金屬尖頂整體吊裝施工技術(shù)

蔡斌

摘要：主題樂園中某塔尖尖頂?shù)牡跹b施工，通過高空拼裝和整體吊裝二者的可行性分析比較，到金屬尖頂、吊具設(shè)計(jì)的介紹，再到尖頂整體吊裝方案最終現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際實(shí)施的闡述，最終形成此技術(shù)方案在本工程金屬尖頂?shù)跹b的成功案例，并為今后類似施工提供了有利的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：金屬尖頂；整體吊裝；吊具

中圖分類號(hào)：TU758.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674—3024（2016）11—103—03

1工程概況

某大型主題樂園在其核心位置坐落著樂園標(biāo)志性的建筑——夢(mèng)幻城堡，城堡的設(shè)計(jì)靈感包羅萬象，既有經(jīng)典的童話故事講述，也有歐洲古典城堡的味道，同時(shí)融合了中國(guó)傳統(tǒng)文化的元素。城堡的各個(gè)方位、各個(gè)高度都矗立著大小不一，形狀各異的銅質(zhì)尖頂。其中最具代表的是位于高區(qū)塔群上的那幾個(gè)尖頂，它們位于整個(gè)城堡的最高處，也是整個(gè)城堡乃至整個(gè)主題樂園的最高點(diǎn)，它們就像天空中的點(diǎn)點(diǎn)星光，吸引著大家的目光。

2吊裝尖頂?shù)幕厩闆r

此次介紹的尖頂是城堡塔群尖頂中的一個(gè)，是最具代表性的尖頂之一，尖頂絕對(duì)高度65.8m，相對(duì)高度7.927m，尖頂表面材料為24K金箔，塔尖主體材料為鑄銅（H58黃銅），整個(gè)尖頂由三十多個(gè)大大小小造型不同的鑄銅構(gòu)件組成，構(gòu)件鑄造完成后再將其組裝拼接成形，拼接處以螺紋或焊接的方式使各個(gè)部件連接成一體，尖頂內(nèi)部采用Q345B鍍鋅鋼管連接固定，整個(gè)鍍鋅鋼管分為7節(jié)，從底部由大至小支撐起整個(gè)銅尖頂，鋼管與鋼管之間采用法蘭盤螺栓連接，整個(gè)尖頂最底部采用法蘭、高強(qiáng)螺栓與建筑主體結(jié)構(gòu)連接。所有銅構(gòu)件及內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)總重量達(dá)2.6噸。尖頂銅構(gòu)件的整體平均半徑350mm，但是在整個(gè)尖頂?shù)?個(gè)區(qū)域，由于造型關(guān)系，半徑均大于平均半徑。（1）在2.9m～4m位置的造型最大半徑630mm。（2）在5.52m～6.32m位置的造型最大半徑1730mm。

3整體吊裝的分析

整個(gè)尖頂?shù)陌惭b需要內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)、銅構(gòu)件分件分段進(jìn)行組裝，同時(shí)尖頂?shù)耐庠煨鸵脖容^特殊，因此腳手架在尖頂施工中需要進(jìn)行多次搭設(shè)和調(diào)整，其次由于尖頂下部的塔身半徑尺寸達(dá)2400mm，與尖頂?shù)陌霃匠叽绮町惡艽螅郊忭斘恢脛?shì)必要形成下大上小的懸挑腳手架，另外在高空施工過程中，金箔的修補(bǔ)工作條件是必須要求腳手架外圍全封閉，這就造成尖頂?shù)哪_手架在修補(bǔ)階段將形成一個(gè)高度至少超過8m的細(xì)長(zhǎng)簡(jiǎn)狀結(jié)構(gòu)，并且現(xiàn)場(chǎng)由于塔高度等問題，高空周邊沒有條件設(shè)置斜拉桿，基于以上情況的考慮，在高空搭設(shè)這樣一個(gè)為滿足尖頂施工的腳手架，從腳手架的整體穩(wěn)定性、安全性上難度都非常之大。不僅如此，如果在高空安裝，構(gòu)件的吊運(yùn)和安裝過程需要現(xiàn)場(chǎng)的380大型吊機(jī)隨時(shí)等候，機(jī)械設(shè)備資源浪費(fèi)嚴(yán)重。鑒于此，我們?cè)诔浞挚紤]了高空作業(yè)的諸多難度后，提出了整體吊裝這一方案。

整體吊裝的這一方案，對(duì)于尖頂?shù)氖┕び?點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

（1）尖頂?shù)恼w拼裝在地面完成，高空腳手架搭設(shè)中出現(xiàn)的所有難題在地面腳手架搭設(shè)中都可以輕易解決。

（2）銅構(gòu)件的焊接以及金箔的修補(bǔ)工作更為方便。

（3）現(xiàn)場(chǎng)只需提供一部小型汽吊車就可以解決尖頂構(gòu)件在地面拼裝過程中的吊運(yùn)問題。

解決了以上問題后，我們就需要著重考慮尖頂在地面拼裝完成后，如何吊運(yùn)整個(gè)構(gòu)件至60多米高的高空，并安裝就位問題。由此，我們根據(jù)尖頂?shù)脑煨鸵约捌鸬跫忭敃r(shí)的條件，對(duì)尖頂構(gòu)件進(jìn)行了調(diào)整并設(shè)計(jì)出了一款尖頂起吊的專用吊具。

4金屬尖頂與吊具的設(shè)計(jì)

確定了尖頂?shù)恼w吊裝方案后，我們?cè)诮饘偌忭敽偷蹙叩脑O(shè)計(jì)中需要解決3個(gè)問題，（1）尖頂在吊裝時(shí)銅構(gòu)件已全部安裝完成，吊具如何與銅尖頂固定。（2）吊具的固定如何能確保不破壞銅表面的金箔飾面。（3）高空固定銅尖頂時(shí)，塔身飾面已經(jīng)完成，需要考慮尖頂與主體結(jié)構(gòu)螺栓固定時(shí)的可操作性。

針對(duì)以上問題，首先我們對(duì)金屬尖頂?shù)脑煨蜕线M(jìn)行了調(diào)整，我們與建筑設(shè)計(jì)師進(jìn)行了溝通確認(rèn)，在不影響原有整體設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，在尖頂?shù)撞康诙?jié)構(gòu)件上增加了8個(gè)開口，增加8塊明裝蓋板。（圖1）

增加的這8塊明裝蓋板，第一可以在尖頂整體在高空與主體結(jié)構(gòu)固定過程中，為固定螺栓的工具提供操作空間。第二8個(gè)開口位置可以讓吊具的連接點(diǎn)伸入尖頂內(nèi)部與內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)牢靠固定。其次是吊具的設(shè)計(jì)上（圖2），（1）我們?cè)O(shè)計(jì)成一個(gè)長(zhǎng)方體吊具，尺寸與尖頂匹配，長(zhǎng)方體的豎向線就是我們吊具的鋼框架，長(zhǎng)方體的6個(gè)面是鏤空的，方便最大截面尺寸的構(gòu)件可以放置。（2）吊具頂部框架對(duì)角線位置我們?cè)黾愉摻Y(jié)構(gòu)并在中心位置焊接一個(gè)環(huán)形吊鉤，作為吊具起吊的設(shè)置點(diǎn)。（3）由于吊具豎桿過長(zhǎng)，我們還在適當(dāng)?shù)臋M向水平位置增加框架，以增加豎桿的穩(wěn)定性。（4）我們?cè)诘蹙邩?gòu)件的大部分節(jié)點(diǎn)上都設(shè)計(jì)成螺栓連接，以方便吊具的運(yùn)輸、拼裝以及和銅尖頂?shù)倪B接。（5）整個(gè)尖頂有8m高，光靠在底部的固定是不夠的，我們還在尖頂?shù)闹猩喜课恢门c吊具設(shè)置了一個(gè)固定點(diǎn)。根據(jù)尖頂?shù)脑煨统叽纾覀冊(cè)诟叨?m的位置設(shè)置了4組活動(dòng)桿，通過在底部的繩子拉動(dòng)，活動(dòng)桿可以從4個(gè)方向水平頂住尖頂?shù)闹猩喜?，水平桿下部的斜撐桿頂住水平桿，讓其不松脫，活動(dòng)桿的前端放置厚海綿，在拉起頂住尖頂?shù)耐瑫r(shí)，能夠很好的保護(hù)尖頂表面金箔不被損壞（圖3）。（6）最后在整個(gè)吊具設(shè)計(jì)方案成型后，我們通過結(jié)構(gòu)復(fù)核，確定了吊具桿件的規(guī)格尺寸，確保吊具設(shè)計(jì)方案的安全可靠。

5吊具承載力實(shí)驗(yàn)

整個(gè)吊具的設(shè)計(jì)方案從理論上來說是可行的，為確保正式吊裝過程中的萬無一失，我們?cè)诠S完成吊具的整體組裝后，還通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證方案的可操作性。在實(shí)驗(yàn)中，我們?cè)诘撞考虞d的配重重量是按照構(gòu)件整體重量的3倍來進(jìn)行的，并保持（圖4）的狀態(tài)長(zhǎng)達(dá)2個(gè)小時(shí)。最終通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)也證明了方案是可行的。

6現(xiàn)場(chǎng)施工

6.1地面腳手架搭設(shè)

落地腳手架的搭設(shè)分為內(nèi)圈和外圍，內(nèi)圈腳手架用于尖頂?shù)孛嫫囱b過程中工人的操作，外圍腳手架用于吊具的部分組裝、吊具與尖頂?shù)倪B接固定、以及尖頂整體吊裝。

6.2金屬塔尖整體拼裝

先拼裝第1節(jié)鋼結(jié)構(gòu)，之后安裝相對(duì)位置外側(cè)包裹的銅構(gòu)件；然后拼接第2節(jié)鋼結(jié)構(gòu)，并完成鋼結(jié)構(gòu)驗(yàn)收工作，之后安裝相對(duì)位置外側(cè)包裹的銅構(gòu)件；再拼接第3鋼結(jié)構(gòu)，并完成鋼結(jié)構(gòu)驗(yàn)收工作，之后再安裝相對(duì)位置外側(cè)包裹的銅構(gòu)件；以此類推，分段完成第4、5、6、7節(jié)鋼結(jié)構(gòu)以及相對(duì)應(yīng)的外側(cè)銅構(gòu)件。在安裝第1～3節(jié)銅構(gòu)件的同時(shí)，需要按照?qǐng)D紙完成金屬尖頂整體防雷接地線的連接工作。

當(dāng)整個(gè)銅構(gòu)件完成組裝及初步驗(yàn)收后，需要對(duì)銅構(gòu)件與銅構(gòu)件之間的接縫位置（按照?qǐng)D紙中的標(biāo)示）進(jìn)行焊接，并由專業(yè)人員進(jìn)行驗(yàn)收，檢查整體導(dǎo)通性（滿足尖頂整體防雷接地的要求）。

導(dǎo)通性驗(yàn)收合格后進(jìn)行最后一道工序，焊接位置及局部破損部位的金箔修補(bǔ)。最終通過整體驗(yàn)收完成整個(gè)尖頂?shù)慕M裝工作。

6.3吊入吊具并連接金屬尖頂

正如在拼裝尖頂前腳手架搭設(shè)的方案，此時(shí)我們將拆除內(nèi)側(cè)腳手架，為吊具進(jìn)入騰出空間。當(dāng)?shù)蹙叩跞爰忭斨車螅覀兿葘⒌蹙叩撞康倪B接桿通過尖頂?shù)撞康念A(yù)留孔與尖頂內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)連接起來。再將中部的水平穩(wěn)定桿加固好，接著拉動(dòng)繩子將四個(gè)方向的水平活動(dòng)桿撐起，固定金屬的中上部。完成吊具與尖頂?shù)陌惭b后，我們對(duì)吊具上所有固定螺栓再次進(jìn)行了檢查，確保所有螺栓都是緊固的。最后我們檢查周邊的腳手架以及起吊路線上的實(shí)際情況，為起吊做好最后的準(zhǔn)備工作。

6.4起吊

試吊準(zhǔn)備，整個(gè)吊運(yùn)過程中從底部腳手架中吊出是最為關(guān)鍵的，為了能在正式吊運(yùn)時(shí)不出現(xiàn)意外，我們?cè)谡降踹\(yùn)前的幾天進(jìn)行了一次試吊準(zhǔn)備，著重檢查了地面操作腳手架的碰撞、人員的操作位置、吊機(jī)的指揮等。

正式吊運(yùn)，我們?cè)谡降踹\(yùn)尖頂?shù)倪^程中，將施工人員分成3個(gè)小組，第1組是地面起吊的操作人員（包括操控?cái)堬L(fēng)繩人員、吊機(jī)指揮人員等），第2組是高空平臺(tái)的操作人員（包括固定尖頂?shù)牟僮鞴と?、吊機(jī)指揮人員等），第3組是尖頂固定過程中的測(cè)量監(jiān)控人員。通過縝密細(xì)致的準(zhǔn)備工作，我們順利的將尖頂?shù)踹\(yùn)至高空預(yù)定位置。

6.5固定過程

在高空安裝固定過程中，我們?cè)谑┕がF(xiàn)場(chǎng)設(shè)置了兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的位置與塔尖安裝位置成90度角（圖5）。在兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上各有一組測(cè)量隊(duì)員，使用全站儀測(cè)量塔尖是否垂直。兩組測(cè)量隊(duì)員配備對(duì)講機(jī)可以與塔尖安裝人員交流，調(diào)整塔尖的垂直度。

在金屬尖頂?shù)踹\(yùn)到高空安裝位置后，我們通過攬風(fēng)繩慢慢將金屬尖頂?shù)撞糠ㄌm盤上的高強(qiáng)螺栓孔位對(duì)準(zhǔn)主體結(jié)構(gòu)基座法蘭盤上的高強(qiáng)螺栓，套入并初擰高強(qiáng)螺栓和螺帽。使用對(duì)講機(jī)與塔尖垂直度測(cè)量人員對(duì)話，若塔尖垂直度有偏差，則根據(jù)測(cè)量人員提供的信息，在尖頂法蘭盤與主體結(jié)構(gòu)法蘭盤之間位置適當(dāng)增加或減少墊片，墊片內(nèi)側(cè)與外側(cè)厚度不一，用于調(diào)節(jié)水平（圖7），直至誤差調(diào)整到允許范圍以內(nèi)。然后使用扭矩扳手（圖6）將螺帽擰緊。

6.6移除吊具

金屬尖頂安裝并驗(yàn)收通過后，我們就可以將整個(gè)吊具移除了，移除吊具的步驟與安裝吊具的步驟正好相反，首先拉動(dòng)活動(dòng)桿的繩子，松下吊具中上部的固定裝置。然后逐根拆除中部和底部金屬尖頂固定桿和連接桿，接著在空中輕輕拉動(dòng)攬風(fēng)繩，使吊具在空中輕微的旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，便于吊具的移除，最后使用吊車平移吊具，移出金屬塔尖安裝位置，并最終徹底移除吊具。（圖8）

吊具移除后，我們將最后8塊明裝板固定在尖頂上，完成尖頂?shù)母呖瞻惭b工作。

7結(jié)語(yǔ)

通過這個(gè)技術(shù)方案，我們成功的整體吊裝了多個(gè)尖頂，同時(shí)我們還不斷完善技術(shù)方案，改良和優(yōu)化了吊具設(shè)計(jì)，使吊具在固定尖頂過程中更為輕便，易操作。此技術(shù)方案在本工程中成功實(shí)施，為我們積攢了寶貴的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，為今后類似施工提供有利的技術(shù)支撐。