新型吊装系统在超高异形幕墙吊装施工中的综合应用

2020-03-01崔恒德

建筑施工 2020年9期

关键词：主楼吊车异形

崔恒德

上海建工二建集团有限公司上海 200090

1 工程概况

1.1 工程简介

工程项目位于上海市浦东新区周家渡街道，毗邻黄浦江，由l栋17层大型甲级高层办公楼、l栋6层高层办公附楼、3层地下室及配套建筑等组成，建成后是浦发银行总部大楼。主楼幕墙施工作为异形幕墙吊装技术研究的试点。

1.2 幕墙概况

本项目建筑由1栋17层主楼和6层附楼及连接主附楼的中庭连廊组成。幕墙最高79.7 m，幕墙面积32 860 m2，单元体2 909樘。

主楼幕墙主要由定制钢框架、竖明横隐单元幕墙系统、玻璃+花岗岩石材单元幕墙系统等组成，幕墙工程量19 063.06 m2（图1）。

2 幕墙施工难特点

本项目主楼幕墙施工过程中存在3个重、难点：

图1 项目效果图

1）主楼幕墙顶标高79.7 m（一般超过50 m高度即为非常规幕墙），附楼幕墙顶高度30 m，吊装高度高，垂直运输困难，施工难度大。

2）工程存在多种异形结构幕墙，且挑檐凸出，安装施工难度大。

3）工程总工期4个月且跨春节施工。幕墙吊装要求最大限度提高效率，节省工期[1-4]。

3 施工技术研究

3.1 施工部署

依据工程体量、计划工期并结合现场施工环境，按照分段施工、平行流水的施工原则，将主楼施工分为5个施工段，先后施工。本工程幕墙形式多样，形状复杂，同时施工工期较为紧张。为实现超高、异形幕墙的顺利高效吊装施工，根据不同的幕墙结构形式及吊装位置，研发出3套吊装系统综合应用，从而实现安全可靠、高效吊装的目的。

3套吊装系统分别是：涉及女儿墙的单轨吊装系统，涉及屋面挑檐的单轨吊装系统，涉及复杂（特殊）结构形式的新型可移动式小车吊装系统[1-5]。

3.2 涉及女儿墙的单轨吊装系统

3.2.1 研究背景

本项目主楼屋顶东西向为女儿墙结构，主楼幕墙为单元式幕墙。为满足结构东西两侧的幕墙吊装，同时出于吊装效率及安全可靠性考虑，决定在女儿墙上每隔3 m设置单轨吊支架固定吊装轨道，以此形成单轨吊装系统，从而实现高效和安全稳定的目的。

3.2.2 新型单轨吊系统技术研究

屋顶东西侧女儿墙施工时预留埋件，单轨吊支架通过预埋件与女儿墙稳固焊接。

新型单轨吊支架的组成设计：顶部的1 根悬挑HW150 mm×150 mm×7.5 mm×10 mm型钢与主体结构通过2根150 mm×100 mm×6 mm及120 mm×80 mm×6 mm矩形方钢焊接形成一个三角形受力结构，如图2所示。

图2 东西面女儿墙上单轨吊立面

轨道及轨道与支架连接设计：轨道采用不等边HM150 mm×200 mm×9 mm×6 mm型钢作为行走系统，轨道与顶部的悬挑H型钢通过M16高强螺栓连接，受力三角架每隔3 m设置1道（图3）。

图3 东西轨道钢梁与悬挑梁连接节点

3.2.3 可行性论证

1）针对轨道的强度及挠度验算：通过对轨道部位的荷载、弯矩等分析，计算出截面应力47.565 MPa，符合要求。通过对挠度的验算得出，跨中最大挠度值1.283 mm，符合要求。

2）针对挑梁的强度及挠度验算：考虑悬臂受力，挑梁最大弯矩设计值10.12 kN·m，计算得出挑梁的截面应力61.676 MPa，悬臂端最大挠度3.249 mm，均符合要求。

3）针对竖向支撑的强度验算：计算得出竖向支撑最大轴力设计值7.069 kN，截面应力19.51 MPa，均符合要求。

3.3 涉及屋顶挑檐的单轨吊装技术

3.3.1 研究背景

本工程南北两侧屋面均存在长6.4 m的钢结构挑檐，挑檐下方为石材系统，而墙面均为定制钢框架幕墙系统。

为满足结构南北两侧的幕墙吊装要求，同时出于吊装效率及安全稳定性考虑，决定在异形钢梁上开孔穿越对拉螺栓作为轨道的上拉受力点，以此形成单轨吊装系统，从而实现高效和安全稳定的目的。

3.3.2 新型屋面单轨吊系统技术研究

上拉构件设计：在楼板上开洞穿φ22 mm螺杆（Q235材质）作为竖向受拉构件，螺杆下端事先焊接1块厚10 mm耳板，如图4所示。

图4 南北挑檐轨道钢梁与拉杆连接节点

轨道及与上拉杆连接设计：轨道放置在钢梁下侧，轨道采用HW150 mm×150 mm×7 mm×10 mm型钢，由工厂加工，同样预先在型钢上安装1块厚10 mm耳板。利用M16高强螺栓穿越2块耳板连接受力螺杆与H型钢轨道，如图5所示。

图5 北侧挑檐单轨吊布置形式

3.3.3 可行性论证

1）针对轨道及竖向支撑的强度及挠度验算同3.2.3节。

2）针对连接螺杆的强度验算分析：计算得出截面应力为34.899 MPa，符合要求。

3.4 涉及转角位置吊装技术

3.4.1 研究背景

对于复杂（特殊）结构形式的幕墙吊装，单轨吊由于轨道的限制，并不能很好地完成吊装作业；本工程单轨吊布置在主楼楼顶，电动葫芦钢丝绳卷盘与所选长度不相匹配，给幕墙施工带来了难度与挑战。因此需要研究形成新一套较为灵活的吊装系统予以配合吊装。

3.4.2 新型可移动式小车吊装系统

移动小吊车具有安装方便、操作简单、安全性高等优点，对于结构的转角或复杂构造位置，移动小吊车相较于单轨吊会展示出较大的优势。移动小吊车与环形轨道上的电动葫芦配合吊装，在到达电动葫芦吊装范围内直接换钩，做到无缝衔接，异形幕墙在吊装期间不会与主体结构发生碰撞，有效保护幕墙结构完好。

小吊车材料由施工现场人货梯垂直运输至相应楼层，并在楼层内完成组装（图6、图7）。

图6 小吊车平面

图7 小吊车立面

小吊车各部件连接及与楼板连接节点如下：按照施工方案制作完成活动小吊车后，对小吊车设置防倾覆安全措施，措施采用50 mm×50 mm×5 mm镀锌角钢焊接制造2个U形固定件，U形固定件倒扣住炮车后架横梁，同时采用2个M12 mm×160 mm化学锚栓将U形固定件贴近楼面端固定于楼层结构上。

3.4.3 可行性论证

通过对荷载的研究分析，对构件的强度及挠度进行验算校核，均能满足要求。

为确保小车施工过程中的稳定性，对新型可移动式小车吊装系统进行了抗倾覆验算：单元体重力10 kN，底座增加配重23 kN，稳定系数K≥3。计算得出小车工作状态稳定系数为3.23，满足要求。

4 注意事项

4.1 吊装系统检查

在每台移动小吊车及单轨吊电动葫芦开始吊装前，应对拉索、连接螺杆及吊臂等进行全面检查，并在吊装作业时，监督施工范围2 m内不得有人作业。

4.2 吊装区域管控

在幕墙吊装前，必须确保吊装区域下方无人施工。通过施工简易围挡及警戒线拉出足够空间的施工范围，并派安全员时刻监护，在幕墙起吊悬空，直至就位入槽前，下方禁止任何人员进入。

4.3 吊装措施跟进

现场有三侧具有足够的场地，在起吊过程中，单元体下端挂2根绳子作为缆风绳，工人在地面控制单元体，以防随风晃动。

4.4 施工前试吊装

环形轨道吊装装置安装完成后，在正式施工前需进行试运行，试运行荷载大于实际吊装荷载的1.5倍，试吊检测中检查整个吊装运行过程是否正常，起吊后离地1 m保持静止状态，并对环形轨道各零部件进行检查。如发现问题必须及时整改。

5 结语

与普通幕墙相比，异形幕墙更能体现现代化建筑的立体美感，更贴近人们对建筑外观的要求。但异形幕墙因其特殊的造型，给现场施工吊装带来了更多的难题。

本次研究通过对现场吊装节点的分析及吊装技术的研究，分别给出了3种特殊情况下吊装技术的选用，并通过对吊装装置安全性的验算，对3种吊装技术进行了可行性论证。同时，根据既定的研究设计，在实际施工过程中，通过3套吊装系统的有序配合，圆满完成了本工程的幕墙施工任务，并且在安全性、高效性方面都取得了较大的突破。

本文为超高异形幕墙吊装技术领域的进一步研究提供了可靠的案例依据，为其他同类工程的幕墙吊装提供了更多的思路。