超長屋面瓦高空制作和安裝技術(shù)

王 宏,朱志堯,周傳勇，柴永平，李志芬

(五冶集團(tuán)上海有限公司，上海201900)

大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房隨著廠礦企業(yè)的生產(chǎn)工藝越來越先進(jìn)而蓬勃發(fā)展，需要大跨度大空間的車間廠房來滿足生產(chǎn)工藝要求。對(duì)大跨度大空間的車間廠房的需求，也推動(dòng)其屋面工程中屋面瓦也不斷地向越來越長的方面快速發(fā)展。

鋼結(jié)構(gòu)廠房的屋面瓦大多選用隱藏式彩鋼板壓型屋面瓦，因其獨(dú)特的強(qiáng)剛度瓦型、高防腐的彩鋼板材、無搭接接頭滴水不漏的防水性能等特點(diǎn)，倍受業(yè)主和設(shè)計(jì)者的青睞。隨著目前生產(chǎn)工藝先進(jìn)性的要求，選用此類屋面瓦，在長度設(shè)計(jì)方面，越來越長，甚至希望將屋面瓦在長度方向能夠制作成一張整板。但傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝和施工方法以及水平和垂直運(yùn)輸?shù)膶?shí)際情況制約了超長屋面瓦的應(yīng)用和推廣，如何實(shí)現(xiàn)讓屋面瓦越來越長以滿足這種需求成為工程設(shè)計(jì)施工的一大難題。如何解決超長屋面瓦在施工中因長度過長帶來的水平運(yùn)輸和垂直運(yùn)輸問題是這一難題的關(guān)鍵所在，更是對(duì)其長度發(fā)展起著絕對(duì)制約的關(guān)鍵，故要研究和摸索一種創(chuàng)新式的技術(shù)來滿足發(fā)展需求。

1 項(xiàng)目概況

1.1 第一項(xiàng)工程

不銹鋼長型材工程軋鋼標(biāo)段車間總長為474 m，最大寬度為150 m。主要由加熱爐跨、主軋跨、棒材成品跨、盤卷跨、盤卷成品跨、成品跨和軋輥間等組成。

車間屋面板采用長尺不搭接0.8 mm厚角馳Ⅲ-600型磚紅色彩色鋼板，板波高度為114 mm，其面積約70 131 m2(包含氣樓板)，以D1軸線為屋脊的雙坡屋面，坡度I=1/15，屋面上設(shè)有31個(gè)單體氣樓。墻面采用0.6 mm厚V-125象牙白色彩色壓型鋼板，并設(shè)有玻璃采光帶，厚度為1.2 mm(增強(qiáng)聚脂玻璃采光板波型同V-125的玻璃鋼板)，其面積約27 469 m2。包角板、屋脊板及收邊泛水板均采用同規(guī)格彩色平鋼板折壓成型。

1.2 第二項(xiàng)工程

寬厚板軋鋼生產(chǎn)線工藝布置為軋制線和剪切線平行布置的方式，采用了大跨度廠房的結(jié)構(gòu)形式。剪切跨中部為屋脊線，南側(cè)要橫跨1#～3#成品跨，使得屋面瓦長度達(dá)到120 m。

寬厚板工程屋面瓦采用0.8 mm厚(暗扣)YX114-333-666型彩瓦,外形尺寸見圖1。根據(jù)設(shè)計(jì)和工程需要，該屋面瓦長度最長為120 m，使用在A0～F跨/26～33線。此瓦型屬北方抗風(fēng)和雪載荷典型的瓦型，需要專用的壓瓦設(shè)備壓瓦，原材料彩板寬度1 000 mm，壓制成型后有效遮蓋面積為0.666 m。

圖1 YX114-333-666型彩瓦外觀形狀

2 主要施工技術(shù)

2.1 技術(shù)難點(diǎn)分析

2.1.1 外部條件影響

(1)第一項(xiàng)工程。

①屋面瓦工程施工均為高空作業(yè)，作業(yè)時(shí)間長，操作期間危險(xiǎn)系數(shù)大，其女兒墻檐口高度17.65～23.05 m。

②角馳Ⅲ-600型屋面板縱向不允許搭接，故屋面板的長度按跨度所需分別為21 m、27 m、30 m、51 m和93 m五種長尺屋面板，給運(yùn)輸、安裝鋪設(shè)都造成相當(dāng)困難。其中93 m、51 m長尺屋面板采用現(xiàn)場高空壓制，93 m長板每塊單重達(dá)610 kg。

③根據(jù)工程進(jìn)展屋面瓦施工時(shí)段在冬季，天寒地凍，給施工安全工作帶來極大的困難。

④該工程高峰期間施工人員達(dá)到120人以上，給高空作業(yè)、安全管理方面帶來較大的難度。

(2)第二項(xiàng)工程。

①因廠房周邊環(huán)境復(fù)雜，沒有足夠場地供屋面瓦地面壓制，也沒有供大噸位吊車吊裝的場地；即使假設(shè)屋面瓦能在地面壓制，但也存在的吊裝所帶來的質(zhì)量、安全、成本等問題?？缍?20 m的屋面瓦要吊裝到屋頂，一是需要大噸位的吊車，二為保證屋面瓦的施工質(zhì)量和安全，甚至要采用多機(jī)抬吊，也無法確保施工任務(wù)的完成。

②高空中無論是垂直還是水平運(yùn)輸都非常困難，安全風(fēng)險(xiǎn)極大，成品易變形，且越長越困難，安裝質(zhì)量難保證。

③高空風(fēng)力較大，受天氣影響很大，工期難以保證。

2.1.2 屋面瓦安裝

屋面瓦的安裝隨著長度增加，施工難度增大，常規(guī)施工方法無法保證各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。筆者分別對(duì)屋面瓦四種不同長度的施工進(jìn)行了分析。

(1)長度在60 m以內(nèi)為普通長度屋面瓦，在地面壓制成型后，采用人力或一些小車相結(jié)合進(jìn)行水平運(yùn)輸，垂直運(yùn)輸采用吊機(jī)及吊具隨吊裝進(jìn)度直接吊到指定安裝位置即可完成。

(2)長度在60～90 m的超長屋面瓦運(yùn)輸非常困難，通?？梢圆捎秒p機(jī)吊運(yùn)到屋面指定位置。大跨度車間往往是連續(xù)跨，橫向設(shè)有天窗，屋面瓦安裝是在結(jié)構(gòu)吊裝完成后再上瓦，具備抬吊的位置僅為山墻一側(cè)。如采用抬吊，屋面瓦必須要越過屋面的天窗進(jìn)行安裝，難度之大不難想象。且高空作業(yè)多，在安全方面極具風(fēng)險(xiǎn)。通常的施工方法是：在結(jié)構(gòu)安裝過程中安裝一跨，配套用吊機(jī)將屋面瓦吊到安裝處，但吊運(yùn)到屋面后若就位到安裝位置，因施工工藝要求，這時(shí)屋面系桿、油漆還沒有施工，這就造成人工在屋面進(jìn)行二次倒運(yùn)。從安全角度考慮，需要在施工過程中不斷搭設(shè)和拆除大面積的安全通道及安全臨時(shí)設(shè)施，造成了人工大量投入，臨時(shí)材料用量增加，施工工期延長，且交叉作業(yè)多，施工效率低，并對(duì)人、物的不安全因素也增多。

(3)長度在90～110 m的特長屋面瓦高空安裝運(yùn)輸更為困難，屋面瓦安裝采用三機(jī)抬吊也幾乎無法完成。

(4)長度在110 m以上的超特長屋面瓦，由于受到氣候(主要是高空風(fēng)大)原因的影響，造成瓦側(cè)移、扭曲折變，且屋面瓦因跨度超長，由于自身重量增加而引起下?lián)希瑢?dǎo)致屋面瓦變形乃至損壞、報(bào)廢；如采用高空索道纜繩的運(yùn)輸方式，則必須保證瓦的平衡穩(wěn)定，其運(yùn)輸只能平行于地面；屋面跨度大、坡度陡，其屋面屋脊到檐口落差5.6 m，加之實(shí)際施工工期要求等原因，常規(guī)的施工工藝和運(yùn)輸方法均無法實(shí)現(xiàn)超特長屋面瓦順利安裝完成。

2.2 施工技術(shù)方案的提出

分兩個(gè)階段對(duì)80 m、93 m、120 m三種長度的屋面瓦的施工進(jìn)行了研究與實(shí)施。

一是在ERW工程項(xiàng)目長度約80 m的屋面瓦和不銹鋼長型材工程軋鋼標(biāo)段車間的93 m超長屋面瓦的施工。針對(duì)超長屋面瓦施工所帶來的難點(diǎn)，設(shè)計(jì)和研發(fā)了“超長屋面瓦高空壓瓦塔架”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)屋面瓦“高空制作、運(yùn)輸、安裝一體化”施工。

二是在寬厚板工程120 m屋面瓦施工中進(jìn)一步研究，在“超長屋面瓦高空壓瓦塔架”技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)超特長屋面瓦施工所帶來的難點(diǎn)，進(jìn)一步研究和改進(jìn)屋面瓦施工技術(shù)，并研究開發(fā)“超特長屋面瓦空中水平運(yùn)輸及安裝技術(shù)”，實(shí)現(xiàn)“垂直運(yùn)輸、高空制作、水平運(yùn)輸、安裝的一體化”的施工。

通過兩個(gè)階段的實(shí)施，最終實(shí)現(xiàn)了“高空制作、垂直運(yùn)輸、水平運(yùn)輸、安裝一體化”的施工。

2.3 施工技術(shù)方案的實(shí)施

2.3.1 “高空制作、運(yùn)輸、安裝一體化”施工塔架施工技術(shù)

設(shè)計(jì)一個(gè)專門的“高空制作、運(yùn)輸、安裝一體化”施工塔架，塔架下設(shè)置地面移動(dòng)裝置，上面設(shè)置操作工藝平臺(tái)，將壓型制作機(jī)器與彩鋼卷架安裝在平臺(tái)上，以解決成品瓦在地面壓制后進(jìn)行吊裝運(yùn)輸安裝所造成的質(zhì)量、安全問題。屋面瓦在平臺(tái)制作成型后，利用高空纜繩索道傳送裝置完成屋面水平運(yùn)輸就位，減少了大量的人工，也保障了安全。

高空制作、運(yùn)輸、安裝一體化施工技術(shù)，其核心部分為施工塔架。塔架從上至下由平臺(tái)頂立柱及拉桿、工藝平臺(tái)、平臺(tái)下立柱、底座、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、軌道及基礎(chǔ)等部分組成，整個(gè)塔架的外形如圖2。

圖2 塔架外形

圖3為屋面瓦高空壓瓦塔機(jī)操作圖。針對(duì)在塔架的安裝與使用編寫了壓瓦塔架機(jī)安裝與拆除工藝及方法、操作要領(lǐng)書、安全注意事項(xiàng)等，便于現(xiàn)場施工人員按要求進(jìn)行操作。

通過設(shè)計(jì)“屋面瓦高空壓瓦塔架機(jī)”，在ERW工程項(xiàng)目長度約80 m的屋面瓦和不銹鋼長型材工程軋鋼標(biāo)段車間的93 m超長屋面瓦進(jìn)行了成功地應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了“高空壓制、運(yùn)輸及安裝一體化”施工技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)已被授權(quán)為實(shí)用新型專利。

圖3 屋面瓦高空壓瓦塔機(jī)操作

2.3.2 高空水平運(yùn)輸施工技術(shù)

隨著屋面瓦的跨度與重量的增加，更加需要超長剛度吊具和大噸位吊車進(jìn)行抬吊，這樣不但會(huì)造成安裝成本增加，同時(shí)因水平運(yùn)輸——高空纜繩索道傳送裝置受天氣、變形、大跨度屋脊及檐口大落差等因數(shù)影響，使超長瓦的運(yùn)輸安全和質(zhì)量無法保證。

(1)滾軸+帶傳動(dòng)運(yùn)輸裝置。在“屋面瓦高空壓瓦塔架”的底盤設(shè)放彩鋼卷架，彩鋼板(原材料)和平臺(tái)進(jìn)口處設(shè)置滾軸，采用帶傳動(dòng)方式直接把鋼卷運(yùn)輸?shù)焦に嚻脚_(tái)上進(jìn)行制作與安裝，解決超特長屋面瓦因吊裝運(yùn)輸及安裝過程中造成的變形損壞等多方面的難題(圖4)。

注：1-機(jī)壓制輥道，2-拉桿，3-平臺(tái)井字架，4-壓瓦主機(jī)，5-屋面瓦輸入輥道，7-平臺(tái)，8-平臺(tái)欄桿，9-纜繩，10-高架，11-彩卷輸入輥道，12-配重塊，13-塔架底盤，14-輪，15-軌道，16-支架，17-枕木，18-基層石方圖4 “滾軸+帶傳動(dòng)”運(yùn)輸裝置示意

通過這樣的設(shè)計(jì)，一是可減輕高空平臺(tái)的重量，使“屋面瓦高空壓瓦塔架”的結(jié)構(gòu)更加合理、穩(wěn)定性增強(qiáng)；二是彩鋼卷通過帶傳動(dòng)的方式，可緩和沖擊，吸收振動(dòng)，減小對(duì)壓瓦機(jī)的沖擊，提高了壓瓦質(zhì)量；三是減少了因吊裝彩鋼卷到高空平臺(tái)進(jìn)行安裝引起的質(zhì)量、安全、成本增加的問題。

(2)定位防風(fēng)可移動(dòng)式托輥裝置。

①“定位防風(fēng)可移動(dòng)式托輥裝置”設(shè)計(jì)。為使屋面瓦在屋面運(yùn)輸過程中防止高空大風(fēng)導(dǎo)致屋面瓦側(cè)移及變形，克服屋面瓦由于自重下?lián)弦鸬奈菝嫱邠p壞，本工程結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際設(shè)計(jì)了“定位防風(fēng)可移動(dòng)式托輥裝置”(圖5)。

圖5 防風(fēng)可移動(dòng)式托輥裝置示意

防風(fēng)可移動(dòng)式托輥底部支架固定在屋面檁條上，因屋面檁條間距3 m，托輥間距設(shè)置為每3 m一個(gè)，用支座卡座固定在屋面檁條上，沿著屋面瓦長度方向鋪設(shè)。防風(fēng)壓桿采用φ16圓鋼外套塑料保護(hù)套管，一端為可轉(zhuǎn)動(dòng)的活動(dòng)鉸支座，另一端用鉸鏈固定在支架上，在施工過程中根據(jù)需要隨時(shí)拆卸。

②“定位防風(fēng)可移動(dòng)式托輥裝置”作用。該裝置安裝在屋面檁條上，壓型機(jī)在高空壓瓦成型，成型瓦從壓瓦機(jī)出口方向采用輥道傳送和塔架的移動(dòng)的方式來完成其高空屋面上平面水平運(yùn)輸和安裝就位。

在屋面瓦壓制輸出時(shí)，只需在每個(gè)托輥處設(shè)置一名施工人員負(fù)責(zé)監(jiān)控托輥，并在屋面瓦輸送到托輥時(shí)將屋面瓦就位到托輥上，利用壓瓦機(jī)組輸出時(shí)的動(dòng)力和速度完成屋面瓦的水平運(yùn)輸，壓瓦機(jī)組正常工作時(shí)輸出速度為4 m/min，屋面瓦在屋面水平運(yùn)輸速度也為4 m/min分，效率比人工倒運(yùn)大大提高(圖6)。

通過該裝置的應(yīng)用，一是在成型瓦水平運(yùn)輸與安裝時(shí)，起到防風(fēng)、防屋面瓦變形的作用，提高了安裝質(zhì)量，減少了材料的耗損；二是以機(jī)械運(yùn)輸代替人工操作，提高了工效，消除了高空作業(yè)的安全隱患；三是減少了大型吊車的投入，降低了施工成本。

注:1-機(jī)壓制輥道，2-拉桿，3-平臺(tái)井字架，4-壓瓦主機(jī)，5-屋面瓦輸入輥道，6-上瓦支架，7-平臺(tái)，8-平臺(tái)欄桿，9-纜繩，10-高架，11-彩卷輸入輥道，12-配重塊，13-塔架底盤，14-輪，15-軌道，16-支架，17-枕木，18-基層石方圖6 施工示意

2.4 實(shí)施效果

采用“超長屋面瓦高空壓瓦塔架”+“滾軸+帶傳動(dòng)運(yùn)輸裝置”+“定位防風(fēng)可移動(dòng)式托輥裝置”綜合安裝技術(shù)，在寬厚板工程屋面瓦工程中得到了成功的應(yīng)用，解決了超特長屋面瓦施工因受外部環(huán)境限制而需要大型機(jī)械(大噸位吊車)造成的成本增加，減少了運(yùn)輸過程中屋面瓦易變形損壞造成材料的耗損等多方面的給施工帶來的制約，實(shí)現(xiàn)了“高空制作、垂直運(yùn)輸、水平運(yùn)輸、安裝一體化”的施工，將屋面瓦的施工長度由93 m提高到120 m這一新的超特長屋面瓦施工新紀(jì)錄(圖7)。

3 結(jié)束語

“超長屋面瓦高空壓瓦塔架”+“滾軸+帶傳動(dòng)運(yùn)輸裝置”+“定位防風(fēng)可移動(dòng)式托輥裝置”綜合安裝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)120 m長屋面瓦的“高空制作、垂直運(yùn)輸、水平運(yùn)輸、安裝一體化”的施工。在國內(nèi)建設(shè)行業(yè)工業(yè)廠房的建設(shè)中，對(duì)單坡跨度達(dá)“120 m長屋面瓦”整體施工技術(shù)，無論在技術(shù)及屋面瓦長度尺寸上，該項(xiàng)技術(shù)均達(dá)到了國內(nèi)第一，其施工技術(shù)達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。該施工技術(shù)形成了兩項(xiàng)專利，獲得了“第四屆中國國際專利與名牌博覽會(huì)”銀獎(jiǎng)及中冶集團(tuán)科技進(jìn)步獎(jiǎng)。該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到我公司承接的ERW工程項(xiàng)目，被評(píng)為“2007年度中冶優(yōu)質(zhì)工程”、“2007年度全國冶金行業(yè)優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)”。隨著我國工業(yè)建設(shè)的飛速發(fā)展，采用超特長屋面瓦的大規(guī)模工業(yè)廠房將會(huì)越來越多，其應(yīng)用前景廣闊。

注：1-機(jī)壓制輥道，2-拉桿，3-平臺(tái)井字架，4-壓瓦主機(jī)，5-屋面瓦輸入輥道，6-上瓦支架，7-平臺(tái)，8-平臺(tái)欄桿，9-纜繩，10-高架，11-彩卷輸入輥道，12-配重塊，13-塔架底盤，14-輪，15-軌道，16-支架，17-枕木，18-基層石方圖7 垂直運(yùn)輸、高空壓瓦、水平運(yùn)輸施工示意