超長屋面瓦高空制作和安裝技術

王 宏,朱志堯,周傳勇，柴永平，李志芬

(五冶集團上海有限公司，上海201900)

大跨度鋼結構廠房隨著廠礦企業的生產工藝越來越先進而蓬勃發展，需要大跨度大空間的車間廠房來滿足生產工藝要求。對大跨度大空間的車間廠房的需求，也推動其屋面工程中屋面瓦也不斷地向越來越長的方面快速發展。

鋼結構廠房的屋面瓦大多選用隱藏式彩鋼板壓型屋面瓦，因其獨特的強剛度瓦型、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，倍受業主和設計者的青睞。隨著目前生產工藝先進性的要求，選用此類屋面瓦，在長度設計方面，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。但傳統的生產工藝和施工方法以及水平和垂直運輸的實際情況制約了超長屋面瓦的應用和推廣，如何實現讓屋面瓦越來越長以滿足這種需求成為工程設計施工的一大難題。如何解決超長屋面瓦在施工中因長度過長帶來的水平運輸和垂直運輸問題是這一難題的關鍵所在，更是對其長度發展起著絕對制約的關鍵，故要研究和摸索一種創新式的技術來滿足發展需求。

1 項目概況

1.1 第一項工程

不銹鋼長型材工程軋鋼標段車間總長為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，屋面上設有31個單體氣樓。墻面采用0.6 mm厚V-125象牙白色彩色壓型鋼板，并設有玻璃采光帶，厚度為1.2 mm(增強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格彩色平鋼板折壓成型。

1.2 第二項工程

寬厚板軋鋼生產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構形式。剪切跨中部為屋脊線，南側要橫跨1#～3#成品跨，使得屋面瓦長度達到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。根據設計和工程需要，該屋面瓦長度最長為120 m，使用在A0～F跨/26～33線。此瓦型屬北方抗風和雪載荷典型的瓦型，需要專用的壓瓦設備壓瓦，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

2.1 技術難點分析

2.1.1 外部條件影響

(1)第一項工程。

①屋面瓦工程施工均為高空作業，作業時間長，操作期間危險系數大，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，給運輸、安裝鋪設都造成相當困難。其中93 m、51 m長尺屋面板采用現場高空壓制，93 m長板每塊單重達610 kg。

③根據工程進展屋面瓦施工時段在冬季，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到120人以上，給高空作業、安全管理方面帶來較大的難度。

(2)第二項工程。

①因廠房周邊環境復雜，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；即使假設屋面瓦能在地面壓制，但也存在的吊裝所帶來的質量、安全、成本等問題。跨度120 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量和安全，甚至要采用多機抬吊，也無法確保施工任務的完成。

②高空中無論是垂直還是水平運輸都非常困難，安全風險極大，成品易變形，且越長越困難，安裝質量難保證。

③高空風力較大，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，常規施工方法無法保證各項技術指標。筆者分別對屋面瓦四種不同長度的施工進行了分析。

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

(2)長度在60～90 m的超長屋面瓦運輸非常困難，通常可以采用雙機吊運到屋面指定位置。大跨度車間往往是連續跨，橫向設有天窗，屋面瓦安裝是在結構吊裝完成后再上瓦，具備抬吊的位置僅為山墻一側。如采用抬吊，屋面瓦必須要越過屋面的天窗進行安裝，難度之大不難想象。且高空作業多，在安全方面極具風險。通常的施工方法是：在結構安裝過程中安裝一跨，配套用吊機將屋面瓦吊到安裝處，但吊運到屋面后若就位到安裝位置，因施工工藝要求，這時屋面系桿、油漆還沒有施工，這就造成人工在屋面進行二次倒運。從安全角度考慮，需要在施工過程中不斷搭設和拆除大面積的安全通道及安全臨時設施，造成了人工大量投入，臨時材料用量增加，施工工期延長，且交叉作業多，施工效率低，并對人、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輸更為困難，屋面瓦安裝采用三機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(主要是高空風大)原因的影響，造成瓦側移、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撓，將導致屋面瓦變形乃至損壞、報廢；如采用高空索道纜繩的運輸方式，則必須保證瓦的平衡穩定，其運輸只能平行于地面；屋面跨度大、坡度陡，其屋面屋脊到檐口落差5.6 m，加之實際施工工期要求等原因，常規的施工工藝和運輸方法均無法實現超特長屋面瓦順利安裝完成。

2.2 施工技術方案的提出

分兩個階段對80 m、93 m、120 m三種長度的屋面瓦的施工進行了研究與實施。

一是在ERW工程項目長度約80 m的屋面瓦和不銹鋼長型材工程軋鋼標段車間的93 m超長屋面瓦的施工。針對超長屋面瓦施工所帶來的難點，設計和研發了“超長屋面瓦高空壓瓦塔架”技術，實現屋面瓦“高空制作、運輸、安裝一體化”施工。

二是在寬厚板工程120 m屋面瓦施工中進一步研究，在“超長屋面瓦高空壓瓦塔架”技術的基礎上，針對超特長屋面瓦施工所帶來的難點，進一步研究和改進屋面瓦施工技術，并研究開發“超特長屋面瓦空中水平運輸及安裝技術”，實現“垂直運輸、高空制作、水平運輸、安裝的一體化”的施工。

通過兩個階段的實施，最終實現了“高空制作、垂直運輸、水平運輸、安裝一體化”的施工。

2.3 施工技術方案的實施

2.3.1 “高空制作、運輸、安裝一體化”施工塔架施工技術

設計一個專門的“高空制作、運輸、安裝一體化”施工塔架，塔架下設置地面移動裝置，上面設置操作工藝平臺，將壓型制作機器與彩鋼卷架安裝在平臺上，以解決成品瓦在地面壓制后進行吊裝運輸安裝所造成的質量、安全問題。屋面瓦在平臺制作成型后，利用高空纜繩索道傳送裝置完成屋面水平運輸就位，減少了大量的人工，也保障了安全。

高空制作、運輸、安裝一體化施工技術，其核心部分為施工塔架。塔架從上至下由平臺頂立柱及拉桿、工藝平臺、平臺下立柱、底座、大車運行機構、軌道及基礎等部分組成，整個塔架的外形如圖2。

圖2 塔架外形

圖3為屋面瓦高空壓瓦塔機操作圖。針對在塔架的安裝與使用編寫了壓瓦塔架機安裝與拆除工藝及方法、操作要領書、安全注意事項等，便于現場施工人員按要求進行操作。

通過設計“屋面瓦高空壓瓦塔架機”，在ERW工程項目長度約80 m的屋面瓦和不銹鋼長型材工程軋鋼標段車間的93 m超長屋面瓦進行了成功地應用，實現了“高空壓制、運輸及安裝一體化”施工技術，該項技術已被授權為實用新型專利。

圖3 屋面瓦高空壓瓦塔機操作

2.3.2 高空水平運輸施工技術

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行抬吊，這樣不但會造成安裝成本增加，同時因水平運輸——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影響，使超長瓦的運輸安全和質量無法保證。

(1)滾軸+帶傳動運輸裝置。在“屋面瓦高空壓瓦塔架”的底盤設放彩鋼卷架，彩鋼板(原材料)和平臺進口處設置滾軸，采用帶傳動方式直接把鋼卷運輸到工藝平臺上進行制作與安裝，解決超特長屋面瓦因吊裝運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-機壓制輥道，2-拉桿，3-平臺井字架，4-壓瓦主機，5-屋面瓦輸入輥道，7-平臺，8-平臺欄桿，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”運輸裝置示意

通過這樣的設計，一是可減輕高空平臺的重量，使“屋面瓦高空壓瓦塔架”的結構更加合理、穩定性增強；二是彩鋼卷通過帶傳動的方式，可緩和沖擊，吸收振動，減小對壓瓦機的沖擊，提高了壓瓦質量；三是減少了因吊裝彩鋼卷到高空平臺進行安裝引起的質量、安全、成本增加的問題。

(2)定位防風可移動式托輥裝置。

①“定位防風可移動式托輥裝置”設計。為使屋面瓦在屋面運輸過程中防止高空大風導致屋面瓦側移及變形，克服屋面瓦由于自重下撓引起的屋面瓦損壞，本工程結合現場實際設計了“定位防風可移動式托輥裝置”(圖5)。

圖5 防風可移動式托輥裝置示意

防風可移動式托輥底部支架固定在屋面檁條上，因屋面檁條間距3 m，托輥間距設置為每3 m一個，用支座卡座固定在屋面檁條上，沿著屋面瓦長度方向鋪設。防風壓桿采用φ16圓鋼外套塑料保護套管，一端為可轉動的活動鉸支座，另一端用鉸鏈固定在支架上，在施工過程中根據需要隨時拆卸。

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

在屋面瓦壓制輸出時，只需在每個托輥處設置一名施工人員負責監控托輥，并在屋面瓦輸送到托輥時將屋面瓦就位到托輥上，利用壓瓦機組輸出時的動力和速度完成屋面瓦的水平運輸，壓瓦機組正常工作時輸出速度為4 m/min，屋面瓦在屋面水平運輸速度也為4 m/min分，效率比人工倒運大大提高(圖6)。

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

注:1-機壓制輥道，2-拉桿，3-平臺井字架，4-壓瓦主機，5-屋面瓦輸入輥道，6-上瓦支架，7-平臺，8-平臺欄桿，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 實施效果

采用“超長屋面瓦高空壓瓦塔架”+“滾軸+帶傳動運輸裝置”+“定位防風可移動式托輥裝置”綜合安裝技術，在寬厚板工程屋面瓦工程中得到了成功的應用，解決了超特長屋面瓦施工因受外部環境限制而需要大型機械(大噸位吊車)造成的成本增加，減少了運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，實現了“高空制作、垂直運輸、水平運輸、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錄(圖7)。

3 結束語

“超長屋面瓦高空壓瓦塔架”+“滾軸+帶傳動運輸裝置”+“定位防風可移動式托輥裝置”綜合安裝技術，實現了對120 m長屋面瓦的“高空制作、垂直運輸、水平運輸、安裝一體化”的施工。在國內建設行業工業廠房的建設中，對單坡跨度達“120 m長屋面瓦”整體施工技術，無論在技術及屋面瓦長度尺寸上，該項技術均達到了國內第一，其施工技術達到了國內領先水平。該施工技術形成了兩項專利，獲得了“第四屆中國國際專利與名牌博覽會”銀獎及中冶集團科技進步獎。該項技術應用到我公司承接的ERW工程項目，被評為“2007年度中冶優質工程”、“2007年度全國冶金行業優質工程獎”。隨著我國工業建設的飛速發展，采用超特長屋面瓦的大規模工業廠房將會越來越多，其應用前景廣闊。

注：1-機壓制輥道，2-拉桿，3-平臺井字架，4-壓瓦主機，5-屋面瓦輸入輥道，6-上瓦支架，7-平臺，8-平臺欄桿，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 垂直運輸、高空壓瓦、水平運輸施工示意