單元板塊幕墻在狹小場地內分段吊裝技術研究

王海波

單元式幕墻是國際上近年出現的高檔建筑外圍護系統,是在工廠加工程度最高的一種類型。它具備現場安裝簡便、快速,可有效縮短工程施工周期等優點。缺點是:運輸和存放不方便,施工現場起吊要求高,容易造成損壞。大連諾德大廈工程對以往單元式幕墻設計的不足之處做了很好的改進,采用先進材料,精心組織施工、有效加強管理,安裝效果達到了國內先進水平。本文即以諾德大廈為例,著重探討超高層大型單元板幕墻的吊裝技術。

1 工程概況

大連諾德大廈工程位于大連市星海廣場體壇路南,是一座集辦公、商業、餐飲為一體的多功能建筑,總建筑面積為 131 500 m2,建筑總層數53層,總高242.05 m,是目前東北第一高樓。本工程外立面建筑做法為全玻璃幕墻體系,以單元式幕墻為主,玻璃、鋁材為主要材料。其中單元幕墻面積約5萬m2,單元體數量6 894塊,單元體最大板塊的尺寸為1 917 mm×3 400 mm,單塊板塊重量為0.45 t。

2 工程的特點與難點

1)工程規模大。各分項工種及工序多,各專業之間交叉作業多,施工統籌組織及場地的綜合利用難度大。2)施工用場地狹小。現場不具備環形道路,物資進出場運輸困難。3)玻璃幕墻。工廠加工及現場組裝量大,有機組織與協調施工有難度。4)季節性施工問題突出。5)工期緊。

3 措施

根據本工程幕墻單元體體量大、技術含量高、工期緊的特點,重點策劃幕墻工程的單元體運輸、吊裝實施方案,在高層建筑施工中,垂直運輸是制約整體施工進度的主要因素,為此增設屋面吊等措施,在很大程度上可提高施工效率。塔樓主體結構順作施工,塔樓幕墻及時插入主體結構施工中進行分段施工。采用制作一批,運輸一批,安裝一批,將單元體板塊的存放場地轉移到樓層內,能有效地緩解現場場地狹小緊張的局面。

4 實施

1)當主樓鋼結構工程、壓型鋼板混凝土組合樓板施工至22層時,插入幕墻施工,進行3層～19層的單元板塊吊裝。單元板塊垂直運輸由設置在27層內的固定式懸臂吊車負責;單元板塊吊裝設備選用活動小吊車,活動小吊車安裝在9層、20層。為確保施工安全,在21層搭設安全防護棚。

2)當主樓鋼結構、壓型鋼板混凝土組合樓板施工至38層時,開始20層～36層單元體吊裝。單元板塊垂直運輸用的固定式懸臂吊車,直到20層～26層單元體都倒運完畢才可以拆除,將20層～26層待裝的板塊從首層運至20層～26層各樓層上,同時設置卸料平臺。單元板塊吊裝設備選用活動小吊車,活動小吊車安裝在23層,26層,29層,32層,35層,37層。為確保施工安全,在38層搭設安全防護棚。

3)當主樓鋼結構、壓型鋼板混凝土組合樓板施工至53層～1層后,開始37層～53層單元體吊裝。單元板塊垂直運輸選用固定式懸臂吊車,設置在52層北立面樓層內中段(此時鋼結構已完成),直到整棟樓剩余單元體運輸完畢后拆除。同時在北立面29層～50層設置接料平臺。在40層,43層,46層,49層安裝活動小吊車,將已倒運進樓層內的單元板塊進行就位安裝。

5 吊裝設備受力計算

5.1 鋼絲繩選擇

采用6×19直徑為12.5 mm的鋼絲繩。

鋼絲繩拉力計算:

鋼絲繩的容許拉力(安全載荷)S=Sb/K1;Sb為鋼絲繩的拉斷拉力:Sb=aPg;

Pg為鋼絲繩的破斷拉力總和:Pg=0.525d2;

d為鋼絲繩直徑:d=12.5 mm;

Pg=0.525×12.5×12.5=82.03 kN。

a為鋼絲繩之間載荷不均勻系數:a=0.85;

Sb=0.85×82.03=69.726 kN。

其中,K1為鋼絲繩使用安全系數,根據(建筑施工手冊(縮印本))查表得,K1=5.5;

S=Sb/K1=69.726/5.5=12.677 kN＞10 kN。

所以選用6×19直徑為12.5 mm的鋼絲繩能滿足要求。

5.2 活動小吊車整體穩定性分析

1)無重物時,驗算吊具自身穩定性。吊車整體受力簡圖見圖1。

M傾=0.7×2.3/2=0.805 kN·m。

M抗=1.2×[(2.3+3)/2-2.3]+1.6×2=0.42+3.2=3.62 kN·m。

穩定性系數 M抗/M傾=3.62/0.805=4.5,滿足要求。

2)吊裝重物時,自身難以滿足穩定性要求,需加配重,受力示意圖見圖2。

M傾=0.7×2.3/2+10×2.3=23.805 kN·m。

M抗=1.2×(2.3+3)/2-2.3)+1.6×2+F×(3+0.25)。

當 M傾=M抗時,計算F=7.27 kN,每塊混凝土塊(0.2 m×0.2 m×1.5 m)的重量為 1.5 kN,所以選用6塊,重為9 kN＞7.27 kN,滿足要求。

這時支座A的支反力為FA=10+1.9+8.8+9=29.7 kN。

5.3 固定懸臂吊車吊臂強度分析

固定懸臂吊車吊臂受力示意圖見圖3。

AC=3.8 m,BC=6.1 m。

在水平方向上和垂直方向上分別列平衡方程。

令AC與水平方向的夾角為∠A,BC與水平方向的夾角為∠B;

在水平方向上:FAC×cos∠A+FBC×cos∠B=10×cos∠B;

在豎直方向上:FAC×sin∠A+FBC×sin∠B=10。

聯立以上方程:FAC=9.5 kN,FBC=2.0 kN。

吊臂采用100×60×4的方鋼管,截面積 An=1 216 mm2。

σ=N/An=9 500/1 216=7.8 N/mm2＜215 N/mm2,滿足要求。

5.4 連接螺栓強度驗算

安裝螺栓抗剪切驗算,固定螺栓直徑M20,按圓鋼面積 A=3.14 cm2,兩條螺栓共同承擔剪切力,共4個剪切面:

τ=N3/A=9 500/(314×4)=7.6 N/mm2＜110 N/mm2,安全。

6 單元體存放場地的轉化

單元體板塊由固定懸臂吊垂直運輸,通過接料平臺至樓層內的存放層,這樣可很大程度上解決現場狹小的難題,緩解現場的困難,充分利用樓層內的空間。

7 經驗和體會

1)安全施工是幕墻施工中的重要環節,超高層施工的特點是高空、懸空作業點多,尤其在吊裝構件階段。諾德大廈施工過程中,在嚴格管理的基礎上,項目不惜花大量的人力、物力、財力進行嚴密的防護,采取分段搭設雙層安全防護棚及壓型鋼板提前鋪設等新工藝,創造了諾德大廈施工期間,人員無一傷亡,構件無一墜落的奇跡。2)場地狹小、施工條件差是諾德大廈工程面臨的最大問題。在強化現場管理及單元體進場計劃的基礎上,項目部著重抓了堆場布置、單元體的堆放順序等工作,除根據吊裝需要周密的安排進場單元體外,還根據吊裝順序和堆場規劃特點將進場單元體進行有序排列,既保證了驗收工作的正常進行,也為吊裝創造了良好的外部條件,完全解決了現場場地狹小的問題。3)科學組織、有效協調是保證工程順利進展的關鍵。高層幕墻的施工是一個系統工程,各工序之間相互制約,相互影響,任何一個環節的疏漏都會制約整個工程的進展。因此,施工前制定科學、合理的施工工藝流程,確定各工序的搭接順序和插入時間,施工中由專人負責協調各工序、各專業的施工,對變化的因素及時進行調整,可以有效的提高施工效率,保證工程施工的順利進行。4)新工藝、新技術的應用要以科學理論復核為依據。由于每個工程本身的特殊性和唯一性,針對變化的情況應進行認真細致的研究和論證,做出正確的決定。

8 結語

通過一系列的考察、設計、試驗、論證、方案討論、技術分析及施工實踐,成功地完成了本工程超高層、大型單元板塊幕墻在狹小場地內分段吊裝,既保證了工程質量,又滿足了工期要求,取得了較好的成效。

[1] 建筑施工手冊編寫組.建筑施工手冊縮印本[M].第4版.北京:中國建筑工業出版社,2001.

[2] 趙西安.建筑幕墻工程手冊(上、中、下冊)[M].北京:中國建筑工業出版社,1998.

[3] 筑龍網.高層建筑施工技術案例精選[M].北京:中國電力出版社,2000.

[4] 華玉潔.起重機械與吊裝[M].鄭州:化學工業出版社,2003.