超高層單元體吊裝技術(shù)及安裝施工方法研究

劉小春

浙江亞廈幕墻有限公司 浙江 杭州 310008

引言

在建筑外墻裝修中，幕墻技術(shù)的發(fā)展使它的裝飾功能日益突出，幕墻是目前許多超高層建筑的外墻裝飾材料。玻璃幕墻是目前應(yīng)用最廣的一種形式，它不僅可以完善建筑物的功能，而且還可以提高室內(nèi)的裝飾和美化作用[1-2]。然而，在幕墻的安裝中，對幕墻單元體的安裝工藝有很高的技術(shù)要求，如果應(yīng)用于超高層，將會加大其安裝與建造的難度。在具體的施工中，為保證工程的安全，除了對原材料的選擇、加工等方面進(jìn)行嚴(yán)密的檢測之外，還應(yīng)對安裝中的各個重要環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，并按照工藝要求進(jìn)行，從而達(dá)到工程的質(zhì)量要求。

目前相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者針對單元體吊裝技術(shù)及安裝施工進(jìn)行了研究。李小龍[3]等以某超高層建筑的幕墻單元體為例，對其吊裝的要點、步驟及注意事項進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。本文就施工前期的施工工藝選擇、施工中的環(huán)形帶、吊臂吊機的施工和質(zhì)量監(jiān)控、吊機的施工工藝、施工過程中應(yīng)注意的問題等進(jìn)行了闡述?？偨Y(jié)針對目前我國超高層建筑中的一些常見問題，如：施工質(zhì)量、施工進(jìn)度、安全等。為國內(nèi)工程建設(shè)中的幕墻單元體吊裝工作提供借鑒。彭少軍[4]對超高層建筑幕墻單元體的吊裝工藝進(jìn)行了簡要地介紹。在我國建筑業(yè)發(fā)展迅速的同時，也出現(xiàn)了大量的超高層建筑，其造型設(shè)計也日趨新穎。而單元體幕墻由于具有美觀的裝飾效果、快捷的施工周期和可靠的裝配質(zhì)量，已經(jīng)成為高層和超高層建筑的首選。以太原中鐵三局建筑科技研究中心幕墻為例，簡要介紹了其在現(xiàn)場安裝超高層幕墻的施工工藝?；谏鲜龇治觯疚奶岢隽顺邔訂卧w吊裝技術(shù)及安裝施工方法。

1 工程概況

某商業(yè)辦公樓，占地面積60642m2，其中，地下為1層，地面為24層，樓層高度為97m。1-3層是裙樓，采用框架式幕墻。其外墻是由兩種不同的玻璃構(gòu)造而成的，每個單元體之間以垂直的石材隔開。共2358個幕墻單元體，24842m2的幕墻面積。每一塊石頭的重量為1000kg，每一塊玻璃幕墻的重量為600kg左右。本項目是一項重要的工程，幕墻的單元體結(jié)構(gòu)不僅要滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求，而且要在材料、制作等各個方面進(jìn)行嚴(yán)格的控制，尤其是幕墻單元體的安裝，從而使幕墻的整體品質(zhì)得到改善。

2 超高層單元體吊裝技術(shù)

對建筑施工而言，超高層單元體吊裝有利于提高施工工藝流程和安裝質(zhì)量。根據(jù)相同時刻的垂向和負(fù)載重力，計算動力參數(shù)，改善施工工藝，提高超高層單元體吊裝承載程度和吊速。采用自適應(yīng)分段的方式優(yōu)化安裝流程，確保運輸穩(wěn)定性，有效保證垂直運輸安全性，進(jìn)而節(jié)省人力資源，實現(xiàn)建筑工程施工精細(xì)化管理。

2.1 超高層單元體吊裝動力參數(shù)計算

超高層單元體的吊裝，多采用纜索吊裝裝置進(jìn)行單體的吊裝，由主索、起重索、牽引組成，其結(jié)構(gòu)具有柔性特征[5]。在超高層單元體吊裝的時候，會受到一定的拉力，如果拉力超過了極限，將會無法成功吊起超高層單元體，所以在超高層單元體吊裝之前，必須對其進(jìn)行動態(tài)參數(shù)的計算。

首先，對纜索吊裝設(shè)備的主繩進(jìn)行了動力參數(shù)分析，其主要動力參數(shù)為垂向和負(fù)載重力，而主繩的垂向為超高層單元體的吊裝高度，并結(jié)合有關(guān)的牛頓—歐拉迭代方程理論和施工經(jīng)驗，提出負(fù)載重力計算方法：

公式（1）中，u為轉(zhuǎn)角參數(shù)，x1為超高層單元體頂部標(biāo)高，x2為超高層單元體底部標(biāo)高，δ為超高層單元體重心坐標(biāo)系的慣性矩陣，i為最小慣性參數(shù)。通過提高參數(shù)的可辨識性，提升超高層單元體吊裝軌跡優(yōu)化效果。在施工過程中，主索的受力主要是通過單元體、吊點、吊索、纜索吊裝裝置的固定滑輪重力以及主索的集中力來計算，再加上超高層單元體吊裝時的沖擊系數(shù)，從而求得主索的荷載重力[6-7]。

其次，對纜索吊裝裝置起重索的動力參數(shù)進(jìn)行了計算，起重索的主要功能是將吊車在規(guī)定的范圍內(nèi)進(jìn)行豎向提升，并將其提升至規(guī)定的高度。針對吊索受力情況，對其最大吊重、張力及拉力的安全因素進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上，利用吊索的最大吊重和所需吊運的超高層單元體的最大荷載，計算吊索在起重情況下的最大拉力為：

公式（2）中，Ej為吊索在j高度時的抗拉強度，m為吊索最大承受的板塊重量，a為吊索起重過程中的加速度，k為比例系數(shù)。在獲取吊索起重情況下的最大拉力后，根據(jù)最大吊重Tmax，計算吊裝裝置安全系數(shù)，具體表達(dá)式為：

公式（3）中，M為抗阻重力的動力補償參數(shù)，sP為起重索單次可承載的板塊面積，s為橫斷面面積總數(shù)，d為自然角轉(zhuǎn)換頻率。

最后，計算吊裝裝置牽引動力。這種牽引索的作用是使其在某一段距離上進(jìn)行側(cè)向拉力，并將其拉到指定的地點，從而實現(xiàn)對超高層單元體的橫向移動的控制，牽引動力具體表達(dá)式為：

公式（4）中，P為吊裝機功率，iκ為吊裝起重索旋轉(zhuǎn)力矩，?為超高層單元體吊點與纜索吊裝裝置牽引的最大傾斜角，W為纜索吊裝裝置在起重過程中的最大張力。

根據(jù)上述計算和分析，得出了超高層建筑的單元體吊裝負(fù)載重力、最大拉力、安全系數(shù)、牽引動力等動力參數(shù)，為后續(xù)超高層單元體吊裝按照施工提供理論支撐。

2.2 超高層單元體吊裝施工工藝

幕墻與主體工程是同步進(jìn)行的，因此，在幕墻的安裝過程中，可將其分成3個步驟，以保證工程的安全、節(jié)省成本。超高層單元體吊裝施工總體地面層數(shù)為21層（未包含地下1層和裙樓3層），第1步驟為：在樓層4～9層施工時，安裝外懸雙軌道，預(yù)埋懸挑梁；第2步驟為：在樓層10～18層施工時，選擇活動式懸臂小吊車將超高層單元體吊至固定水平位置，且根據(jù)吊鉤速度調(diào)整外懸雙軌道架設(shè)位置；第3步驟為：在樓層19～24層施工時，選擇起重機和活動式懸臂小吊車相結(jié)合的方式，將吊裝工具和板塊運輸至所需樓層，提高吊索執(zhí)行負(fù)載。

施工工藝主要選擇外懸雙軌道安裝工藝，根據(jù)建筑單元體分割選擇靜定結(jié)構(gòu)的懸挑梁，增強混凝土與鋼筋的連接效果，使建筑物更加牢固。懸挑上部鋼筋直段長度大于0×4后下彎15d，懸挑長度為6.0m，結(jié)構(gòu)邊緣長度為2.5m，跨度為1.2m，每條鋼梁最大間隔為3.0m。活動式懸臂小吊車具有操作靈活、進(jìn)出便捷的優(yōu)勢，所以在運輸?shù)跹b工具時將活動式懸臂小吊車布置在軌道同層，完成超高層單元體垂直吊運。在建筑施工地面的西北角和西南角各設(shè)置一個單元體起吊點，利用活動式懸臂小吊車將板塊運輸至指定樓層。起重機設(shè)置在建筑施工地面的東南角，將端頭連接活動式懸臂小吊車的吊鉤，達(dá)到指定樓層后利用旋轉(zhuǎn)功能使板塊運至結(jié)構(gòu)邊緣，完成板塊安裝。

3 超高層單元體吊裝安裝施工

結(jié)合超高層單元體吊裝動力參數(shù)分析結(jié)果以及超高層單元體吊裝施工工藝，進(jìn)行超高層單元體吊裝安裝施工，具體過程如下：

3.1 吊裝前的準(zhǔn)備

在施工前，施工工人要做好技術(shù)交流，明確起重設(shè)備的停泊和運送路徑，并對吊裝作業(yè)中出現(xiàn)的安全事故、單元體的損壞提出預(yù)防。在吊起之前，為了確保吊起的玻璃幕墻不會受到損壞，施工人員需要對其進(jìn)行最后的檢驗。檢查完畢后，按小組進(jìn)行分類，堆疊高度不得超過3層，盡量降低安全風(fēng)險。

3.2 吊裝操作流程

交通人員現(xiàn)場組織指揮和引導(dǎo)幕墻單元體進(jìn)入施工指定地點。工人裝置好外懸雙軌道后通過活動式懸臂小吊車將幕墻單元體板塊運送至4層。當(dāng)安裝5～18層幕墻單元體板塊時，使用吊車進(jìn)行吊運時，要保證吊桿的固定可靠，然后緩慢地開啟吊車，在升降的時候，要保持緩慢、勻速的上升，并且要嚴(yán)格地掌握升降的速率，防止單元體在提升時搖晃太大，造成與主體結(jié)構(gòu)的碰撞。在環(huán)形軌下，單軌吊車的吊索被橫向運送至裝配場地。當(dāng)安裝19～24樓的幕墻單元體板塊時，采用吊車吊鉤將單元體固定后，利用起重機緩慢將板塊提升到安裝位置，在此過程中，不需要更換吊鉤，可根據(jù)安裝位置進(jìn)行位置的轉(zhuǎn)換。另外，起重機在運轉(zhuǎn)時，由于受風(fēng)的影響，會產(chǎn)生搖擺，因此單元體的提升必須使用纜索來控制吊桿的擺動，防止吊桿與主梁的碰撞。

3.3 單元體就位

當(dāng)單元體下降時，上級主管負(fù)責(zé)指揮，實現(xiàn)順利吊運。在單元體到位后，不要松開吊點，而是直接進(jìn)行安裝。在插接到位的施工中，吊裝層和上部的工人一起進(jìn)行拼板的安裝。當(dāng)單元體向下移動時，其達(dá)到接頭與懸掛點的高程相差2m時，就不再向下移動，將單元體的左、右分別插進(jìn)，從而將下部與下層的凹槽連接起來。

綜上所述，超高層單元體安裝完成。

4 實驗與分析

為了驗證超高層單元體吊裝技術(shù)及安裝施工方法的有效性，以某超高層單元體為實驗對象，數(shù)量為5個。經(jīng)對吊裝動力參數(shù)進(jìn)行了計算與分析，得出了該設(shè)備的主繩垂度值為18.3m，負(fù)載重量為750kN，吊繩最大重量642kN，最大拉力365kN，安全因子1.2，最大拉力864kN。基于上述實驗條件，為了驗證所提方法的實際施工效率，將超高層單元體吊裝時間作為評價指標(biāo)，其超高層單元體吊裝時間越短，表明實際施工效率越高。得到方法的超高層單元體吊裝時間對比結(jié)果如表1所示。

表1 超高層單元體吊裝時間

根據(jù)表1可以看出，所提方法的超高層單元體吊裝時間較短。由此可知，所提方法的實際施工效率較高。

5 結(jié)束語

本文提出了超高層單元體吊裝技術(shù)及安裝施工方法。以某商務(wù)辦公樓超高層單元體吊裝施工為例，通過對超高層單元體吊裝動力參數(shù)進(jìn)行計算，采用超高層單元體的吊裝技術(shù)，進(jìn)行了超高層單元體的吊裝和安裝，從而有效縮短超高層單元體吊裝時間，提高實際施工效率。