高層建筑幕墻施工中吊籃技術(shù)的應(yīng)用分析

摘 要：吊籃具有安裝方便、轉(zhuǎn)移靈活、運(yùn)行成本低等一系列優(yōu)勢，能夠較好地適應(yīng)高層建筑幕墻施工作業(yè)環(huán)境。研究過程以國內(nèi)某大型公共建筑為例，重點(diǎn)介紹斜向爬升吊籃的安裝工藝，涵蓋懸挑機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向索、導(dǎo)向滑輪、防碰撞輪的裝配技術(shù)要點(diǎn)。并且從安全管理的角度出發(fā)，探究了鋼絲繩計(jì)算、結(jié)構(gòu)許用應(yīng)力計(jì)算的理論方法，提出了可行的安全防范措施。

關(guān)鍵詞：高層建筑；幕墻施工；吊籃技術(shù)；應(yīng)用要點(diǎn)文章編號(hào)：2095-4085（2024）06-0025-03

0 引言

高層建筑幕墻施工需要在建筑外立面安裝玻璃面板、金屬板或者石材板，其高空作業(yè)環(huán)境要求搭設(shè)穩(wěn)定、可靠、安全的作業(yè)平臺(tái)，并且要具備足夠的施工載荷、風(fēng)載荷承載能力，能夠在垂直方向?qū)崿F(xiàn)人員和施工物資的快速運(yùn)輸。吊籃技術(shù)通過電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，可在外立面便捷的移動(dòng)，符合幕墻施工的要求。但其在具體應(yīng)用中存在較大的安裝、運(yùn)行及管理風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)該深入研究相關(guān)的施工技術(shù)和管理措施。

1 依托工程背景

某大型公共建筑采用高層設(shè)計(jì)，地下部分為2層，地面部分為25層，建筑總高為112.45m，主體結(jié)構(gòu)為混凝土框架剪力墻，其用途包括商業(yè)辦公、休閑娛樂、住宿服務(wù)。外立面整體呈曲平面設(shè)計(jì)，東西兩側(cè)均呈橢圓形，在頂部和底部逐漸收縮為較小的弧度。為達(dá)到良好的裝飾性，外墻采用玻璃幕墻進(jìn)行施工，總安裝面積超過12萬m2。

2 幕墻施工平臺(tái)技術(shù)選型及工段劃分

2.1 作業(yè)平臺(tái)選型

幕墻安裝需要在建筑結(jié)構(gòu)外側(cè)實(shí)施作業(yè)，該項(xiàng)目的外立面呈外凸的弧形，這種變曲面的作業(yè)條件對玻璃幕墻安裝造成了較大的難度，必須為施工人員提供可靠的升降平臺(tái)和施工物料載臺(tái)。在技術(shù)選型階段重點(diǎn)對比了吊籃和懸挑腳手架，雖然兩種方案均可提供外部作業(yè)平臺(tái)，但懸挑架搭建耗時(shí)耗力，人工成本較高，不利于快速施工。吊籃以電力實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，能夠較為靈活地轉(zhuǎn)移作業(yè)位置，因而將電動(dòng)吊籃作為幕墻施工的平臺(tái)［1］。

2.2 工段劃分

該公用建筑的1～6層搭設(shè)有落地式腳手架系統(tǒng)，形成了作業(yè)平臺(tái)，這一部分的玻璃幕墻施工以腳手架為平臺(tái)，不采用吊籃技術(shù)。7～17層作為玻璃幕墻吊籃施工的第1工段，總高度為39.6m。懸掛機(jī)構(gòu)設(shè)置在第17層。第2施工段從第18層開始，到第25層結(jié)束，工段作業(yè)高度為28.8m，懸臂機(jī)構(gòu)設(shè)置在第25層。建筑物頂部主要承擔(dān)裝飾作用，同時(shí)部署了部分公用設(shè)施，形式上呈異型結(jié)構(gòu)，將屋面作為參考基準(zhǔn)，頂部造型的高度為12.50m，將這一部分單獨(dú)作為一個(gè)工段，吊籃的懸掛機(jī)構(gòu)設(shè)置在最頂部。

3 吊籃技術(shù)安裝及其在幕墻施工中的應(yīng)用

3.1 吊籃主體結(jié)構(gòu)及安裝方法

3.1.1 吊籃主體結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)指標(biāo)

吊籃主體結(jié)構(gòu)由7部分構(gòu)成，懸掛機(jī)構(gòu)為其他部分提供承載支點(diǎn)，工作鋼絲繩用于吊籃平臺(tái)的升降控制，安全鋼絲繩、安全鎖以及限位塊為配套的安全保障機(jī)構(gòu)。以限位塊為例，當(dāng)?shù)趸@因故障無法終止升高時(shí)，由限位塊對其提升高度進(jìn)行限制，避免吊籃超過預(yù)設(shè)的極限位置［2］。項(xiàng)目吊籃采用電動(dòng)控制，通過提升機(jī)為吊籃升降提供動(dòng)力。吊籃的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

3.1.2 吊籃安裝方法

3.1.2.1 安裝工藝

該項(xiàng)目劃分工段的目的在于多個(gè)工段同時(shí)作業(yè)，從而縮短工期。標(biāo)準(zhǔn)吊籃主要在垂直方向上做升降運(yùn)動(dòng)，但這種控制方式有可能形成垂直交叉作業(yè)面，存在一定的物體打擊風(fēng)險(xiǎn)。為了有效避免這一情況，采用斜向爬升安裝技術(shù)，與傳統(tǒng)吊籃的區(qū)別在于設(shè)置了傾斜的導(dǎo)向功能，吊籃可沿著斜向爬升，有助于錯(cuò)開垂直作業(yè)面。

3.1.2.2 安裝技術(shù)要點(diǎn)

（1）安裝懸挑機(jī)構(gòu)。懸挑機(jī)構(gòu)為吊籃提供掛點(diǎn)，分別在建筑物的第18層和第25層設(shè)置工字鋼，其總長度為6m，向外伸出部分為2m，剩余部分固定在樓板面上。在樓板面上打孔，設(shè)置4組U型螺桿，穿過孔洞，將工字鋼套在U型環(huán)內(nèi)，在螺桿下端面設(shè)置墊鐵，使用螺帽固定緊實(shí)，從而將工字鋼與樓板錨固在一起。螺桿的規(guī)格為M20，錨固工字鋼的螺母擰緊后，露出的絲扣至少要達(dá)到10個(gè)。工字鋼的懸挑端焊接吊環(huán)，采用滿焊工藝，確保吊環(huán)的可靠性。

（2）設(shè)置導(dǎo)向索。導(dǎo)向索是控制吊籃提升方向的重要裝置，通過嚴(yán)格的承重力計(jì)算，最終選用直徑為16mm的6股鋼絲繩，每一股由19根鋼絲組成。導(dǎo)向索固定在工字鋼懸挑端的吊環(huán)上，以配套的繩卡進(jìn)行錨固，為提高可靠性，每一個(gè)連接點(diǎn)同時(shí)設(shè)置4個(gè)專用繩卡，相鄰繩卡的間距為100mm［3］。要求最外側(cè)的繩卡與導(dǎo)向索端頭的距離不得低于200mm。

（3）安裝吊籃導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。吊籃以2個(gè)固定的滑輪實(shí)現(xiàn)豎直方向的導(dǎo)向功能，滑輪布置在吊籃側(cè)面中線的上下兩端，下端的滑輪與吊籃底板連接，上端的滑輪與護(hù)欄片連接。滑輪與吊籃的護(hù)欄之間設(shè)置有直徑為12mm的鋼絲繩，導(dǎo)向索穿過2個(gè)滑輪。由于導(dǎo)向索為斜向拉設(shè)，吊籃在重力作用下與導(dǎo)向索分離，從而使φ12的鋼絲繩繃緊，防止吊籃擺動(dòng)，同時(shí)在吊籃與建筑幕墻之間形成穩(wěn)定的間距，避免碰撞。當(dāng)?shù)趸@垂直提升時(shí)，受到導(dǎo)向索和滑輪的雙重影響，實(shí)現(xiàn)斜向爬升控制。

（4）安裝防碰撞裝置。玻璃幕墻的抗沖擊性能較差，吊籃質(zhì)量較大，其碰撞作用有可能破壞幕墻。為了限制吊籃與幕墻的最小距離，在吊籃靠近建筑外立面的一側(cè)設(shè)置靠墻輪，其輪胎由可充氣的塑料制成，質(zhì)地光滑柔軟，一方面可緩沖吊籃的沖擊作用，另一方面當(dāng)輪胎與玻璃材質(zhì)接觸時(shí)，能夠有效避免幕墻磨損。

（5）安裝指標(biāo)。在安裝斜向爬升吊籃時(shí)，需要對部分關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，結(jié)合該項(xiàng)目的實(shí)際情況，提出表2所示的安裝控制參數(shù)。

（6）安裝懸吊平臺(tái)。由于作業(yè)面具有外凸的弧度，因而懸吊平臺(tái)的總長度不宜過大，否則容易引起碰撞問題。根據(jù)不同作業(yè)面的曲率情況，在工段1采取4.5m長度的吊籃，工段2采用5.5m的吊籃，工段3采用4.0m的吊籃。所有的懸吊平臺(tái)均要安裝側(cè)向防護(hù)欄，以直徑為12mm、長度為30mm的螺栓固定在懸吊平臺(tái)的底板上。

3.2 吊籃施工技術(shù)的應(yīng)用

3.2.1 針對吊籃的受力計(jì)算

吊籃多應(yīng)用于建筑外立面高空作業(yè)，因而對其各項(xiàng)性能參數(shù)提出了嚴(yán)格的要求，設(shè)計(jì)指標(biāo)必須符合《高處作業(yè)吊籃》（GB/T 19155—2017），以下結(jié)合相關(guān)規(guī)范說明重要參數(shù)的計(jì)算方法。

3.2.2 鋼絲繩計(jì)算

鋼絲繩的計(jì)算內(nèi)容涵蓋安全系數(shù)、豎向載荷、水平載荷等。其中，安全系數(shù)的計(jì)算方法為：

Zp=F0/S（1）

式中，將鋼絲繩的最小破斷力記為F0（單位為kN），最大工作靜拉力記為S（單位為kN），在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)鋼絲繩的作用方式選取安全系數(shù)，單作用時(shí)Zp≥8，雙作用時(shí)Zp≥12。將動(dòng)力鋼絲繩在豎直方向所受的載重記為Q1（單位為kN），則該數(shù)值的計(jì)算結(jié)果與施工載荷、吊籃系統(tǒng)、鋼絲繩所受的重力直接相關(guān)，在鋼絲繩雙作用方式下，Q1的計(jì)算方法為：

Q1=（Gk+Qk）2（2）

式中，將施工時(shí)的活動(dòng)載荷記為Qk（單位為kN），鋼絲繩和吊籃受到的重力值記為Gk（單位為kN）。將動(dòng)力鋼絲繩所受的水平載荷為Q2（單位為kN），其具體數(shù)值與吊籃受到的風(fēng)載荷標(biāo)準(zhǔn)值（Qwk）存在關(guān)聯(lián)，有Q2=Qwk/2。在求得豎向載荷Q1和水平載荷Q2之后，根據(jù)力的合成原理，鋼絲繩受到的拉力F為：

F=ZpQ21+Q22（3）

求出鋼絲繩的最大拉力F（單位為kN）后，要求F的計(jì)算結(jié)果不超過其自身的最小破斷拉力值。

3.2.3 結(jié)構(gòu)件許用應(yīng)力計(jì)算

吊籃系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)件用于固定鋼絲繩、滑輪以及其他裝置，結(jié)構(gòu)件本身存在一定的負(fù)載極限，施加在結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)力不可超過其許用應(yīng)力，否則有可能造成機(jī)械屈服，甚至超過疲勞極限。許用應(yīng)力的計(jì)算方法受到載荷工況的影響，可劃分為正常工況、偶發(fā)工況、極限工況。將構(gòu)件材料的屈服強(qiáng)度記為σs（單位為N/mm2），材料抗拉強(qiáng)度記為σb（單位為N/mm2），n表示安全系數(shù)，則許用應(yīng)力的計(jì)算方法如表3。需要說明一點(diǎn)，表3所示的計(jì)算方法對應(yīng)結(jié)構(gòu)件的材質(zhì)為不銹鋼或者碳素鋼，如果為其他材質(zhì)，則計(jì)算方法不適用。該項(xiàng)目中的電動(dòng)吊籃采用碳鋼材質(zhì)，故可按照表3中的公式計(jì)算大部分結(jié)構(gòu)件的允許應(yīng)力，尤其是工字鋼懸挑端的吊耳、滑輪等結(jié)構(gòu)。

4 施工管理措施

4.1 規(guī)避不利的天氣條件

在吊籃作業(yè)平臺(tái)上，大風(fēng)、雨雪天氣不利于幕墻安裝，增加了平臺(tái)的不穩(wěn)定性和施工材料的墜落風(fēng)險(xiǎn)，甚至?xí)l(fā)人員安全事故。鑒于此，施工單位應(yīng)針對吊籃的各項(xiàng)性能參數(shù)，對作業(yè)時(shí)的天氣條件作出限制，規(guī)避各種不利因素。該項(xiàng)目對施工環(huán)境提出多項(xiàng)限制條件，具體如表4。

4.2 檢查設(shè)備安裝質(zhì)量

吊籃系統(tǒng)的安裝質(zhì)量對人員安全具有突出的影響，根據(jù)項(xiàng)目所用斜向爬升吊籃的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，工字鋼的錨固、懸挑端吊環(huán)焊接質(zhì)量、鋼絲繩卡的緊固效果、吊籃護(hù)欄和底板的連接效果是影響安全管理的重點(diǎn)施工內(nèi)容。施工單位應(yīng)針對以上工序，開展更加嚴(yán)格的質(zhì)檢。例如，在焊接作業(yè)中，借助X射線檢測焊縫質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)漏焊、未焊透、氣孔等質(zhì)量缺陷，為導(dǎo)向索提供穩(wěn)固的錨點(diǎn)。再如，工字鋼錨固使用U型螺桿，如果U型結(jié)構(gòu)存在一定的活動(dòng)余量，未能將工字鋼固定牢靠，其在施工階段有可能增加吊籃的晃動(dòng)幅度。

4.3 嚴(yán)格執(zhí)行作業(yè)安全檢查制度

施工單位應(yīng)針對吊籃形成完善、系統(tǒng)的安全檢查程序和內(nèi)容體系，要求班組在每次作業(yè)前都按照檢查項(xiàng)目逐一排查風(fēng)險(xiǎn)因素。以安全檢查表的方式一一落實(shí)，對于未經(jīng)檢查擅自登上吊籃平臺(tái)的行為，應(yīng)開展批評教育，杜絕不安全行為。

5 結(jié)語

在弧線形建筑玻璃幕墻施工中，斜向爬升吊籃能夠沿著傾斜的路徑升降作業(yè)平臺(tái)，其關(guān)鍵工序在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，必須計(jì)算各類結(jié)構(gòu)物的允許應(yīng)力、吊籃動(dòng)力鋼絲繩的拉力、懸掛支架穩(wěn)定性系數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)，同時(shí)加強(qiáng)各組件安裝質(zhì)量檢查、作業(yè)環(huán)境限制以及隱患排查。

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