曲面装饰中移动轻钢结构脚手架制作安装技术分析

陈俊，韩正虎，陈昌燕，袁帅，吴凡 （中国建筑第二工程局有限公司，北京 100160）

随着国民对精神文化追求的不断提升，新文旅时代开启了新生态，文化与科技的融合，传统与新思维的碰撞、主题IP和艺术的交融，文旅项目的发展正在持续地融合与创新。伴随新文旅时代浪潮而来的是项目主题IP造型越来越新颖、奇特，异型曲面的外立面装饰层出不穷。因此，有必要对曲面装饰层的施工技术进行探索分析。

合肥万达文化旅游城4#楼（商业茂）外立面造型为“书卷形”曲面结构，两侧长达390m，双面曲率为180°。其中电影乐园与娱乐楼东立面部分蜂窝板7666m2，墙身拉毛漆面积2656m2。北立面幕墙工程属玻璃幕墙开中空夹胶逃生窗，建筑高度31m/26.8m；
西立面主入口玻璃幕墙中空夹胶玻璃高17m。屋面直立锁边系统及吊顶铝单板为冲孔铝板。

移动轻钢结构脚手架将用于万达文化旅游城外侧曲面幕墙的施工作业,其原理为通过建模及安全性验算分析曲面幕墙曲率[1]，选择轻钢结构分段组装和拼接，实现架体与曲面结构的高精度契合，利用遥控动力装置，预制移动脚手架滑动基础，实现架体的线性移动，确保幕墙安装精度。

由于合肥万达文化旅游城侧面为180°曲面幕墙，采用常规的移动钢管脚手架[2]无法满足安装需求，故利用Midas软件进行建模分析（图1），制作契合幕墙曲率的特定形状Q235-A方钢施工操作平台，层间铺设平台钢丝网，屋面拉设附轨道，架体设置生命线，既解决了曲面幕墙安装难的问题，又确保了架体稳定性，移动脚手架效果如图2所示。

图1 整体计算模型图

图2 移动脚手架效果图

目前市场上应用移动式脚手架技术的大多是室内屋面钢结构施工，且多用钢管作为架体，而针对特殊外立面施工的移动架较少，因本工程外立面的特殊性，无法使用普通钢管架，故设计曲面移动轻钢结构脚手架时采用了方钢[2]，满足自重的同时，方便曲面形状的拼装，但该类型的脚手架钢骨架梁制作易变形，对幕墙的正常安装产生影响。

制作变形分为两种：一是下料、组对、堆放不合理造成的变形;二是焊接工艺不合理造成的应力变形。变形的形式主要有上、下翼板弯曲变形（侧弯）上拱、下拱变形、扭曲变形三种。变形的因素有腹板因下料边缘不齐和组对不平整，会造成上拱、下拱变形。因火焰切割下料，翼板两边切割受热的时间和温度差异以及焊接顺序，焊缝的高度、宽度不同而造成侧弯变形，骨架梁翻转、固定，支垫不合理造成的扭曲变形。

根据以上变形情况制定反变形焊接、胎具[3]组对等措施。首先，合理下料几何尺寸（包括焊接收缩余量，切割余量）长度偏差不大于±3mm，上、下翼板的平直度不大于±5mm，腹板上、下边缘平直度不大于±5mm，高度不大于±2mm，部件划线精度控制在2mm，对角线不大于3mm，火焰切割割纹深不大于1mm，所有划线和下料后及组对前必须进行尺寸复核，并做必要调整，确保组对的精确度。再利用反变形控制，钢板组对时，在焊缝处反向垫高，反向变形控制。腹板与上、下翼板采用坡口焊接，胎具的角度可根据梁的高度而定，胎具上的腹板与腹板拼接的角度大于90°，主骨架焊接形式如图3所示。

图3 主骨架分段焊接图

由于移动脚手架高31m，宽6.42m，其高宽比较普通钢管架大，而按照我国现行结构设计规范《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）中，并无高宽比限值，高宽比是结构抗侧刚度、整体稳定、抗倾覆能力、承载能力和经济合理的宏观控制指标。本工程为保障施工安全，对此移动式脚手架采取在屋面设置附轨道（图4）、拉设缆风绳的方式（图5），增强整体侧向安全性。

图4 屋面附轨道示意图

图5 缆风绳示意图

4.1 工艺流程

施工准备→预制基础制作→钢轨安装→底部驱动装置安装→底部承重平台→导轨主骨架焊接安装→缆风绳悬挂→附轨道安装→配重放置→检查验收（自检）→专家验收→投入使用。

4.2 设计原则及预制基础

设计层高应符合人体常规高度，故设计步距为1800mm，工人施工操作平台内弧悬挑部分宽度至少为900mm，局部达不到900mm，设计应至少达到600mm，便于人们通行。通过结构软件计算，局部钢材挠度需要壁厚加厚处理，加厚处应于图纸处注明。同时，在设计过程中应考虑人员上下行楼梯及生命通道设置，本工程于架体中间部位左右对称设置上下行生命通道[4]，外围作业区设置1200mm高护栏钢焊连接。

预制混凝土基础设计为图7所示，基础 b×h（0.35m×0.5m），施工工序如图6所示。首先，在预制加工区域进行放线处理（其下垫置模板1块）涂刷脱膜剂，钢筋绑扎（上部4C22，箍筋为C8@200，下部8C16，2C22中间2C22），模板安装加固，轨道钢轨两侧分别预埋直径为C16竖向螺栓杆@300的预埋件，调直校准后，进行C25混凝土浇筑、养护（养护时间不小于7 d）及验收。

图6 预制基础工序图

图7 预制基础剖面图

混凝土基础制作要求如下：

①严格控制基础的标高及平整度，平整度要求控制在±2cm；

②钢筋绑扎注意钢筋的连接及钢筋箍筋的间距控制；

③模板安装完成后，复核模板截面尺寸，使之符合既定方案要求；

④严格控制预埋件安装位置，防止后期安装困难；

⑤洒水养护，必要时用养护液进行养护。

4.3 钢轨安装

将导轨车基础吊运至相应位置，用1:2水泥砂浆进行地面找平，再安装16#工字钢正线钢轨[5]，正线钢轨通过铁垫板进行调平使两条钢轨与v轴方向（即与万达城外立面平行轴线）平行，严禁形成夹角。在钢轨调平后，使用垫板或反向垫板套住上一步工序预留下来的螺杆来固定钢轨，以保证钢轨的平整度，如图8所示。

图8 钢轨剖面图

4.4 安装驱动装置

安装4台型号YDE90L-4，功率15kW，电压380V，堵转电流7.5A，同步转速1500r/2-10Nm的合力牌三相异步驱动电机。先对主动轮进行定位，确保主动轮与轨道形成90°，轮轨运行方向与轨道方向绝对平行。再对从动轮进行定位，确保从动轮与轨道形成90°，轮轨运行方向与轨道方向绝对平行，并复测四个轮轨对角线是否相等，然后进行驱动电机与波箱与主动轮安装。确保波箱与主动轮轴心安装间隙达到机械安装精度要求，确保电机轴心与波箱安装间隙达到机械安装精度要求，并加注波箱齿轮油进行润滑。

4.5 底部承重平台安装

现场加工制作三组截面尺寸为8m×0.3m×0.3m、6m×0.3m×0.3m 的矩形底板桁架，放置一边待用。将制作好的矩形钢桁架通过钢板钢焊连接至驱动轮上部，并对钢桁架水平方向及垂直方向校正，将分散的六榀钢桁架焊接成一个整体，形成承重结构体系平台，如图9所示。

图9 底部承重平台

4.6 导轨主骨架焊接安装

将所需的钢桁架全部准备完毕，先将两端竖向钢桁架通过钢焊连接于轨道承重平台之上，利用拉通线法校正脚手架两榀桁架的对角线以确保其受力均匀。逐一安装中间三榀竖向钢桁架，与上部已安装完成的两端桁架对齐，焊接至轨道承重平台之上。再进行水平支撑单元与斜向支撑单元构件的焊接[6]。第一段最上部水平方向单元杆件与第二段水平方向单元杆件在水平方向四角用厚度20mm钢板螺栓锚固铰接，螺栓孔间距250mm，再进行下一段钢桁架的焊接安装。轻钢结构根据外立面造型，分三段至四段进行铰接，根据计算结果，各段不同位置处，需要的型钢型号也不一定相同，轻钢平台制作工艺如图10所示。

图10 轻钢平台制作工艺

4.7 缆风绳悬挂及附轨道安装

为确保移动脚手架载大风天气不移动摇晃，施工至第三段时，加设4道直径12的钢丝绳缆风绳[7]。轨道移动脚手架时，将缆风绳拆卸，静止后再安装，外围作业区设置1200mm高护栏钢焊连接，确保缆风绳安装拆除过程中施工安全。

附轨道的测量放线必须依据V轴平行方向设置，不平行易造成轨道运行夹角形成，运行不畅，骨架扭曲变形，附轨道设置是为了保障轨道车运行过程的平稳，从动轮与附轨道的连接必须按图安装，附轨道与原结构的钢焊连接必须牢固，并保证热应力释放不会造成原钢结构受伤。各受力翼板焊接符合结构要求，在附轨与轨道车连接完成之后，在轨道车静止作业施工期间，把轨道车通过12mm钢丝绳与屋面原钢结构上连接防护。防止因突发恶劣气候及非人力控制因素发生轨道车倾倒造成次生伤害。

4.8 配重放置

本移动脚手架配重采用在下部平台设置沙袋的方案[8]，沙袋重量相差不大，均匀堆放，宜堆放在平台上四周设置维护，沙袋总重量为2000kg。因驱动运行利用行业常规航吊车驱动系统电机，以16t位驱动动力，则配重无须经常在运行时需求上下卸运，依据前端动力设置，不会发生侧翻。

4.9 检查验收

检查验收阶段包括轨道式移动轻钢结构异形脚手架加工及安装调试完成后。定期检查项目包括：①底部基础平整度是否满足要求；
②铰接点位置处螺栓是否拧紧、生锈及松动；
③所有焊接点焊缝是否满足要求；
④缆风绳是否处于预受力状态；
⑤配重是否均匀；
⑥是否超载；
⑦限位器是否灵敏可靠。

通过本项目的实际应用，移动轻钢结构脚手架完成了合肥万达文化旅游城项目曲面幕墙结构的精准安装，取得了良好的效果。其中，移动轻钢结构脚手架多次移动使用，完成幕墙安装及安装期间的幕墙维护、维修工作，保证了施工期间工人作业安全，加快了整体施工进度。

相比于搭设满堂脚手架，采用移动轻钢结构脚手架制作安装技术的用钢量节约了60%～70%，节约成本72.61万元，节省工期近30天。同时，避免了脚手架的反复安拆，保障了曲面幕墙的施工质量。该技术因新颖性被业主及社会各界广泛关注，并获得建设主管部门的高度评价。

采用移动轻钢结构脚手架制作安装技术施工，单位时间内仅需要完成基础的制作、滑轨的安装、移动轻钢结构脚手架的拼装，就能够完成数十倍于移动脚手架体积的曲面幕墙安装。该技术通过构建契合曲面曲率的轻钢脚手架，不仅实现了大曲率曲面幕墙的精准安装，也解决了传统意义上脚手架搭设耗费人工、工期的问题，同时确保了施工安全、保证了工程质量。通过本工程的实践总结，可为同类工程异形曲面幕墙的施工提供参考。

猜你喜欢轻钢脚手架桁架桁架式吸泥机改造设备管理与维修(2022年21期)2022-12-28全钢附着式升降脚手架及其安装方法建材发展导向(2022年10期)2022-07-28分析轻钢结构构件的制作工艺和焊接质量控制商品与质量(2021年33期)2021-11-23探讨BIM技术在悬挑式脚手架工程中应用建材发展导向(2021年20期)2021-11-20附着式升降脚手架的施工特点及难点探讨建材发展导向(2021年6期)2021-06-09摆臂式复合桁架机器人的开发制造技术与机床(2019年11期)2019-12-04轻钢结构件的连接工艺与性能研究建材发展导向(2019年3期)2019-11-28轻钢构造柱约束填充墙的抗震性能分析工程与建设(2019年3期)2019-10-10市政工程冬季施工桁架暖棚安装与耗热计算建材发展导向(2019年5期)2019-09-09Loader轴在双机桁架机械手上的应用制造技术与机床(2017年4期)2017-06-22