懸掛鋼平臺在超高吊頂中的應(yīng)用

張宗早

上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 上海 200072

近年來，隨著中國建筑業(yè)的不斷發(fā)展，設(shè)計(jì)師們對室外露臺也越來越青睞，越來越多的高樓大廈都會設(shè)計(jì)若干室外露臺作為休息場所用來欣賞風(fēng)景。然而室外露臺的誕生也帶來了室外吊頂?shù)氖┕るy題。比如，本項(xiàng)目的露臺最大高差達(dá)37 m，常規(guī)的滿堂腳手架法耗時(shí)耗力，不但需要對樓板進(jìn)行加固，還存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。因此，本項(xiàng)目針對12個(gè)大小相同的露臺，設(shè)計(jì)了一套定型化的可拼裝式的鋼平臺懸掛在吊頂上方的樓板上，通過此方法大大節(jié)約了施工時(shí)間與成本，也為日后的吊頂施工提供了一種新的思路[1]。

1 工程概況

新開發(fā)銀行總部大樓項(xiàng)目位于上海市浦東新區(qū)世博園A片區(qū)，建筑高度150 m。建筑從8層開始，每隔6層設(shè)置1道環(huán)帶桁架，環(huán)帶桁架之間為鏤空區(qū)域，下部為室外露臺布置景觀，上部為不銹鋼蜂窩吊頂（圖1），其最大高差達(dá)到37 m。針對該室外露臺的不銹鋼蜂窩吊頂施工，若采用滿堂腳手架法，將會影響立面和露臺景觀完成面的施工，且要對露臺下方的樓板進(jìn)行加固，不但影響工期、增加成本，而且安全風(fēng)險(xiǎn)也很大；若采用登高車，則需要塔吊配合將其運(yùn)輸至樓頂，同時(shí)，登高車工作面太小，角度受限，不能滿足吊頂所有板塊的安裝要求。綜合考慮工期及成本，經(jīng)研究，決定采用懸掛鋼平臺的方式來解決不銹鋼蜂窩吊頂?shù)氖┕るy題。

圖1 不銹鋼蜂窩吊頂示意

2 懸掛鋼平臺設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路

蜂窩吊頂平面投影呈等腰梯形，鋼平臺外側(cè)長邊最大長度為28 m，因此采用抗彎性能較好的H型鋼作為主梁，選用主梁截面HN300 mm×150 mm×6.5 mm×9 mm、次梁截面HN200 mm×100 mm×5.5 mm×8 mm拼接成主體結(jié)構(gòu)。主樓共計(jì)有12個(gè)懸掛鋼平臺且大小尺寸一致，因此在設(shè)計(jì)過程中將整個(gè)鋼平臺所有的主次鋼梁都進(jìn)行分段，節(jié)點(diǎn)均采用螺栓鉸接的方式，使懸掛鋼平臺可以拆卸循環(huán)利用。由于在懸掛鋼平臺拼裝及運(yùn)輸過程中已無塔吊可利用，因此根據(jù)施工電梯的高度以及人員運(yùn)輸安裝的最大質(zhì)量進(jìn)行核算后，將每根鋼梁以最大長度2.3 m、最大質(zhì)量100 kg進(jìn)行分段，通過電梯及液壓車進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)（圖2）。

圖2 懸掛鋼平臺梁布置示意

主梁對接時(shí)，腹板需要開洞進(jìn)行螺栓連接，降低了鋼梁本身的強(qiáng)度。因此，為保證鋼梁強(qiáng)度，除了在腹板上安裝螺栓連接板外，在上下翼緣板上也增加了雙夾板以加強(qiáng)其抗剪能力。次梁由于不需要承擔(dān)提升受力，僅需要布置格柵板，因此連接節(jié)點(diǎn)僅腹板開洞即可，無需加強(qiáng)處理（圖3）。

圖3 主梁鉸接示意

鋼平臺的外邊尺寸不能超出主樓吊頂外邊緣，便于后續(xù)單元幕墻板塊的垂直運(yùn)輸?shù)跹b，同時(shí)在吊頂投影面內(nèi)也可以防止高空墜物。鋼平臺內(nèi)邊緣與內(nèi)側(cè)幕墻距離不能過小，以防止在垂直提升與下降過程中發(fā)生水平晃動，繼而碰撞幕墻造成損壞，設(shè)計(jì)時(shí)考慮離開幕墻邊緣500 mm，并在內(nèi)側(cè)的鋼結(jié)構(gòu)上外包一層海綿防撞條。

2.2 提升體系設(shè)計(jì)

鋼平臺提升吊點(diǎn)設(shè)置要求高，需要綜合考慮各個(gè)方面。首先，提升吊點(diǎn)設(shè)置的位置不能與原結(jié)構(gòu)鋼梁、蜂窩吊頂板的龍骨以及擦窗機(jī)的龍骨和軌道等重合，否則將無法安裝蜂窩吊頂板及擦窗機(jī)；其次，提升吊點(diǎn)設(shè)置要考慮蜂窩吊頂板的分格，盡量避免大面積的蜂窩板與提升點(diǎn)碰撞，以免導(dǎo)致后期用擦窗機(jī)補(bǔ)板時(shí)的工作量太大；最后，提升吊點(diǎn)均要設(shè)置在主梁上且距離不能過大，距離過大會導(dǎo)致鋼梁的撓度大。

綜合上述各方面因素后，鋼平臺的點(diǎn)位布置及各點(diǎn)位支座反力如圖4所示。由于外邊緣的鋼梁跨度達(dá)到28 m，為使整個(gè)鋼平臺的剛度達(dá)到要求，在外側(cè)設(shè)置了4個(gè)吊點(diǎn)，對應(yīng)的內(nèi)側(cè)同樣也布置了4個(gè)吊點(diǎn)。

圖4 鋼平臺提升點(diǎn)布置及支座反力示意（單位：kN）

經(jīng)過模擬分析，得出鋼平臺桿件最大應(yīng)力為63.0 MPa，桿件最大應(yīng)力比為0.32，應(yīng)力比小于1.0，說明桿件滿足承載力要求。鋼平臺桿件最大跨度為10 400 mm，桿件跨中絕對撓度為16.4 mm，桿件跨端絕對撓度為0，則桿件相對撓度為16.4 mm；桿件允許撓跨比為1/200，則桿件允許撓度為52 mm，大于桿件相對撓度，說明結(jié)構(gòu)滿足剛度要求。

提升階段最大反力值為20.4 kN，因此采用了8臺3 t卷揚(yáng)機(jī)作為懸掛鋼平臺的提升設(shè)備，并專門定制了一臺控制箱同步控制8臺卷揚(yáng)機(jī)，保證懸掛鋼平臺在提升過程中的平穩(wěn)性。同時(shí)，考慮到實(shí)際提升過程中若只能同步提升，卷揚(yáng)機(jī)會因?yàn)檎`差等因素造成起吊高度不一致，造成鋼平臺扭轉(zhuǎn)形變，影響穩(wěn)定性甚至可能會造成嚴(yán)重后果，因此，控制箱必須可單獨(dú)控制其中一臺卷揚(yáng)機(jī)在提升時(shí)進(jìn)行調(diào)平操作[2]，懸掛鋼平臺提升中的各點(diǎn)高差需要控制在5 mm內(nèi)。

2.3 終固體系設(shè)計(jì)

懸掛鋼平臺提升到位后，用卷揚(yáng)機(jī)的鋼絲繩作為終固節(jié)點(diǎn)存在風(fēng)險(xiǎn)，因此現(xiàn)場設(shè)計(jì)了另一套終固體系——固定支架（圖5）。懸掛鋼平臺提升到位后，將固定支架放置在樓面上并通過終固鋼鏈條將鋼平臺懸掛在樓面底下。固定支架立柱及最上方受力橫梁采用HN200 mm×100 mm型鋼，與樓板接觸的2道水平梁采用HW100 mm×100 mm型鋼，另外加上4道角鋼斜撐∠36 mm×5 mm。為方便現(xiàn)場搬運(yùn)及運(yùn)輸，該三角固定支架同樣采用螺栓連接。由于施工樓層高，橫向風(fēng)力明顯，只用鏈條固定會造成明顯的側(cè)向位移，影響施工鋼平臺上施工人員的安全，故在懸掛鋼平臺靠近塔樓處兩側(cè)預(yù)焊耳板，使用∠36 mm角鋼與鋼平臺鉸接連接，另一側(cè)與塔樓主體焊接，既保證了懸掛鋼平臺不會發(fā)生明顯的側(cè)向位移，又保證了施工人員的安全。

圖5 固定支架示意

3 施工工藝

3.1 懸掛鋼平臺拼裝

拼裝懸掛鋼平臺前在吊頂下方露臺上預(yù)先拼裝腳手架胎架，由于懸掛鋼平臺都是鉸接，因此，在胎架上拼裝可以保證鋼梁鉸接時(shí)的平整度。主次梁連接時(shí)連接板布置為單側(cè)，拼裝時(shí)需確保同軸線內(nèi)次梁安裝在主梁連接板的同側(cè)，防止提升后發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。

懸掛鋼平臺的平臺板采用格柵板，由于格柵板最大跨度達(dá)到5 m，因此在格柵板中增加高30 mm、厚3 mm承載扁鋼，間隔30 mm布置，橫桿使用φ3 mm鋼材間隔100 mm布置。格柵板與鋼梁使用夾具固定。設(shè)計(jì)專用夾具，保證夾具與型鋼連接可靠且不松動；格柵板上方鋪設(shè)防火布防止火星落下，并用鐵絲將防火布與格柵板綁扎固定，防止施工過程中被風(fēng)吹開（圖6）。

圖6 夾具及格柵板示意

懸掛鋼平臺外圈鋼梁預(yù)焊套管，用定型化的欄桿作為鋼平臺四周的圍護(hù)，欄桿下方一圈焊接高50 mm的鋼板作為踢腳板，防止在蜂窩吊頂板施工的過程中部分螺栓高空掉落。

3.2 懸掛鋼平臺提升工藝

由于鋼平臺吊點(diǎn)上方樓板處沒有鋼結(jié)構(gòu)，無法在吊點(diǎn)上方直接設(shè)置吊點(diǎn)，因此采用加設(shè)1道轉(zhuǎn)換梁的方式在吊頂上增設(shè)鋼結(jié)構(gòu)部分，提供了上部滑車的固定位置。為便于轉(zhuǎn)換梁的安裝，在主體鋼結(jié)構(gòu)H型鋼側(cè)邊加焊厚14 mm連接板，連接板部分凸出翼緣板邊緣（圖7），在轉(zhuǎn)換梁提升到位后可以直接使用4枚M16螺栓進(jìn)行連接，便于施工操作。轉(zhuǎn)換梁兩側(cè)節(jié)點(diǎn)形式相同。連接板在使用完成后留在原結(jié)構(gòu)上即可，轉(zhuǎn)換梁拆除后仍可繼續(xù)使用。

圖7 主體H型鋼與轉(zhuǎn)換梁連接節(jié)點(diǎn)

部分樓層需安裝轉(zhuǎn)換梁的位置由于已安裝了風(fēng)管，導(dǎo)致原措施實(shí)施困難，因此考慮在上方樓板開洞，然后將轉(zhuǎn)換梁焊接在現(xiàn)場拼裝的支座上，直接架設(shè)在上方樓板上，使用鋼絲繩從洞中穿過，與滑車連接。

懸掛鋼平臺使用8臺卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行提升，為保證卷揚(yáng)機(jī)的同步性，采用8臺功率相同的卷揚(yáng)機(jī)，并根據(jù)最高的高度配備了60 m鋼絲繩。

在固定卷揚(yáng)機(jī)時(shí)，用膨脹螺栓將其與核心筒墻面固定，以防止啟動時(shí)的提升力過大。根據(jù)圖紙?jiān)跇敲嫔系奶嵘c(diǎn)位洞口放置套管，防止鋼絲繩與洞口產(chǎn)生摩擦，在洞口邊用膨脹螺栓固定好地輪，地輪與地面連接后，再用鋼絲繩與結(jié)構(gòu)鋼梁進(jìn)行連接作為保險(xiǎn)措施；地輪、洞口以及卷揚(yáng)機(jī)需在同一條直線上，保證在提升及下降時(shí)鋼絲繩不會纏繞。

鋼平臺提升前，先將8臺卷揚(yáng)機(jī)的鋼絲繩預(yù)拉緊，待所有鋼絲繩受力后，將其抬至離胎架20 cm，由測量員用水準(zhǔn)儀將8個(gè)提升點(diǎn)調(diào)平。調(diào)平完成后打開總控箱同步提升至預(yù)定標(biāo)高位置。提升時(shí)卷揚(yáng)機(jī)旁必須有專人負(fù)責(zé)，防止鋼絲繩在提升與下降的過程中發(fā)生纏繞現(xiàn)象。

鋼平臺需要往上預(yù)提一段空間，操作人員需要在預(yù)留的幕墻洞口與鋼平臺間搭設(shè)腳手架爬梯并安裝終固角鋼保證安全。

安裝完成后才能登上鋼平臺將終固鏈條與鋼平臺上的吊耳板連接，之后鋼平臺再整體下降，使受力由卷揚(yáng)機(jī)提升點(diǎn)轉(zhuǎn)換成鋼鏈條終固點(diǎn)，此時(shí)將卷揚(yáng)機(jī)電源切斷，限位鎖死，作為一個(gè)保險(xiǎn)措施。另外，在各提升點(diǎn)地錨處再加1根鋼絲繩將地錨與鋼平臺耳板連接，鋼絲繩使用3個(gè)繩夾固定，作為另一個(gè)保險(xiǎn)措施。

4 結(jié)語

面對如此巨大高差的吊頂施工，懸掛鋼平臺的可拼裝設(shè)計(jì)以及提升的便利性，讓操作人員的施工面更廣，在保證蜂窩吊頂板施工質(zhì)量的同時(shí)，加快了現(xiàn)場的施工進(jìn)度。

隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，越來越多造型復(fù)雜的超高吊頂會層出不窮，與對地基要求高的盤扣腳手架及登高車相比，懸掛鋼平臺要輕巧方便得多，也不需要通過大量的人力去搭設(shè)腳手架。

可拼裝式懸掛鋼平臺在本項(xiàng)目中的運(yùn)用，不僅大大縮短了高空安裝室外吊頂?shù)墓て?，而且降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了措施成本，為以后類似項(xiàng)目提供了很好的借鑒價(jià)值。