單元板塊幕墻在狹小場地內(nèi)分段吊裝技術(shù)研究

王海波

單元式幕墻是國際上近年出現(xiàn)的高檔建筑外圍護(hù)系統(tǒng),是在工廠加工程度最高的一種類型。它具備現(xiàn)場安裝簡便、快速,可有效縮短工程施工周期等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是:運(yùn)輸和存放不方便,施工現(xiàn)場起吊要求高,容易造成損壞。大連諾德大廈工程對以往單元式幕墻設(shè)計(jì)的不足之處做了很好的改進(jìn),采用先進(jìn)材料,精心組織施工、有效加強(qiáng)管理,安裝效果達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平。本文即以諾德大廈為例,著重探討超高層大型單元板幕墻的吊裝技術(shù)。

1 工程概況

大連諾德大廈工程位于大連市星海廣場體壇路南,是一座集辦公、商業(yè)、餐飲為一體的多功能建筑,總建筑面積為 131 500 m2,建筑總層數(shù)53層,總高242.05 m,是目前東北第一高樓。本工程外立面建筑做法為全玻璃幕墻體系,以單元式幕墻為主,玻璃、鋁材為主要材料。其中單元幕墻面積約5萬m2,單元體數(shù)量6 894塊,單元體最大板塊的尺寸為1 917 mm×3 400 mm,單塊板塊重量為0.45 t。

2 工程的特點(diǎn)與難點(diǎn)

1)工程規(guī)模大。各分項(xiàng)工種及工序多,各專業(yè)之間交叉作業(yè)多,施工統(tǒng)籌組織及場地的綜合利用難度大。2)施工用場地狹小。現(xiàn)場不具備環(huán)形道路,物資進(jìn)出場運(yùn)輸困難。3)玻璃幕墻。工廠加工及現(xiàn)場組裝量大,有機(jī)組織與協(xié)調(diào)施工有難度。4)季節(jié)性施工問題突出。5)工期緊。

3 措施

根據(jù)本工程幕墻單元體體量大、技術(shù)含量高、工期緊的特點(diǎn),重點(diǎn)策劃幕墻工程的單元體運(yùn)輸、吊裝實(shí)施方案,在高層建筑施工中,垂直運(yùn)輸是制約整體施工進(jìn)度的主要因素,為此增設(shè)屋面吊等措施,在很大程度上可提高施工效率。塔樓主體結(jié)構(gòu)順作施工,塔樓幕墻及時(shí)插入主體結(jié)構(gòu)施工中進(jìn)行分段施工。采用制作一批,運(yùn)輸一批,安裝一批,將單元體板塊的存放場地轉(zhuǎn)移到樓層內(nèi),能有效地緩解現(xiàn)場場地狹小緊張的局面。

4 實(shí)施

1)當(dāng)主樓鋼結(jié)構(gòu)工程、壓型鋼板混凝土組合樓板施工至22層時(shí),插入幕墻施工,進(jìn)行3層～19層的單元板塊吊裝。單元板塊垂直運(yùn)輸由設(shè)置在27層內(nèi)的固定式懸臂吊車負(fù)責(zé);單元板塊吊裝設(shè)備選用活動(dòng)小吊車,活動(dòng)小吊車安裝在9層、20層。為確保施工安全,在21層搭設(shè)安全防護(hù)棚。

2)當(dāng)主樓鋼結(jié)構(gòu)、壓型鋼板混凝土組合樓板施工至38層時(shí),開始20層～36層單元體吊裝。單元板塊垂直運(yùn)輸用的固定式懸臂吊車,直到20層～26層單元體都倒運(yùn)完畢才可以拆除,將20層～26層待裝的板塊從首層運(yùn)至20層～26層各樓層上,同時(shí)設(shè)置卸料平臺。單元板塊吊裝設(shè)備選用活動(dòng)小吊車,活動(dòng)小吊車安裝在23層,26層,29層,32層,35層,37層。為確保施工安全,在38層搭設(shè)安全防護(hù)棚。

3)當(dāng)主樓鋼結(jié)構(gòu)、壓型鋼板混凝土組合樓板施工至53層～1層后,開始37層～53層單元體吊裝。單元板塊垂直運(yùn)輸選用固定式懸臂吊車,設(shè)置在52層北立面樓層內(nèi)中段(此時(shí)鋼結(jié)構(gòu)已完成),直到整棟樓剩余單元體運(yùn)輸完畢后拆除。同時(shí)在北立面29層～50層設(shè)置接料平臺。在40層,43層,46層,49層安裝活動(dòng)小吊車,將已倒運(yùn)進(jìn)樓層內(nèi)的單元板塊進(jìn)行就位安裝。

5 吊裝設(shè)備受力計(jì)算

5.1 鋼絲繩選擇

采用6×19直徑為12.5 mm的鋼絲繩。

鋼絲繩拉力計(jì)算:

鋼絲繩的容許拉力(安全載荷)S=Sb/K1;Sb為鋼絲繩的拉斷拉力:Sb=aPg;

Pg為鋼絲繩的破斷拉力總和:Pg=0.525d2;

d為鋼絲繩直徑:d=12.5 mm;

Pg=0.525×12.5×12.5=82.03 kN。

a為鋼絲繩之間載荷不均勻系數(shù):a=0.85;

Sb=0.85×82.03=69.726 kN。

其中,K1為鋼絲繩使用安全系數(shù),根據(jù)(建筑施工手冊(縮印本))查表得,K1=5.5;

S=Sb/K1=69.726/5.5=12.677 kN＞10 kN。

所以選用6×19直徑為12.5 mm的鋼絲繩能滿足要求。

5.2 活動(dòng)小吊車整體穩(wěn)定性分析

1)無重物時(shí),驗(yàn)算吊具自身穩(wěn)定性。吊車整體受力簡圖見圖1。

M傾=0.7×2.3/2=0.805 kN·m。

M抗=1.2×[(2.3+3)/2-2.3]+1.6×2=0.42+3.2=3.62 kN·m。

穩(wěn)定性系數(shù) M抗/M傾=3.62/0.805=4.5,滿足要求。

2)吊裝重物時(shí),自身難以滿足穩(wěn)定性要求,需加配重,受力示意圖見圖2。

M傾=0.7×2.3/2+10×2.3=23.805 kN·m。

M抗=1.2×(2.3+3)/2-2.3)+1.6×2+F×(3+0.25)。

當(dāng) M傾=M抗時(shí),計(jì)算F=7.27 kN,每塊混凝土塊(0.2 m×0.2 m×1.5 m)的重量為 1.5 kN,所以選用6塊,重為9 kN＞7.27 kN,滿足要求。

這時(shí)支座A的支反力為FA=10+1.9+8.8+9=29.7 kN。

5.3 固定懸臂吊車吊臂強(qiáng)度分析

固定懸臂吊車吊臂受力示意圖見圖3。

AC=3.8 m,BC=6.1 m。

在水平方向上和垂直方向上分別列平衡方程。

令A(yù)C與水平方向的夾角為∠A,BC與水平方向的夾角為∠B;

在水平方向上:FAC×cos∠A+FBC×cos∠B=10×cos∠B;

在豎直方向上:FAC×sin∠A+FBC×sin∠B=10。

聯(lián)立以上方程:FAC=9.5 kN,FBC=2.0 kN。

吊臂采用100×60×4的方鋼管,截面積 An=1 216 mm2。

σ=N/An=9 500/1 216=7.8 N/mm2＜215 N/mm2,滿足要求。

5.4 連接螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算

安裝螺栓抗剪切驗(yàn)算,固定螺栓直徑M20,按圓鋼面積 A=3.14 cm2,兩條螺栓共同承擔(dān)剪切力,共4個(gè)剪切面:

τ=N3/A=9 500/(314×4)=7.6 N/mm2＜110 N/mm2,安全。

6 單元體存放場地的轉(zhuǎn)化

單元體板塊由固定懸臂吊垂直運(yùn)輸,通過接料平臺至樓層內(nèi)的存放層,這樣可很大程度上解決現(xiàn)場狹小的難題,緩解現(xiàn)場的困難,充分利用樓層內(nèi)的空間。

7 經(jīng)驗(yàn)和體會

1)安全施工是幕墻施工中的重要環(huán)節(jié),超高層施工的特點(diǎn)是高空、懸空作業(yè)點(diǎn)多,尤其在吊裝構(gòu)件階段。諾德大廈施工過程中,在嚴(yán)格管理的基礎(chǔ)上,項(xiàng)目不惜花大量的人力、物力、財(cái)力進(jìn)行嚴(yán)密的防護(hù),采取分段搭設(shè)雙層安全防護(hù)棚及壓型鋼板提前鋪設(shè)等新工藝,創(chuàng)造了諾德大廈施工期間,人員無一傷亡,構(gòu)件無一墜落的奇跡。2)場地狹小、施工條件差是諾德大廈工程面臨的最大問題。在強(qiáng)化現(xiàn)場管理及單元體進(jìn)場計(jì)劃的基礎(chǔ)上,項(xiàng)目部著重抓了堆場布置、單元體的堆放順序等工作,除根據(jù)吊裝需要周密的安排進(jìn)場單元體外,還根據(jù)吊裝順序和堆場規(guī)劃特點(diǎn)將進(jìn)場單元體進(jìn)行有序排列,既保證了驗(yàn)收工作的正常進(jìn)行,也為吊裝創(chuàng)造了良好的外部條件,完全解決了現(xiàn)場場地狹小的問題。3)科學(xué)組織、有效協(xié)調(diào)是保證工程順利進(jìn)展的關(guān)鍵。高層幕墻的施工是一個(gè)系統(tǒng)工程,各工序之間相互制約,相互影響,任何一個(gè)環(huán)節(jié)的疏漏都會制約整個(gè)工程的進(jìn)展。因此,施工前制定科學(xué)、合理的施工工藝流程,確定各工序的搭接順序和插入時(shí)間,施工中由專人負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各工序、各專業(yè)的施工,對變化的因素及時(shí)進(jìn)行調(diào)整,可以有效的提高施工效率,保證工程施工的順利進(jìn)行。4)新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用要以科學(xué)理論復(fù)核為依據(jù)。由于每個(gè)工程本身的特殊性和唯一性,針對變化的情況應(yīng)進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的研究和論證,做出正確的決定。

8 結(jié)語

通過一系列的考察、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、論證、方案討論、技術(shù)分析及施工實(shí)踐,成功地完成了本工程超高層、大型單元板塊幕墻在狹小場地內(nèi)分段吊裝,既保證了工程質(zhì)量,又滿足了工期要求,取得了較好的成效。

[1] 建筑施工手冊編寫組.建筑施工手冊縮印本[M].第4版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001.

[2] 趙西安.建筑幕墻工程手冊(上、中、下冊)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1998.

[3] 筑龍網(wǎng).高層建筑施工技術(shù)案例精選[M].北京:中國電力出版社,2000.

[4] 華玉潔.起重機(jī)械與吊裝[M].鄭州:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.