大厦中庭采光天窗的滑移式安装

　　[摘要]本次网架设计中，抛弃了常用的焊接球螺栓球连接形式，采用角钢和方管作为网架主要材料。在视觉上网架均为直线条，且网格相对较大，空间立体效果要比传统的焊接球螺栓球连接形式网架美观很多。
　　[关键词]滑移式安装；单元体；标准段；嵌补段
　　工程概况
　　中国船舶重工集团公司科技研发大厦位于北京西三环外板井路，为地下3层地上8层混凝土结构变回形写字楼。中庭顶部设天窗网架，其天窗网架设计参考了华人著名建筑设计师贝聿铭设计的中银北京大厦裙楼天窗网架形式。在网架设计中，抛弃了常用的焊接球螺栓球连接形式，采用角钢和方管作为网架主要材料。在视觉上网架均为直线条，且网格相对较大，空间立体效果要比传统的焊接球螺栓球连接形式网架美观很多。网架施工时，大厦主体结构施工完毕，楼内2次砌筑，装饰工程电气管道施工均按流水节拍由下至上进行施工。吊机有原有结构施工用的两台附墙吊，其中1台45t已确定拆除。另外一台60t将作为网架施工用主吊机。
　　
　　网架的构成和零部件分类：天窗网架分为下弦杆，腹杆和上弦杆三类，下弦杆为200*16角钢，南北方向通长布置，作为主要受拉构件，东西方向为短杆件为连接支撑。用来保证整体结构刚性。腹杆为160×14角钢，采用压力机开尺，将角钢两肢角度由90°开尺为120°，4根腹杆在顶部交汇形成金字塔形状，作为垂直方向受压杆件，也是空间立体形状的形成主要杆件。上弦杆为主要受压杆件，采用200*10方管制作，同下弦杆一样，南北方向为通长杆件，东西方向短杆件作为连接支撑。
　　一、施工概况
　　（一）现场施工条件：
　　１、网架长度较长，南北向长度达到37.8m
　　２、主体结构已经施工完毕，所有结构都已成型，结构高度已达到27.3m。中庭有地下结构，1层地坪采用预拉力混凝土结构施工，地面承重不能满足大型吊机进场的要求。且建筑大门尺寸也不能满足大型吊机的进场。
　　３、大厦南侧土建施工用60t附墙吊一台，吊装起重量在22t~8t范围内。
　　４、顶层屋面已施工完毕，可以放置拼装为整体的构件，散件集中放置则可能压坏楼板。
　　（二）施工平面布置
　　１、根据已有现场条件和布置，施工主吊机采用土建施工的60t附墙吊作为安装用吊机，采用滑移法进行天窗安装。
　　２、地面在吊机两侧分别设置拼装台和堆放场地。
　　３、在中庭西部设置在高空拼装脚手架平台从中庭地面搭设承重脚手架平台，在脚手架顶部下弦杆位置设置双杆配牛头作为拼装台架。其他操作位置搭设跳板，并在下方满铺安全网。拼装台顶部牛头布置间距为600~1000。中庭承重拼装台将是安装阶段主要施工作业区域。
　　４、在北侧，利用联系梁设置滑移轨道。在南侧，在屋面搭设脚手架滑移轨道。
　　５、电源：地面和空中共设置2个施工用电源点，地面拼装电源点80KVA，负责地面小型构件组装，楼顶拼装台电源点1个，250KVA。
　　现场施工设施和机具布置如下图：
　　
　　本次施工专有名词：
　　１、单元体：指由4根腹杆组装完成的四棱锥杆件，也是构成网架空间立体形状的主要构件。
　　２、标准段：指由2根下弦杆，1根上弦杆，2~3个单元体组成的在工厂制作为整体的网架。
　　３、嵌补段：两个标准段之间的在高空拼装台安装完成的的网架节段。
　　（三）钢结构制作
　　本次施工构件制作由武昌造船厂进行构件制作，标准段网架在工厂制作保证了构件的制作的精度，为现场施工创造了有利条件。
　　１、腹杆角钢的开尺：腹杆角钢根据设计为120°角钢，采用压力机进行角钢开尺，为保证开尺后角钢不会出现双肢开尺角度差异，过变性等质量问题，采用上下双模开尺。
　　２、构件下料，本次天窗构件主要由型钢构成，下料全部采用了数控等离子切割，保证了构件的下料的精度，而且断口外观质量美观，无变形。
　　３、四棱锥单元体的拼装：四棱锥单元体拼装在专用台架上进行，控制好四棱锥的中心，高度，四角边长等数据后，方可焊接，由于此时四棱锥四脚均无固定，进行临时固定措施后方能焊接，焊接时做好变形控制工作。
　　４、标准段组装：首先在拼装台上1：1放好实样，焊好卡马，将2根12m左右的下弦杆对号入座放好，再将3根下弦杆支撑与下弦杆点焊牢固，并在开口处增加临时支撑，确认尺寸无误后采用小电流和间断焊施焊。焊接完成后安装四棱锥单元体，根据下弦杆的长度安装2~3个四棱锥单元，四棱锥安装完成后检查四棱锥顶点标高，对于顶点的高差，可利用四棱锥顶部方钢帽进行调节，最后安装上弦杆。
　　５、嵌补段的上弦杆，腹杆，上下弦杆支撑，均以散件形式运制现场，在现场进行拼装。
　　（四）安装工艺：
　　天窗网架安装顺序分为联系梁和滑移轨道安装，网架拼装和滑移，网架就位，西侧网架高空安装几个阶段，同时在地面还需要进行四棱锥单元体的拼装。
　　１、安装首先安装柱顶联系梁和设置滑移轨道，北侧直线段可以利用联系梁上设置滑移轨道。南侧由于联系梁角度原因无法利用联系梁设置滑道，故在屋面设置承重脚手架滑道。
　　２、地面作业主要是四棱锥单元体的拼装和焊接，四棱锥拼装工艺同制作场内拼装，必须利用专用台架进行。
　　３、高空安装顺序为：10段标准段拼装——10段标准段滑移——8段标准段拼装——9段嵌补段拼装——8~10段网架滑移——6段标准段拼装——7段嵌补段拼装——6~10段网架滑移——4段标准段拼装——5段嵌补段拼装——4~10段网架滑移——2段标准段拼装——1、3段嵌补段拼装——1~10段网架就位——12段网架标准段高空安装——11段网架高空嵌补安装。
　　４、具体施工工艺见关特工序施工。
　　二、关特工序施工工艺
　　由于网架滑移的施工复杂性，本次施工中关特工序相对较多，关特工序有：滑移轨道安装布置、承重平台顶部拼装台设置、网架高空拼装滑移就位。
　　三、滑移轨道的构成和布置
　　网架滑移轨道采用武昌造船厂成品运输轨道技术，滑移轨道由，下轨，算盘籽和上轨组成，下轨定位，算盘籽滚动，上轨承载构件滑移。采用此类形式滑移阻力较小，且定位准确，受
　　力也较均匀。北侧柱顶I32a联系梁顶设置扁钢做下轨枕木，间距400。南侧由于屋面与网架不平行，无法利用联系梁支撑滑轨，故利用南侧屋面搭设承重脚手架平台搭设滑道。根据南侧屋面尺寸，设置2条滑道接力，由于南侧脚手架是搭设在现浇屋面板上，在南侧7、8层屋面板下设置支撑均布载荷。
　　
　　四、承重脚手架平台布置
　　承重脚手架顶部4’线和5线利用扣件和牛头设置网架拼装支撑点，支撑点间距1000，5’线设置焊接支撑点。由于网架有2%的坡度，支撑点必须根据网架坡度和滑轨支座设置顶部标高。作业区域满铺安全网，并在顶部搭设跳板。顶部作业平台是网架施工的主要作业区域。
　　
　　五、网架的拼装和滑移
　　为保证网架几何尺寸，标准段网架由武昌造船厂重型分厂制作，分2~3段运至现场，在现场高空拼装为整体。网架拼装由北侧向南逐段拼装。首次10段标准段拼装前首先找好滑移轨道支座和高空拼装台各点的相对高差，并在牛头上做好标记以方便以后各点高度调整，第一件标准段网架就位时应利用E轴线对网架的位移和轴线垂直度进行控制定位，找正后安装第二件及第三件标准段网架。网架拼装时，由于整体网架的对角线尺寸不好拉设，故拉设拼接4.2m*4.2m单元对角线尺寸检查。网架下弦拼接采用标准接头，上弦拼接采用内置衬板单面坡口焊接。标准段拼装为整体后降低拼装台支撑点，检查网架坡度后去除滑移装置的锁定，在两侧轨道前端利用2台手拉葫芦进行网架的滑移。网架滑移8400后检查距离无误后固定。然后提升拼装台牛头丝杆，补充算盘籽并安装第二节滑道上轨，开始8段标准段的拼装。8段标准段拼装完成后，开始9段嵌补段网架的安装，首先安装下弦连杆，下弦连杆安装后必须对每个4.2m*4.2m单元对角线检查无误后点焊固定牢靠，随后安装四棱锥单元，四棱锥单元安装时必须保证其中心位移，顶部标高可以利用方钢帽在安装上弦杆时进行调整。四棱锥安装完成后安装上弦杆，首先安装南北方向通长上弦杆，然后安装嵌补上弦支撑，所有杆件安装检查无误后进行焊接，焊接时必须保证嵌补段两侧通长下弦支撑杆处于顶紧状态。至此，6~8段网架单元拼装完毕，网架使用同样工艺进行滑移，拼装，嵌补作业，直至网架滑移到位。
　　六、网架就位
　　网架滑移到位后安装支座，采用2台15t千斤顶将支座处网架顶起100，把支座安放在柱顶上，同时拆除滑移上轨，然后将网架回落至支座，完成安装，千斤顶作业位置应在杆件节点处，对于南侧部分网架，在节点出支撑千斤顶比较困难，在靠近节点处架设千斤顶，并在杆件下增加衬垫来分散荷载。
　　七、网架滑移式安装的优点
　　网架结构承载力大，重量轻，跨度大，而且具有空间立体性，网架在民用和商用建筑中配合中空双层夹胶玻璃形成天窗后更具有采光好，装饰效果强等优点，在采用low-e玻璃后可以有效减少辐射热传递，保温性能同传统天窗相比得到了非常大的提高。在中庭式和商用建筑顶层装饰中使用较多。在近年来商用建筑中，大网架，无连接球的设计也在逐渐增多，网架的空间立体效果得到增强，具有很好的装饰效果。
　　在本次施工中，天窗网架滑移安装的优点主要体现在如下几个方面：
　　（一）经济：对于传统的地面组装后高空单片安装和满堂脚手架平台作业方法，网架滑移安装仅搭设了部分区域的承重脚手架，利用土建施工的附墙吊进行施工，节约了搭设满堂承重脚手架或使用大型塔吊的费用，取得了比较良好的经济效果。
　　（二）安全：承重脚手架平台使高空作业集中在高空固定区域，将高空作业边为了高空平台作业，大大减少了作业人员的高空作业的危险性。
　　（三）优质：利用土建施工中常用的牛头制作的支撑架，通过螺旋丝扣可对高度进行精确的调节，通过多点放置，有效的控制了网架拼装的误差。
　　（四）易操作：本次施工中采用的滑移轨道滑移阻力小，承载力大，便于安装及调整，操作简便。
　　八、结束语
　　北京中船重工科技研发大厦天窗网架施工从2005年7月13日开始进行各项准备工作，由于初期结构制作问题拖延至8月15日正式开始安装，至10月3日完成全部安装收尾工作。网架坡度误差（跨中高度）在±5mm以内，上弦杆侧向弯曲误差在10mm，四棱锥顶位置偏差在7mm以内（施工中检测数据），网架4.2m×4.2m单元对角线差5mm（施工中检测数据），完全满足钢结构施工规范的要求。质量、进度均得到了业主和监理的好评，在施工中，未发生重大安全事故。
　　参考资料
　　1、 北京中船重工科技研发大厦天窗安装施工组织设计；
　　2、 《建筑施工手册（第5版）》；
　　3、 《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）；
　　4、 《钢结构工程质量检验评定标准》（GB50221-95）    论文发表