高層建筑弧面幕墻安裝用吊籃施工技術(shù)

陳 果 翟英帥 彭偉豪 黃宜婷 羅 瑞

中國(guó)建筑第二工程局有限公司華南分公司 廣東 深圳 518048

1 工程概況

平潭海洋國(guó)際會(huì)展中心五星級(jí)酒店（圖1）項(xiàng)目位于福建省平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)，酒店塔樓地上25層，地下1層，結(jié)構(gòu)高度99.900 m，建筑高度113.329 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高為3.650 m，采用鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)。酒店塔樓平面呈橢圓形，外立面中部鼓起，上下兩端逐漸內(nèi)收，其中12、13、14層為結(jié)構(gòu)板外凸最大樓層，6—12層結(jié)構(gòu)梁板逐漸向外擴(kuò)大，累計(jì)外擴(kuò)約0.2 m；14—25層結(jié)構(gòu)梁板逐漸向內(nèi)收縮，累計(jì)內(nèi)收約2.5 m；塔樓外立面采用框架式玻璃幕墻體系，酒店幕墻安裝面積11 678 m2，部分玻璃幕墻安裝工作需要在建筑物外側(cè)進(jìn)行操作，因此需要選擇一種適合于本工程需求的幕墻安裝操作平臺(tái)[1-3]。

圖1 酒店效果圖

2 幕墻操作平臺(tái)方案選擇

本工程采用EPC建設(shè)模式，工期短、任務(wù)重，且酒店塔樓內(nèi)裝修施工進(jìn)度為關(guān)鍵線路。由于本工程外立面中部鼓起，為上下兩端逐漸內(nèi)收的建筑造型，若采用懸挑腳手架作為幕墻安裝操作平臺(tái)，每3層就需要搭設(shè)1道懸挑工字鋼，影響室內(nèi)隔墻及地面施工，同時(shí)影響酒店內(nèi)裝修施工進(jìn)度。

綜合考慮后，項(xiàng)目選擇了外掛電動(dòng)吊籃，吊籃安裝便捷，可滿足幕墻安裝需要，且不影響酒店內(nèi)裝修施工。但是，本工程外立面中部鼓起，上下兩端逐漸內(nèi)收的建筑造型，限制了吊籃的工作范圍，吊籃需分段搭設(shè)并采取斜向爬升措施，以避免懸掛平臺(tái)與塔樓結(jié)構(gòu)碰撞。第1層吊籃負(fù)責(zé)6—15層幕墻安裝，第2層吊籃負(fù)責(zé)16—24層幕墻安裝，第3層吊籃負(fù)責(zé)25層—屋面花架層的幕墻安裝。

酒店塔樓屋面設(shè)有混凝土梁柱結(jié)構(gòu)的花架，花架頂部最高點(diǎn)距離屋面完成面13.45 m，花架外部設(shè)有幕墻，花架結(jié)構(gòu)如圖2所示。為完成25層—屋面花架層的幕墻安裝，第3層吊籃需安裝在花架頂部，但花架無(wú)樓板，無(wú)法按常規(guī)做法為吊籃提供安裝平臺(tái)。為此，項(xiàng)目采用了特殊定制的吊籃，在花架梁上主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)，預(yù)埋鋼板為特制吊籃支架安裝提供固定支點(diǎn)。

圖2 塔樓屋面花架結(jié)構(gòu)模型

3 吊籃施工部署

根據(jù)工期要求及塔樓的結(jié)構(gòu)特征，對(duì)吊籃安裝進(jìn)行施工部署。1—5層酒店和裙房幕墻相連，采用落地式鋼管腳手架安裝幕墻。6層—屋面花架層幕墻采用吊籃進(jìn)行安裝，吊籃分3個(gè)施工段進(jìn)行布置。第1施工段吊籃懸掛機(jī)構(gòu)架設(shè)于16層樓面，用于6—15層區(qū)間段的幕墻安裝；第2施工段吊籃懸掛機(jī)構(gòu)架設(shè)在25層，用于16—24層區(qū)間段的幕墻施工；第3施工段吊籃懸掛機(jī)構(gòu)架設(shè)在花架頂部，用于25層—屋面花架層的幕墻安裝。第1施工段各樓層逐層外擴(kuò)然后收縮；第2施工段各樓層逐漸收縮，吊籃在升降過(guò)程中，若不采取相應(yīng)措施，吊籃可能與建筑發(fā)生碰撞，因此需采用斜向爬升吊籃安裝技術(shù)，設(shè)置斜拉鋼絲繩作為吊籃斜向提升的導(dǎo)向索；第3施工段采用定制懸掛支架吊籃安裝技術(shù)，在框架梁上預(yù)埋焊接懸掛機(jī)構(gòu)支架。

各施工段的幕墻按照自下而上的安裝順序，依次完成幕墻龍骨及玻璃安裝。吊籃工作時(shí)各施工段垂直方向不得同時(shí)作業(yè)，各施工段相互錯(cuò)開(kāi)進(jìn)行施工?？紤]到3個(gè)施工段作業(yè)區(qū)可能發(fā)生垂直交叉作業(yè)的情況，在17層結(jié)構(gòu)邊緣安裝懸挑式硬防護(hù)。施工段劃分如圖3所示。

圖3 施工段劃分

4 斜向爬升吊籃安裝技術(shù)

4.1 工藝原理

斜向爬升吊籃安裝技術(shù)是在標(biāo)準(zhǔn)吊籃的基礎(chǔ)上，增加導(dǎo)向裝置，實(shí)現(xiàn)吊籃斜向爬升的功能。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)外形，在樓層邊緣增加懸挑工字鋼用于拉設(shè)導(dǎo)向索。吊籃通過(guò)導(dǎo)向裝置實(shí)現(xiàn)和導(dǎo)向索的連接，吊籃因?qū)蜓b置限制吊籃水平運(yùn)動(dòng)，使吊籃沿著導(dǎo)向索的軌跡斜向提升，適應(yīng)建筑外立面造型，避免吊籃運(yùn)行時(shí)與建筑完成面碰撞（圖4）。

圖4 吊籃斜向爬升原理示意

4.2 工藝流程

懸挑工字鋼安裝→拉設(shè)導(dǎo)索→懸掛機(jī)構(gòu)安裝、調(diào)試→懸吊平臺(tái)的安裝、調(diào)試→提升機(jī)、安全鎖電箱安裝和調(diào)試→穿繩檢查→重錘安裝→吊籃安裝→檢查驗(yàn)收→使用→拆除

4.3 關(guān)鍵技術(shù)

1）懸挑工字鋼安裝。在酒店17層及25層底板安裝懸挑工字鋼，工字鋼長(zhǎng)度為6 m，工字鋼建筑外懸挑長(zhǎng)度2 m，建筑內(nèi)側(cè)錨固段長(zhǎng)度為4 m，工字鋼放在樓板面處，采用U形M20螺桿固定，單根工字鋼采用4個(gè)U形螺桿固定。4個(gè)U形螺桿分別距離樓板邊緣200、400、3 600、3 800 mm。U形桿件和工字鋼之間的縫隙采用木楔塞緊。螺桿上方絲扣露出螺母不少于3扣。在工字鋼端部，用直徑22 mm圓鋼焊接吊環(huán)，吊環(huán)上下兩側(cè)各1個(gè)，分別拉設(shè)鋼絲繩以確保工字鋼受力均衡。吊環(huán)與工字鋼接觸面采用雙面焊接，焊接長(zhǎng)度大于150 mm。工字鋼中線位置與相應(yīng)吊籃平臺(tái)導(dǎo)索垂直投影線位置重合。

2）拉設(shè)導(dǎo)索。導(dǎo)索選用φ16 mm的6×19鋼絲繩，鋼絲繩分別與兩端懸挑工字鋼吊環(huán)連接固定。連接固定鋼絲繩的繩卡大小規(guī)格應(yīng)與所用鋼絲繩相適應(yīng)，繩卡連接鋼絲繩時(shí)，每個(gè)連接點(diǎn)用4個(gè)繩卡，繩卡間距（6～7）d（鋼絲繩直徑d＝16 mm），且最后一個(gè)繩卡距繩頭不應(yīng)小于100 mm，繩卡擰緊到為鋼絲繩壓扁1/3直徑為宜。

3）安裝吊籃導(dǎo)向裝置。吊籃導(dǎo)向裝置安裝在籃體側(cè)邊中線位置，導(dǎo)向裝置采用2個(gè)定滑輪，分別與吊籃前部護(hù)欄片上側(cè)和吊籃底板連接。定滑輪用φ12 mm鋼絲繩與吊籃護(hù)欄固定。定滑輪的鋼絲繩兩端固定在吊籃兩側(cè)。吊籃導(dǎo)向裝置另一端與導(dǎo)索連接。當(dāng)?shù)趸@進(jìn)行提升時(shí)，吊籃受導(dǎo)向裝置側(cè)向力影響，吊籃豎直提升軌跡變成斜向提升。吊籃提升過(guò)程沿著導(dǎo)索的軌跡，吊籃與建筑完成面保持距離，確保懸掛平臺(tái)不會(huì)與建筑物發(fā)生碰撞，工人能正常在吊籃上進(jìn)行幕墻安裝（圖5）。

圖5 吊籃導(dǎo)向裝置示意

4）防碰撞裝置。為防止吊籃在空中擺動(dòng)，破壞幕墻完成面，吊籃選用靠墻輪和緩沖裝置等保護(hù)措施?？繅喌妮喬ゲ馁|(zhì)選用充氣塑料輪胎，防止擦傷玻璃；緩沖裝置設(shè)置在工作平臺(tái)前護(hù)欄的外側(cè)，包裹一定厚度的彈性材料，如厚60 mm的海綿，起到緩沖作用。工作平臺(tái)中設(shè)置與墻體固定的拉繩，待吊籃施工人員到某一樓層作業(yè)時(shí)，可用拉繩或者掛鉤把工作平臺(tái)和建筑物連接起來(lái)，起到固定作用，防止吊籃間的碰撞發(fā)生。

4.4 斜向爬升式吊籃安裝要求

1）吊籃布設(shè)間距0.3 m，吊籃前支架離結(jié)構(gòu)邊線0.3 m，吊籃前支臂長(zhǎng)1.6 m，后支臂長(zhǎng)4.6 m。吊籃支架方式為常規(guī)支架加配重。

2）吊籃與玻璃幕墻完成面距離不小于0.3 m。

3）吊籃使用的懸掛系統(tǒng)鋼絲繩安全系數(shù)不小于10。

4）吊籃懸掛鋼絲繩末端距地200 mm處增加10 kg預(yù)制混凝土墜重。

5 定制懸掛支架吊籃施工技術(shù)

5.1 工藝原理

定制懸掛支架吊籃根據(jù)結(jié)構(gòu)安全計(jì)算，確定預(yù)埋鋼板及懸掛機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。在花架結(jié)構(gòu)梁澆筑前預(yù)埋鋼板，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%時(shí)再焊接吊籃懸臂支架，吊籃工作鋼絲繩用繩卡固定在懸掛支架上，并將花架結(jié)構(gòu)梁作為鋼絲繩固定點(diǎn)以提高其安全性，降低安裝難度。定制懸掛機(jī)構(gòu)在正常工作狀況下，工作荷載主要集中在懸掛支架架體、懸掛機(jī)構(gòu)埋板、定制懸掛機(jī)構(gòu)支撐和鋼絲繩與懸掛機(jī)構(gòu)連接處（圖6）。

5.2 工藝流程

懸掛機(jī)構(gòu)安全性計(jì)算→預(yù)埋鋼板→搭設(shè)雙排腳手架→焊接懸掛機(jī)構(gòu)→安裝加強(qiáng)鋼絲繩→吊籃安裝→吊籃試驗(yàn)→驗(yàn)收合格→使用→拆除

5.3 關(guān)鍵技術(shù)

1）懸掛機(jī)構(gòu)安全性計(jì)算。通過(guò)軟件分別對(duì)定制懸掛機(jī)構(gòu)埋板、定制懸掛支架、定制懸掛機(jī)構(gòu)支撐和鋼絲繩進(jìn)行驗(yàn)算。首先確定吊籃的荷載，由計(jì)算結(jié)果選用懸掛機(jī)構(gòu)材料及規(guī)格、懸掛機(jī)構(gòu)骨架尺寸、鋼絲繩規(guī)格。經(jīng)過(guò)計(jì)算，定制懸掛機(jī)構(gòu)分別滿足超載25%額定載質(zhì)量的動(dòng)力荷載和超載50%額定載質(zhì)量的靜力荷載，安全系數(shù)符合要求。

2）懸掛機(jī)構(gòu)支架安裝。根據(jù)定制懸掛機(jī)構(gòu)安全性計(jì)算，懸掛機(jī)構(gòu)支架選用150 mm×100 mm×6 mm的方通，預(yù)埋板選用300 mm×300 mm×8 mm鋼板（圖7）。懸掛機(jī)構(gòu)支架整體在地面焊接完成并做好防腐措施后由塔吊輔助進(jìn)行安裝。在結(jié)構(gòu)梁側(cè)及梁面上預(yù)埋300 mm×300 mm×8 mm的預(yù)埋板，在梁側(cè)預(yù)埋板上焊接200 mm×150 mm×8 mm鋼通，按圖7所示的方式焊接懸掛機(jī)構(gòu)支架。根據(jù)吊籃的平面布置圖，確保吊籃間距小于500 mm，通過(guò)雙排腳手架安裝懸掛機(jī)構(gòu)支架，將支架與預(yù)埋鋼板焊接到位后，采用砂輪機(jī)或砂布除凈焊渣、打磨焊縫，除銹工作做好后在焊縫處涂防銹漆，確保構(gòu)件具有良好的防腐性能，保證懸掛機(jī)構(gòu)能安全可靠運(yùn)行。橫梁長(zhǎng)度5 500 mm，為防止懸挑段長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)造成變形過(guò)大，在橫桿下部增加斜向支撐與預(yù)埋件連接，懸挑段長(zhǎng)度控制在1.1～1.2 m。

圖7 屋面吊籃支架埋件大樣

3）鋼絲繩安裝固定。鋼絲繩固定在距懸挑支架端部200 mm處，懸挑支架端部焊接角鋼對(duì)鋼絲繩進(jìn)行限位。鋼絲繩一端下垂于吊籃提升設(shè)備，鋼絲繩另一端通過(guò)懸挑支架并用繩卡固定后與屋面花架框架梁固定，形成穩(wěn)定拉結(jié)，確保鋼絲繩不會(huì)脫離懸挑支架。鋼絲繩與結(jié)構(gòu)梁接觸的轉(zhuǎn)角上，增加弧形過(guò)渡、橡膠套以保護(hù)鋼絲繩，鋼絲繩端部的繩夾設(shè)置按以下要求進(jìn)行：緊固繩夾時(shí)，各個(gè)繩夾應(yīng)受力均勻，夾座緊扣在鋼絲繩工作段上，U形螺栓緊扣在尾端。

4）懸吊平臺(tái)安裝。本工程吊籃平臺(tái)根據(jù)建筑平面弧度，采用5.5、4.5、4.0 m三種規(guī)格的懸吊平臺(tái)進(jìn)行拼裝。將懸吊平臺(tái)底架用木板墊高200 mm，便于施工拼裝。各相鄰欄底安裝固定，欄底采用長(zhǎng)140 mm的M12螺栓相連，螺栓預(yù)緊后確保平臺(tái)底架板處于水平狀態(tài)。安裝側(cè)欄及安全鎖安裝板，高度較小的欄片為懸吊平臺(tái)側(cè)面板，采用長(zhǎng)30 mm的M12螺栓與底板連接。安裝時(shí)，需將欄片對(duì)正安裝孔位，如遇阻力可晃動(dòng)欄片使其對(duì)準(zhǔn)安裝孔，不得強(qiáng)力安裝。

6 結(jié)語(yǔ)

平潭海洋國(guó)際會(huì)展中心的酒店塔樓平面呈橢圓形，外立面中部鼓起，上下兩端逐漸內(nèi)收。塔樓外立面采用框架式玻璃幕墻體系。為適應(yīng)項(xiàng)目復(fù)雜的施工環(huán)境，加快施工進(jìn)度，項(xiàng)目采用了斜向爬升吊籃安裝技術(shù)和定制懸掛支架吊籃施工技術(shù)完成了1.1萬(wàn) m2的外幕墻安裝任務(wù)，最大限度地減少了吊籃的設(shè)置數(shù)量，在保證安全性的前提下節(jié)約施工成本，提高工效，可為同類工程施工提供借鑒。