金屬尖頂整體吊裝施工技術

蔡斌

摘要：主題樂園中某塔尖尖頂的吊裝施工，通過高空拼裝和整體吊裝二者的可行性分析比較，到金屬尖頂、吊具設計的介紹，再到尖頂整體吊裝方案最終現場實際實施的闡述，最終形成此技術方案在本工程金屬尖頂吊裝的成功案例，并為今后類似施工提供了有利的技術支撐。

關鍵詞：金屬尖頂；整體吊裝；吊具

中圖分類號：TU758.11 文獻標識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）11—103—03

1工程概況

某大型主題樂園在其核心位置坐落著樂園標志性的建筑——夢幻城堡，城堡的設計靈感包羅萬象，既有經典的童話故事講述，也有歐洲古典城堡的味道，同時融合了中國傳統文化的元素。城堡的各個方位、各個高度都矗立著大小不一，形狀各異的銅質尖頂。其中最具代表的是位于高區塔群上的那幾個尖頂，它們位于整個城堡的最高處，也是整個城堡乃至整個主題樂園的最高點，它們就像天空中的點點星光，吸引著大家的目光。

2吊裝尖頂的基本情況

此次介紹的尖頂是城堡塔群尖頂中的一個，是最具代表性的尖頂之一，尖頂絕對高度65.8m，相對高度7.927m，尖頂表面材料為24K金箔，塔尖主體材料為鑄銅（H58黃銅），整個尖頂由三十多個大大小小造型不同的鑄銅構件組成，構件鑄造完成后再將其組裝拼接成形，拼接處以螺紋或焊接的方式使各個部件連接成一體，尖頂內部采用Q345B鍍鋅鋼管連接固定，整個鍍鋅鋼管分為7節，從底部由大至小支撐起整個銅尖頂，鋼管與鋼管之間采用法蘭盤螺栓連接，整個尖頂最底部采用法蘭、高強螺栓與建筑主體結構連接。所有銅構件及內部鋼結構總重量達2.6噸。尖頂銅構件的整體平均半徑350mm，但是在整個尖頂的2個區域，由于造型關系，半徑均大于平均半徑。（1）在2.9m～4m位置的造型最大半徑630mm。（2）在5.52m～6.32m位置的造型最大半徑1730mm。

3整體吊裝的分析

整個尖頂的安裝需要內部鋼結構、銅構件分件分段進行組裝，同時尖頂的外造型也比較特殊，因此腳手架在尖頂施工中需要進行多次搭設和調整，其次由于尖頂下部的塔身半徑尺寸達2400mm，與尖頂的半徑尺寸差異很大，到尖頂位置勢必要形成下大上小的懸挑腳手架，另外在高空施工過程中，金箔的修補工作條件是必須要求腳手架外圍全封閉，這就造成尖頂的腳手架在修補階段將形成一個高度至少超過8m的細長簡狀結構，并且現場由于塔高度等問題，高空周邊沒有條件設置斜拉桿，基于以上情況的考慮，在高空搭設這樣一個為滿足尖頂施工的腳手架，從腳手架的整體穩定性、安全性上難度都非常之大。不僅如此，如果在高空安裝，構件的吊運和安裝過程需要現場的380大型吊機隨時等候，機械設備資源浪費嚴重。鑒于此，我們在充分考慮了高空作業的諸多難度后，提出了整體吊裝這一方案。

整體吊裝的這一方案，對于尖頂的施工有3點優勢：

（1）尖頂的整體拼裝在地面完成，高空腳手架搭設中出現的所有難題在地面腳手架搭設中都可以輕易解決。

（2）銅構件的焊接以及金箔的修補工作更為方便。

（3）現場只需提供一部小型汽吊車就可以解決尖頂構件在地面拼裝過程中的吊運問題。

解決了以上問題后，我們就需要著重考慮尖頂在地面拼裝完成后，如何吊運整個構件至60多米高的高空，并安裝就位問題。由此，我們根據尖頂的造型以及起吊尖頂時的條件，對尖頂構件進行了調整并設計出了一款尖頂起吊的專用吊具。

4金屬尖頂與吊具的設計

確定了尖頂的整體吊裝方案后，我們在金屬尖頂和吊具的設計中需要解決3個問題，（1）尖頂在吊裝時銅構件已全部安裝完成，吊具如何與銅尖頂固定。（2）吊具的固定如何能確保不破壞銅表面的金箔飾面。（3）高空固定銅尖頂時，塔身飾面已經完成，需要考慮尖頂與主體結構螺栓固定時的可操作性。

針對以上問題，首先我們對金屬尖頂的造型上進行了調整，我們與建筑設計師進行了溝通確認，在不影響原有整體設計方案的基礎上，在尖頂底部第二節構件上增加了8個開口，增加8塊明裝蓋板。（圖1）

增加的這8塊明裝蓋板，第一可以在尖頂整體在高空與主體結構固定過程中，為固定螺栓的工具提供操作空間。第二8個開口位置可以讓吊具的連接點伸入尖頂內部與內部鋼結構牢靠固定。其次是吊具的設計上（圖2），（1）我們設計成一個長方體吊具，尺寸與尖頂匹配，長方體的豎向線就是我們吊具的鋼框架，長方體的6個面是鏤空的，方便最大截面尺寸的構件可以放置。（2）吊具頂部框架對角線位置我們增加鋼結構并在中心位置焊接一個環形吊鉤，作為吊具起吊的設置點。（3）由于吊具豎桿過長，我們還在適當的橫向水平位置增加框架，以增加豎桿的穩定性。（4）我們在吊具構件的大部分節點上都設計成螺栓連接，以方便吊具的運輸、拼裝以及和銅尖頂的連接。（5）整個尖頂有8m高，光靠在底部的固定是不夠的，我們還在尖頂的中上部位置與吊具設置了一個固定點。根據尖頂的造型尺寸，我們在高度5m的位置設置了4組活動桿，通過在底部的繩子拉動，活動桿可以從4個方向水平頂住尖頂的中上部，水平桿下部的斜撐桿頂住水平桿，讓其不松脫，活動桿的前端放置厚海綿，在拉起頂住尖頂的同時，能夠很好的保護尖頂表面金箔不被損壞（圖3）。（6）最后在整個吊具設計方案成型后，我們通過結構復核，確定了吊具桿件的規格尺寸，確保吊具設計方案的安全可靠。

5吊具承載力實驗

整個吊具的設計方案從理論上來說是可行的，為確保正式吊裝過程中的萬無一失，我們在工廠完成吊具的整體組裝后，還通過實際實驗來驗證方案的可操作性。在實驗中，我們在底部加載的配重重量是按照構件整體重量的3倍來進行的，并保持（圖4）的狀態長達2個小時。最終通過實際實驗也證明了方案是可行的。

6現場施工

6.1地面腳手架搭設

落地腳手架的搭設分為內圈和外圍，內圈腳手架用于尖頂地面拼裝過程中工人的操作，外圍腳手架用于吊具的部分組裝、吊具與尖頂的連接固定、以及尖頂整體吊裝。

6.2金屬塔尖整體拼裝

先拼裝第1節鋼結構，之后安裝相對位置外側包裹的銅構件；然后拼接第2節鋼結構，并完成鋼結構驗收工作，之后安裝相對位置外側包裹的銅構件；再拼接第3鋼結構，并完成鋼結構驗收工作，之后再安裝相對位置外側包裹的銅構件；以此類推，分段完成第4、5、6、7節鋼結構以及相對應的外側銅構件。在安裝第1～3節銅構件的同時，需要按照圖紙完成金屬尖頂整體防雷接地線的連接工作。

當整個銅構件完成組裝及初步驗收后，需要對銅構件與銅構件之間的接縫位置（按照圖紙中的標示）進行焊接，并由專業人員進行驗收，檢查整體導通性（滿足尖頂整體防雷接地的要求）。

導通性驗收合格后進行最后一道工序，焊接位置及局部破損部位的金箔修補。最終通過整體驗收完成整個尖頂的組裝工作。

6.3吊入吊具并連接金屬尖頂

正如在拼裝尖頂前腳手架搭設的方案，此時我們將拆除內側腳手架，為吊具進入騰出空間。當吊具吊入尖頂周圍后，我們先將吊具底部的連接桿通過尖頂底部的預留孔與尖頂內部鋼結構連接起來。再將中部的水平穩定桿加固好，接著拉動繩子將四個方向的水平活動桿撐起，固定金屬的中上部。完成吊具與尖頂的安裝后，我們對吊具上所有固定螺栓再次進行了檢查，確保所有螺栓都是緊固的。最后我們檢查周邊的腳手架以及起吊路線上的實際情況，為起吊做好最后的準備工作。

6.4起吊

試吊準備，整個吊運過程中從底部腳手架中吊出是最為關鍵的，為了能在正式吊運時不出現意外，我們在正式吊運前的幾天進行了一次試吊準備，著重檢查了地面操作腳手架的碰撞、人員的操作位置、吊機的指揮等。

正式吊運，我們在正式吊運尖頂的過程中，將施工人員分成3個小組，第1組是地面起吊的操作人員（包括操控攬風繩人員、吊機指揮人員等），第2組是高空平臺的操作人員（包括固定尖頂的操作工人、吊機指揮人員等），第3組是尖頂固定過程中的測量監控人員。通過縝密細致的準備工作，我們順利的將尖頂吊運至高空預定位置。

6.5固定過程

在高空安裝固定過程中，我們在施工現場設置了兩個觀測點，兩個觀測點的位置與塔尖安裝位置成90度角（圖5）。在兩個觀測點上各有一組測量隊員，使用全站儀測量塔尖是否垂直。兩組測量隊員配備對講機可以與塔尖安裝人員交流，調整塔尖的垂直度。

在金屬尖頂吊運到高空安裝位置后，我們通過攬風繩慢慢將金屬尖頂底部法蘭盤上的高強螺栓孔位對準主體結構基座法蘭盤上的高強螺栓，套入并初擰高強螺栓和螺帽。使用對講機與塔尖垂直度測量人員對話，若塔尖垂直度有偏差，則根據測量人員提供的信息，在尖頂法蘭盤與主體結構法蘭盤之間位置適當增加或減少墊片，墊片內側與外側厚度不一，用于調節水平（圖7），直至誤差調整到允許范圍以內。然后使用扭矩扳手（圖6）將螺帽擰緊。

6.6移除吊具

金屬尖頂安裝并驗收通過后，我們就可以將整個吊具移除了，移除吊具的步驟與安裝吊具的步驟正好相反，首先拉動活動桿的繩子，松下吊具中上部的固定裝置。然后逐根拆除中部和底部金屬尖頂固定桿和連接桿，接著在空中輕輕拉動攬風繩，使吊具在空中輕微的旋轉一個角度，便于吊具的移除，最后使用吊車平移吊具，移出金屬塔尖安裝位置，并最終徹底移除吊具。（圖8）

吊具移除后，我們將最后8塊明裝板固定在尖頂上，完成尖頂的高空安裝工作。

7結語

通過這個技術方案，我們成功的整體吊裝了多個尖頂，同時我們還不斷完善技術方案，改良和優化了吊具設計，使吊具在固定尖頂過程中更為輕便，易操作。此技術方案在本工程中成功實施，為我們積攢了寶貴的實際經驗，為今后類似施工提供有利的技術支撐。