江西景德镇化工厂太空瓦施工方案

江西景德镇某化工股份有限公司

拱形波纹钢屋盖

施

工

方

案

江苏杰达钢结构工程有限公司

2019年9月3日

1、前言  

金属薄壁拱型屋盖是近几年来从国外引进和发展起来的一种新型的屋盖结构，国内目前最大跨度可达36m，它与传统结构相比，有着自重轻、安装容易、造型美观、施工周期短、抗震性能好、造价低廉、环境污染少、免维护等综合优势。“金属拱型波纹屋盖”作为建设部2001年科技成果推广项目，在近年来有了长足的发展，目前施工技术已日臻成熟。作为冷弯型钢结构的一个分支，金属拱型波纹屋盖结构早在十九世纪八十年代就开始为人类所用，但尽管金属拱型波纹屋盖结构属于冷弯型钢结构范畴并有着很久的应用历史，但到目前为止世界上还没有一部这种结构的专用技术规程，为使拱型屋盖建设过程中施工工艺更加规范，更加完善，特制定了本工法，也希望能为日后其他同类工程提供一定的经验。  

2、工法特点  

2.1金属拱型波纹屋盖由于跨度、拱度各不相同，且多种跨度、拱度的屋盖可能在短时间内轮换吊装，因此，为加快施工进度，降低工人安装吊杆的难度，设计出了可调节型吊杆，大大加快了吊装进度。  

2.2本工法系统的叙述了工艺的全过程，是一套完整的工艺体系，适用于各种金属拱型屋盖的施工过程。  

3、材料及设备  

3.1彩色钢板卷材  

主要材料为冷轧结构钢板，表面处理后热镀锌，镀锌量每平方米不少于200克，表层两涂两烘底漆和面漆，漆为聚酯和氛树酯，因而防腐性能好，对环境温度适应性强，强度高，使用寿命长久。例如宝山钢铁股份有限公司生产的Q/BQB440TS280GD2/2RGA彩色涂层钢带，由于跨度不同，对应的常采用0.800×914×C、1.000×914×C、1.200×914×C等不同型号卷材。其中0.800、1.000、1.200表示卷材厚度，914表示卷材宽度，C为长度。  

江西宏柏新材料股份有限公司的甲类仓库屋盖使用的是914mm宽度的精钢覆膜瓦片，板材厚度1.2mm，颜色为银白色。现场一共有三卷，其中一卷净重5.1吨，长度为722米；一卷净重为1.62吨，长度为227米；还有一卷为之前太空瓦项目施工未用完的卷材，目测重量约为4.5吨，长度约为650米。  

3.2吊杆  

在多种跨度、拱度的金属拱型波纹屋盖同时施工时，吊车、吊杆等设备随着工程的进度随时在几种跨度的施工现场进行调动。为此，特设计出可拆卸、可旋转、可延伸的新型吊杆。吊杆采用De110镀锌钢管加工而成，两端为1.5m长可拆卸延伸臂，采用螺纹连接，当吊装25m以上跨度屋盖时安装，平时拆除。内侧为1.5m长可拆卸、可旋转的延伸臂，与主杆采用帮条焊连接，随时可根据吊装的需要进行角度调整，重新焊接，方便快捷，在吊装15~25m跨屋盖时安装，主杆为8m长钢管，用于吊装15m以下跨度屋盖。  

江西宏柏新材料股份有限公司的甲类仓库屋盖跨度为15米，使用8米长的吊杆即可。

图1  吊杆设计图

3.325T的K5汽车起重机1台；  

3.4车载移动彩钢板加工机一台；  

3.5锁边机2台，用于板材咬边、锁边；  

3.645W手电钻2台，用于钢板固定；  

3.71KW切割机1台，用于不平整板材切割；  

3.8钢丝绳、麻棕绳。

 

4、方案制定

4.1板长计算  

随着跨度的不同，彩钢板大棚的拱度也有所差别，因此，在施工前，必须针对施工的实际跨度进行计算，以确定加工后的彩钢板的长度。  

计算依据参照表1，根据江西宏柏新材料股份有限公司甲类仓库的现场情况，厂房跨度15米，长度48米，720平方米。  

对15m跨度进行拱形屋顶直板的计算步骤如下：  

15米跨度的实际彩钢板屋盖跨度为：  

根据表1，高跨比取0.2，拱高为15m×0.2＝3m  

根据跨度与拱高算得，彩钢板实际每跨长度为：16.45m  

考虑压纹过程中2～3％的长度损耗，15米跨度屋盖的单块彩钢板的加工长度取16.5米。  

由于施工场地狭窄，前后左右进退两难，故根据施工现场的实际情况，需要在主干道进行施工，封路3到4天，否则没有场地进行太空瓦的压型、生产。  

施工期间会在封路路段树立安全警示标志，杰达钢构的施工人员会配合与厂区负责人员，安全文明施工，如有需要尽量规避厂区工作车辆。

 

表1

4.2 方案编制

方案基本内容应包括：板长计算、安装质量控制、安全措施、作业人员协调操作具体要求等。并应通过厂家自检，确定计算结果是否满足规范、标准要求；安全措施是否全方位履盖到吊装每个环节等。具体参照如下标准进行：

5、施工工艺

5.1工艺流程  

施工准备>>彩钢板卷材成型>>地面锁边>>屋顶吊装（同时进行钢绞线安装）  

5.2拉环加工  

拉环由钢筋加工，根据甲类仓库现场的实际情况，需焊接在托板后侧。  

5.3预埋件埋设  

预埋件应在钢筋混凝土天沟砼浇筑前埋设，焊接在梁钢筋上，间距不得大于80cm，且每根柱子顶端必须埋设一个，用于焊接拉环。为保证以后铁托板安装的质量，预埋件焊接时应带通线控制好位置与标高。目前江西宏柏新材料股份有限公司甲类仓库上的预埋件已由其他施工单位安放好。  

5.4彩钢板卷材成型  

卷材成型通过车载移动彩钢板加工机完成。这种结构是靠在钢板上轧制出波纹成型的。  

将卷板变成拱型屋盖需要两道成型工艺：  

第一步将钢板轧成U形或梯形波纹直槽板，  

第二步通过在下部轧出横向小波纹而将直槽板轧成拱型槽板。  

拱型槽板的曲率大小就是靠槽板上横向小波纹的深浅来调整的。双向波纹彻底改变了钢板的力学性能。第一步轧制成的槽形波纹极大地提高了钢板的横向刚度，是结构承载力的根本所在。而第二步轧成的横向小波纹则可提高钢板的局部稳定承载力，增强结构纵向抗弯刚度，突出结构壳体受力特性。每吨彩钢板卷材的展开长度约为100～120m，加工成梯型板后，需采用切割机切割为合适的长度。  

5.5组板、地面锁边  

通过车载设备加工成的单块“U”型板，需经过地面锁边方可用于吊装，其原因有二，一是单块板长细比过大，容易折断；二是节约吊车台班。通过锁边机将三块单板加工为一块整板，可大大节约吊装所花的时间。每块单板的形状及锁边机工作的原理如图8所示。

图8  锁边原理及示意图

5.6吊装、屋面锁边  

彩钢板吊装采用人工配合汽车起重机进行。根据江西宏柏新材料股份有限公司甲类仓库现场实际情况，吊车并不能开到厂房内侧进行吊装，唯独在外侧进行吊装，如在外侧起吊，吊车臂需跨过甲类仓库边的小树林，所以吊车起吊吨位必须大，吊车的吊臂必须长。  

经过施工队研究决定，使用25吨K5的吊车进行吊装作业。常规25吨吊车大臂只有33米，而25吨K5吊臂足足有38米长，多出6米，与35吨吊车大臂长度一直。如使用70吨吊车吊装，吊臂40米长，仅仅比25吨K5吊车大臂长2米，且吊车体型、自重更大，相较而言显得没有必要。  

为安全考虑，在吊装过程中尽量多挪动几次吊车，尽量不让吊车斜向吊装，以减少吊装距离。甲类仓库长度为48米，预计将要移动4~5次吊车。  

目前现场有两颗大树枝叶繁茂，将影响到瓦片吊装。故为满足吊装条件，不遮挡驾驶员的视线，不在吊装时瓦片碰撞到树枝，所以在吊装作业前，还需将两颗树木树枝进行修剪。  

在吊装时，为满足吊装施工人员和吊车驾驶员的沟通，还将佩戴对讲机，有问题及时交流沟通，平稳有序吊装。  

根据施工现场情况绘制的吊装示意图如下：

上述图例中显示，甲类仓库周边实际情况为：路面跨度为6.5米，树林跨度为9。5米，甲类仓库跨度为15米，则吊车起吊点到吊装太空瓦中心点的距离为6.5m/2+9.5m+15m/2=20.25米。  

吊车自身高度为3米，太空瓦最高点为6米檐高+3米拱高等于9米，即吊车吊臂末端距离太空瓦最高点的垂直距离为9米减3米等于6米。

A为:吊车吊臂末端距离太空瓦最高点的垂直距离

B为：吊车起吊点到吊装太空瓦中心点的距离

C为：斜边长度吊臂

根据勾股定力：A（）的平方+B的平方=C的平方

则：6*6+20.25*20.25=斜边的平方

斜边长度约为：21米

已知单块拱形屋顶瓦片的长度为16.55米，则其重量为：

16.55m*0.914*0.0012*7.85=0.142T

三块组装为一榀，则重量为：

0.142T*3块=0.427T

算上吊杆重量约为120kg，则吊装一榀太空瓦的重量约为0.65吨。

参考25吨吊车参数表：

对比上表，吊车吊臂伸出32米时仍能吊动1.6吨，完全大于吊装瓦片的0.65吨。

且在实际操作中，吊车放置可以更接近于甲类仓库一侧，吊车起吊点到吊装太空瓦中心点的距离更短，则吊臂长度更短。

故使用25吨K5吊车完全满足吊装要求。

 

 

太空瓦屋面吊装施工程序如下：  

1选择吊杆：根据工程跨度，选用8m的吊杆；  

2安装扣件：吊装时采用扣件将钢丝绳固定在彩钢板上，扣件通过螺栓进行松紧。扣件固定的部位通过方案制定时的计算确定。  

3吊装：汽车起重机起吊时，彩钢板的两端各用扣件连接20～30m的麻棕绳，由工人在地面或屋面上协助汽车吊控制彩板的方向，然后一端采用自固螺栓在预定部位先行固定在铁托板上，另一端再通过麻棕绳拉扯到位后同样采用自固螺栓进行固定，每单块板使用的螺栓数目根据跨度增加而增加，最少不得少于5个。彩钢板每安装2组（即6块单板）后，留下一块单板的位置再继续下一组的吊装，空出的位置待日后安装阳光板。彩钢板的固定方式详见图12拱板安装节点图。  

4屋面锁边：由于在吊装前，彩钢板在地面通过锁边组合成3块一体，吊装后，需通过屋面锁边将每相邻的3块板间的缝隙进行咬合，施工工具与工艺和地面锁边相同。如下图所示。

5.7拉杆安装  

拉杆：使用镀锌钢绞线，花篮螺栓：M27  

5、质量标准  

5.1必须严格执行有关的质量标准，包括以下两个方面：施工图纸的要求和压型钢板的施工及验收标准（YBJ216－88）  

5.2施工方案和屋面钢板安装手册及相关专业资料中的施工质量要求。  

6、质量控制措施  

6.1钢板在搬运时，不能拖行应抬运，以不使钢板变形为准，吊装时，应把钢板按安装方向放置，避免钢板在屋面上调头。  

6.2在屋面钢板上行走，须穿不带钉、不带纹底的软鞋，双脚只能踩在钢板的凹槽部分，切勿踩踏板肋和在天沟板上行走及站立。  

6.3现场切割钢板，尽量在地面进行，不得在靠进其他钢板的地方切割；若须在屋面进行时，不能在其它钢板上进行此项作业。切割时，钢板正面朝下，切割后钢板上的残余铁屑一定要清扫干净，否则易导致钢板的早期锈蚀。  

6.4钢板在屋面的铺设要注意当地的常年风向，板肋搭接方向需与常年风向相背。  

6.5每安装5－6块钢板，即需检查两端的平整度，如有误差，及时调整。  

6.6严格明确各岗位质量、安全责任制；安装前进行详细的技术交底，上岗人员须经考核合格，方可上岗，质量、安全责任到人。  

6.7坚持上岗自检、互检和专职质量检查制度，确保高速优质稳定完成安装任务，  

6.8开展QC活动，由技术人员和工人结合组成QC小组，用科学管理方法来达到施工质量。  

7、施工组织及安全措施  

7.1工种人数  

安装作业以高空作业人员为主体，再结合其它工种，设安装作业总指挥一人。  

安装作业时，约需工种和人数为：起重工1人；板材加工成型及锁边时，6人为一组，进行板材加工或锁边。  

7.2劳动组织与岗位职责（见表2）

序号	岗位	主要职责	人数
1	总指挥	行使全面指挥权	1
2	板材加工及锁边	确保成型彩钢板的供应	5

7.3安全施工  

针对江西宏柏新材料股份有限公司现场的实际施工情况，所有施工人员已经购买了足额的保险，并在施工前经过了安全培训，严格要求在施工过程中必须配搭安全用品，严格按照规范施工。  

工程施工过程中，存在的主要安全隐患如下，应对以下问题进行预防并提供相应的安全措施，确保整体施工的安全。  

（1）高空作业：本工程工作内容以高空作业为主，作业人员应遵循以下条例：  

1从事高处作业的人员必须持证上岗，并认真遵守安全施工规定，衣着要灵活，禁止穿硬底和带钉易滑的鞋；  

2作业人员佩戴安全带；  

3高处作业物料要堆放平稳，不可放置在临边和洞口附进、凡有坠落可能的，要及时撤出或固定以防高空坠物伤人。  

（2）施工用电：  

1总配电箱应设在近电源处，分配电箱应装在近用电设备或用电区内。  

2配电箱采用铁板制作。  

3配电箱内应分别设置工作零线接线端子板和保护零线端子板。  

4金属箱体和金属底座及外壳，必须保护接零。配电箱必须有防雨和防潮措施。配电箱内必须有二级漏电保护器，每台用电设备应有各自专用的开关箱，必须实行“一机、一闸、一漏、一箱”，设备与照明分闸，所有配电箱均设门、锁，有专人负责保管，实行经常检查、检修制度。  

（3）机械操作  

1机械设备定机定人操作保养，操作证件齐全。  

2机械运转部分及现场用电要求：  

a、各种机具、电动机械的转动和危险部位必须装置防护装置。  

b、电器设备和线路绝缘必须良好，有防雨防潮设施。  

c、电箱有门、色标和编号，符合安装高度，高压漏电保护器及接零接地齐全，开关箱与用电设备必须“一机、一闸、一漏“，熔丝与实际设备负荷相匹配。  

d、安装电器设备时，必须对开关、线路、接地装置等加以检查，务必完整无损，绝缘良好。  

8、工法总结  

8.1技术先进  

（1）构造合理，360度咬边连接方式，屋面无螺栓，完全避免了渗水和漏水现象。  

（2）采用自固螺栓固定，简化操作，大大降低了工人的劳动强度。无需搭设脚手架固定螺母，提高了操作的安全性。  

（3）吊杆可拆卸，可自由调节角度，适合多种跨度拱型屋盖同时施工。  

8.2经济效益良好  

首先，整个建筑无须梁和条，造价仅相当于轻钢结构的三分之二，且跨度越大，造价越低。另运用本工法施工可以大幅度缩短工期，每日施工面积可达1000m，大大节约了施工的机械台班与人工费用。  

8.3社会效应显著  

现代化大型工程的工期与经济效益紧紧相连，由于我们采用了该工法，使工程施工提前完成，为建设单位提前投入使用创造了良好的条件，社会效应显著。

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