一種室內(nèi)采光井上空裝飾施工操作平臺(tái)

李堰平，何宇

（中國建筑第二工程局有限公司，北京 101101）

1 工程概況

本工程為深圳市龍崗區(qū)一大型商業(yè)項(xiàng)目，總建筑面積約3×105m2，地上6 層，地下2 層。室內(nèi)有6 個(gè)采光井，且采光井6 層上空設(shè)計(jì)了當(dāng)下流行的鋼結(jié)構(gòu)LED 天幕及裝飾。

由于采光井在建筑內(nèi)部，東西跨度13 m，南北跨度28 m，高度從負(fù)1 層到屋面為39.5 m，屬于大跨度、大空間采光井。施工企業(yè)對(duì)常規(guī)的鋼管落地腳手架、型鋼懸挑腳手架等多個(gè)方案進(jìn)行了比選，對(duì)安全、經(jīng)濟(jì)、適用性進(jìn)行綜合分析，最終采用自制移動(dòng)式鋼桁架操作平臺(tái)。

2 方案選擇

方案1：采用φ48 mm×3.6 mm 鋼管從負(fù)1 層搭設(shè)滿堂腳手架至施工作業(yè)高度。

方案2：在短跨方向鋪設(shè)工字鋼，間隔1 000 mm，在工字鋼上搭設(shè)φ48 mm×3.6 mm 鋼管架，架體上鋪木板作為操作平臺(tái)。

方案3：采用100 mm×50 mm×4 mm 方鋼、50 mm×50 mm×5.0 mm 角鋼、40 mm×40 mm×4.0 mm 角鋼、30 mm×30 mm×2 mm 方鋼及萬向輪焊接組裝搭設(shè)移動(dòng)式鋼桁架操作平臺(tái)；平臺(tái)短跨主梁間距為1 000 mm，豎向次梁間距1 000 mm。操作臺(tái)面滿鋪915 mm×1 830 mm×15 mm 木腳手板。將鋼桁架操作平臺(tái)平移至采光井區(qū)域，進(jìn)行LED 天幕、側(cè)幫以及吊頂?shù)确植糠猪?xiàng)工程施工。

經(jīng)分析，方案1 采用的落地式操作腳手架，工程量大，搭拆周期長，且影響底部地面地坪施工；方案2 采用的型鋼懸挑腳手架，由于采光頂洞口的跨度達(dá)13 m，鋼梁跨中彎曲應(yīng)力、撓度值大，經(jīng)計(jì)算顯示，需選用50 a（計(jì)算最大應(yīng)力值δmax=72 N／mm2＜[δ]=215 N／mm2，計(jì)算最大撓度值Vmax=0.036 m＜[V]=1/400=0.039 m，[δ]為應(yīng)力允許值，[V]為撓度允許值）以上的工字鋼或H 型鋼才能滿足強(qiáng)度及剛度要求，鋼梁自重大，安拆不便，且成本造價(jià)高，同時(shí)，影響側(cè)幫及欄桿施工。方案3 與方案1 比較，工程量小、造價(jià)低、周期短，且不影響下層正常施工作業(yè)。方案3 與方案2 比較，具有使用靈活、安拆方便、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，適宜大跨度結(jié)構(gòu)。

綜合施工效率、成本、安全和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況幾個(gè)方面，選擇方案3，采用移動(dòng)式鋼桁架操作平臺(tái)進(jìn)行采光井上空的裝飾施工。

3 移動(dòng)式鋼桁架操作平臺(tái)構(gòu)造設(shè)計(jì)

移動(dòng)式鋼桁架操作平臺(tái)采用100 mm×50 mm×4 mm 方鋼、50 mm×50 mm×5.0 mm 角鋼、40 mm×40 mm×4.0 mm 角鋼、30 mm×30 mm×2 mm 方鋼焊接組裝搭設(shè)；平臺(tái)短跨主梁間距為1 000 mm，豎向次梁間距1 000 mm；操作臺(tái)面滿鋪15 mm木腳手板，一一加以固定；操作平臺(tái)四周臨邊安裝安全防護(hù)欄桿，欄桿的高度為900 mm。另外，操作平臺(tái)的短跨側(cè)配置登高爬梯，爬梯采用角鋼焊接，踏步角鋼間距為400 mm。

為確保移動(dòng)式鋼桁架操作平臺(tái)的承重穩(wěn)定性，在底部移動(dòng)的輪子上設(shè)置鎖止裝置，采用每個(gè)輪子承重不小于3 t 的萬向輪作為移動(dòng)輪[1]。

本工程使用的操作平臺(tái)高2.5 m，寬2.7 m，長14.8 m。上、下弦桿選用100 mm×50 mm×4 mm 鍍鋅方鋼，腹桿選用50 mm×50 mm×5.0 mm 角鋼，斜桿選用40 mm×40 mm×4.0 mm角鋼，防護(hù)欄桿由30 mm×30 mm×2 mm 方鋼焊接組成（見圖1～圖4）。

圖1 移動(dòng)式鋼桁架操作平臺(tái)俯視圖

圖2 移動(dòng)式鋼桁架操作平臺(tái)立面圖

圖3 移動(dòng)式鋼桁架操作平臺(tái)立面圖

圖4 移動(dòng)式鋼桁架操作平臺(tái)三維模型圖

本操作平臺(tái)采用3D3S 設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，作用于平臺(tái)上的荷載分為恒荷載和活荷載。恒荷載包括鋼桁架操作平臺(tái)結(jié)構(gòu)自重，活荷載包括作業(yè)層上的人員、器具和材料等荷載。該操作平臺(tái)用于采光井上空裝飾裝修施工，平臺(tái)面滿鋪木板。參照相關(guān)規(guī)范，木腳手板荷載按0.35 kN/m2取值，裝修施工荷載按2.0 kN/m2取值，鑒于操作平臺(tái)放置于室內(nèi)，不考慮風(fēng)荷載的作用。因此，該操作平臺(tái)的荷載效應(yīng)組合為恒荷載+活荷載[2]。

3.1 位移及應(yīng)力分析

活荷載取1.0 kN/m2，考慮現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)2 種類型的荷載組合進(jìn)行驗(yàn)算：（1）1.3 恒荷載+1.5×0.7 活荷載；（2）1.35 恒荷載+1.4×0.7 活荷載。通過計(jì)算，跨中豎向位移為-30mm（小于S／400，S 為跨距），滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

3.2 焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算

設(shè)計(jì)焊縫方式：角焊縫，焊縫高度為4 mm。

設(shè)計(jì)受力分析：根據(jù)計(jì)算模型進(jìn)行計(jì)算分析，1 000 mm×500 mm×4 mm 的方鋼立柱承受的軸力最大，數(shù)值為N=-4.70 kN（軸向受壓）。桁架桿件只承受軸向應(yīng)力，且軸向應(yīng)力垂直于焊縫長度方向。若最大軸向應(yīng)力驗(yàn)算滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，即可證明桁架結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求。根據(jù)GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第11.2.2-1 條，設(shè)計(jì)強(qiáng)度復(fù)核公式為：

式中，σf為按焊縫有效截面計(jì)算，垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力，MPa；he為直角焊縫的計(jì)算厚度，he=0.7hf（hf為焊角尺寸）；lw為角焊縫的計(jì)算長度，每條焊縫取實(shí)際長度減去2hf；βf為正面角焊縫的設(shè)計(jì)強(qiáng)度增大系數(shù)，取1.22；ffw為角焊縫的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，MPa。三級(jí)角焊縫設(shè)計(jì)強(qiáng)度為160 MPa。

帶入數(shù)值：σf=4 700/[0.7×4×(100-8)]=4 700/257.6=18.25 MPa

綜上所述，焊縫強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

4 鋼桁架操作平臺(tái)制作工藝及要求

4.1 制作工藝

總體流程為：鋼材下料→桁架主體拼裝→構(gòu)件焊接→荷載加載試驗(yàn)→架體驗(yàn)收→架體掛牌使用。

下料前，應(yīng)對(duì)鋼材表面進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，合格后方可投料使用。

拼裝順序：立柱→主梁→次梁→輪子→落地→腳手板鋪裝→護(hù)欄安裝。

4.2 制作要求

桁架操作平臺(tái)的鋼材采用Q235B 級(jí)鋼材，焊條采用E43 型，按照拼接順序焊接成型。

4 個(gè)角立柱底端設(shè)置轉(zhuǎn)向滑輪，滑輪與立柱焊接成整體。轉(zhuǎn)向滑輪必須配備制動(dòng)裝置，操作平臺(tái)移動(dòng)時(shí)制動(dòng)松開，當(dāng)操作平臺(tái)移動(dòng)至指定位置后，將滑輪的制動(dòng)鎖死[3]。

鋼桁架操作平臺(tái)焊接前，施工人員須對(duì)焊接施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行打掃清理，不得有易燃易爆物存放。鋼構(gòu)件的鐵銹、油污等雜質(zhì)應(yīng)采用打磨、清洗等方式清理，以確保在焊接過程中焊縫質(zhì)量不會(huì)出現(xiàn)問題。

操作平臺(tái)正式焊接前，施工人員還要確定鋼構(gòu)件的最小預(yù)熱溫度和道間溫度，從而選擇正確的焊接方法。正常情況下，預(yù)熱和道間溫度的最大值不能超過230 ℃。在施焊過程中，施工人員還要對(duì)焊接構(gòu)件的變形量進(jìn)行控制，避免構(gòu)件材料出現(xiàn)變形，如果出現(xiàn)變形的現(xiàn)象，施工人員應(yīng)采用多層翻身和對(duì)稱焊接的方法對(duì)其進(jìn)行處理。

多層焊縫必須將上一層的焊渣清理干凈后，再進(jìn)行下一層焊縫的施工[4]。

5 質(zhì)量控制措施

按相關(guān)規(guī)范要求對(duì)鋼材、焊條、轉(zhuǎn)向輪等所有材料進(jìn)行聯(lián)合檢查驗(yàn)收，出廠合格證、產(chǎn)品質(zhì)量書、進(jìn)場(chǎng)復(fù)試合格后，方可使用。

所有鋼材應(yīng)有良好的焊接性和合格的沖擊韌性，并且均應(yīng)達(dá)到現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和驗(yàn)收規(guī)范的要求。

焊接材料的性能和質(zhì)量必須符合國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件就位后及時(shí)進(jìn)行校正，鋼柱對(duì)軸線的位移應(yīng)控制在5 mm 以內(nèi)，標(biāo)高控制在+3～-5 mm 以內(nèi)，垂直度控制在1/1 000 以內(nèi)，節(jié)間距離控制在±10 mm 以內(nèi)。

鋼梁拼組裝，鋼梁組裝要嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)規(guī)范，認(rèn)真操作，防止扭曲及變形，并在拼裝胎架上進(jìn)行，鋼梁長度控制在+5～-10 mm 以內(nèi)，接口截面錯(cuò)位小于2 mm，扭曲小于10 mm。

6 鋼桁架操作平臺(tái)使用要求

1）移動(dòng)式懸挑操作平臺(tái)的地面必須平整。

2）拼裝完成，焊縫驗(yàn)收合格后，在現(xiàn)場(chǎng)樓面區(qū)域進(jìn)行荷載加載試驗(yàn)，在平臺(tái)上方緩慢遞加放置500 kg 的沙袋，檢查平臺(tái)的穩(wěn)定性。若出現(xiàn)桁架變形或失穩(wěn)，則需要重新進(jìn)行設(shè)計(jì)并驗(yàn)算。

3）移動(dòng)移動(dòng)式鋼桁架操作平臺(tái)前必須對(duì)架體進(jìn)行檢查，在架體無異常、操作平臺(tái)無人員、無材料工具時(shí)，方可移位。移位時(shí)采用人力在架體兩側(cè)均勻施力的方式，不可使用蠻力、不可借用其他木棍和鋼管等工具。

4）移動(dòng)式鋼桁架操作平臺(tái)上有施工作業(yè)時(shí)必須使4 個(gè)輪子保持制動(dòng)狀態(tài)。

5）移動(dòng)式鋼桁架操作平臺(tái)搭設(shè)完畢后，應(yīng)進(jìn)行首次平地實(shí)驗(yàn)，以確保安全性達(dá)到要求。

6）施工人員登上平臺(tái)后，必須立刻將安全帶上的自鎖鉤扣在單獨(dú)懸掛于單獨(dú)設(shè)置的安全繩上。

7）無論護(hù)欄是否敞開，作業(yè)人員均必須隨時(shí)系掛安全帶，按照高掛低用的原則正確使用安全帶。

8）施工過程中發(fā)現(xiàn)有缺陷和隱患時(shí)，必須停止作業(yè)，處理完成并驗(yàn)收合格后，方可重新申請(qǐng)使用。

9）施工操作人員在作業(yè)過程中必須嚴(yán)格執(zhí)行安全操作規(guī)程。

10）推動(dòng)操作平臺(tái)應(yīng)派專人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指揮，平臺(tái)上有人操作時(shí)禁止推動(dòng)平臺(tái)[5]。

7 效益分析

移動(dòng)式鋼桁架操作平臺(tái)從加工到焊接組裝，僅用了3 d 時(shí)間，大大縮短了工期。同時(shí)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，桁架桿件變形符合相關(guān)規(guī)范要求。其使用功能及安全性能夠滿足施工及安全要求。移動(dòng)式鋼結(jié)構(gòu)桁架操作平臺(tái)特別是在大跨度采光井區(qū)域的使用取得了良好的效果，縮短了工期，并節(jié)省了大量施工成本，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。

8 結(jié)語

綜上，基于該工程設(shè)計(jì)的移動(dòng)式鋼桁架操作平臺(tái)，適用于工程中大跨度采光井上方的LED 天幕、吊頂裝飾等分部分項(xiàng)工程施工。通過分析軟件建立模型進(jìn)行計(jì)算，證明了該操作平臺(tái)的設(shè)計(jì)合理性，兼顧了使用的安全性和制作的便捷性；同時(shí)，平臺(tái)構(gòu)件選材簡(jiǎn)單，便于采購加工，連接采用焊接連接形式，可以現(xiàn)場(chǎng)制作使用并能多次周轉(zhuǎn)；平臺(tái)構(gòu)件質(zhì)量輕，可人工便捷移動(dòng)搬用。相較于滿堂腳手架，移動(dòng)式鋼桁架操作平臺(tái)成本更低，安全系數(shù)更高。此次設(shè)計(jì)的移動(dòng)式鋼桁架操作平臺(tái)，展現(xiàn)了綠色施工的特點(diǎn)和要求。