通過直角折疊合頁與籠骨連接，打開后可側向 90°翻轉，收起時疊合于籠骨內側，并利用鋼筋掛鉤與籠骨扣掛固定。

3）吊籃側面及翻轉活門兩側鋪設石棉防火布，采用高密度 2 mm 厚無塵石棉布，耐高溫 1 000 ℃ 以上，作為高空焊接的隔火設施。單側吊籃組架制作如圖3 所示，翻轉活門制作如圖4 所示，單側吊籃組架三維效果圖如圖5 所示。

圖3 單側吊籃組架制作詳圖（單位：mm）

圖4 翻轉活門制作詳圖（單位：mm）

圖5 單側吊籃組架三維效果圖

3.3.4 組裝防火吊籃

將兩側吊籃組架分別與上導梁連接組配，將吊籃組架水平橫梁穿入的焊接鋼管焊接在上導梁兩側槽鋼下部，并與槽鋼底面平齊，防火吊籃組裝成型。

3.4 防火吊籃安裝操作步驟

3.4.1 鋼梁安裝校正

本技術適用于 H 型鋼梁節點安裝操作，鋼梁吊裝在鋼柱安裝校核完成后進行，利用汽車吊或履帶吊，采用 4 點對稱綁扎起吊安裝，綁扎吊起點在梁中心線上，保證梁吊起時無扭曲變形；先進行試吊，鋼梁吊離地面 20 cm，無異常再繼續吊裝［2］；在鋼梁兩側連接 4 根牽引繩，通過地面專人指揮操作，保證吊裝時平穩安全。

鋼梁吊裝對位后及時夾好連接板，用沖釘將梁兩端孔打緊、較正，通過工具螺栓組與鋼柱固定連接；鋼梁吊裝時隨時用經緯儀校核，出現偏差時及時糾正，確保鋼梁安裝中心線與柱頂或牛腿頂面的中心線重合。

3.4.2 吊裝防火吊籃

鋼梁就位臨時固定后吊裝防火吊籃，預先將防火吊籃組裝成型，旋調上導梁的限位器水平方向平行于鋼梁，吊車整體吊裝吊籃，通過吊環 4 點對稱起吊，在地面人員牽引下，將上導梁居中置于鋼梁頂面，利用上翼板軸承滑輪作為支撐，上導梁兩側的 8# 槽鋼可作為水平定位裝置，防止吊籃側向偏移；吊裝就位后，施工人員在鋼梁上將上導梁的限位器調整為垂直于鋼梁后鎖緊螺栓，防止吊籃側向傾覆；操作者系好安全帶，從鋼梁兩側進入吊籃，根據鋼梁高度，利用專用抱箍將下翼板軸承滑輪與吊籃豎向鋼筋骨架連接固定，并使下翼板軸承滑輪的滑槽卡住鋼梁下翼緣；待防火吊籃懸吊穩固后，方可將鋼絲線與吊環解除，完成防火吊籃安裝。

作業人員打開吊籃底部的翻斗活門，兩側的活門翻轉 90°后對接，將吊籃底部完全封閉，作為接火設施，避免高空焊接時焊花濺落；操作人員利用防火吊籃作為操作平臺，可安全、便捷進行鋼結構高空焊接及其他安裝作業。防火吊籃作業工況三維效果圖如圖6 所示。

圖6 防火吊籃作業工況三維效果圖

3.4.3 構件節點焊接

1）焊前準備。施焊前應進行技術和安全交底，焊接工藝評定合格后方可進行正式焊接；焊條在使用前必須按規定烘焙，隨用隨取并放入保溫筒內；焊接前將坡口表面、坡口邊緣內外側 30～50 mm 范圍內的油污、鐵銹等雜物清除干凈，露出金屬光澤；手工電弧焊風速＞10 m/s、氣體保護焊風速＞2 m/s 時，設置防風棚等防護裝置；雨、雪天氣或相對濕度＞90 % 時，采取有效防護措施后方可施焊。

2）焊接注意事項。引弧應在焊道處進行，嚴禁在焊道區以外的母材上起弧，施焊時宜分層焊接，連續施焊，每層焊道焊完后及時清理檢查，清除缺陷后再焊；焊接完畢，焊工應清理焊縫表面熔渣及兩側的飛濺物，檢查焊縫外觀質量；焊縫出現裂紋時，焊工不得擅自處理，應查清原因，制定修補工藝后方可處理［3］。

3）安全操作規程。由于高空作業施工難度較大，不安全因素多，因此必須采取有效的安全防護措施，嚴格執行安全操作規程和各項安全措施，確保安全施工。

焊工必須持有安全操作證方可上崗，上崗前焊工應接受安全交底，穿戴好勞防用品；焊機接地良好，防止觸電事故發生；高空作業要系好安全帶，高掛、低用；高空作業不得向下丟焊條頭等雜物，作業區不得有易燃、易爆物品；焊接完后及時關閉焊機開關，將焊鉗放在絕緣物品上或懸掛起來，不得與構件接觸［4］。

3.4.4 檢查驗收

鋼結構焊接質量檢查驗收參照 GB 50205－2001《鋼結構工程施工質量驗收規范》及 JGJ 81－2002《建筑鋼結構焊接技術規程》進行，低碳鋼焊縫冷卻后進行焊接檢驗，低合金鋼在焊縫冷卻 24 h 后進行，焊縫無損檢查按照 GB 11345－89《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》規定進行［5］。

3.4.5 防火吊籃移位

當該作業面施工完成需要縱向平移時，可由吊籃內的操作人員牽引連接在鋼梁上的安全繩，通過兩組軸承滑輪實現水平方向自由滑移，也可通過地面人員牽引吊籃在梁跨內任意位置行走。

3.4.6 周轉備用

該作業段的施工完成后，操作人員將兩側的翻轉活門收起，利用鋼筋掛鉤固定在吊籃骨架上，將吊裝鋼絲繩連接在 4 支吊環上，將上導梁的限位器回轉平行于鋼梁，然后操作人員攜帶工具退出作業面，利用吊車將防火吊籃整體起吊，兩片吊籃組架通過上導梁的鋼管轉軸翻轉呈水平狀態，自動解除下翼板軸承滑輪與鋼梁下翼緣的卡固，并在上導梁兩側的角鋼約束下保持水平狀態，實現整體吊移，將防火吊籃轉移至下一個工作面周轉使用。

4 創新技術優點

1）本技術改進了傳統的作業爬梯及固定式單人吊籃工藝，實現鋼構件同步對稱焊接，有效防止鋼結構焊接變形，提高鋼結構焊縫連接的工藝標準，促進鋼結構安裝工程的質量提升。

2）本技術兼具高空作業、焊接防火、置物平臺及安全防護等功能，具有安全可靠、通用性好、移動便捷、省工省時等特性，滿足高空作業及安全防火的施工需要。

3）防火吊籃上導梁及軸承滑輪可根據鋼梁尺寸靈活調節，通用性好，采用螺栓連接組合，安裝拆卸方便，通用于各類規格的 H 型鋼梁的節點安裝施工，簡化了施工工序，同時縮減了鋼結構工程的施工周期，節省材料及人工成本，促進節能環保，也為現場文明施工和標準化管理創造了良好條件。

5 結語

本文基于改進傳統工藝的不足，創新研發用于鋼結構高空焊接的防火吊籃，通用于各類規格型號的 H 型鋼梁的節點安裝施工，對提升鋼結構焊接的工藝質量、保障高空作業安全及消除火災事故起到積極作用，并促進降本增效、節能環保。同時，該技術的研發已形成專利成果“一種用于鋼結構高空焊接的防火吊籃”獲得國家實用新型專利，對于推動標準化施工及行業高質量發展，具有較好的現實意義和實用價值［6］。Q