懸掛鋼平臺(tái)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(lái)，隨著中國(guó)建筑業(yè)的不斷發(fā)展，設(shè)計(jì)師們對(duì)室外露臺(tái)也越來(lái)越青睞，越來(lái)越多的高樓大廈都會(huì)設(shè)計(jì)若干室外露臺(tái)作為休息場(chǎng)所用來(lái)欣賞風(fēng)景。然而室外露臺(tái)的誕生也帶來(lái)了室外吊頂?shù)氖┕るy題。比如，本項(xiàng)目的露臺(tái)最大高差達(dá)37 m，常規(guī)的滿(mǎn)堂腳手架法耗時(shí)耗力，不但需要對(duì)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(duì)12個(gè)大小相同的露臺(tái)，設(shè)計(jì)了一套定型化的可拼裝式的鋼平臺(tái)懸掛在吊頂上方的樓板上，通過(guò)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(kāi)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(kāi)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(tái)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(duì)該室外露臺(tái)的不銹鋼蜂窩吊頂施工，若采用滿(mǎn)堂腳手架法，將會(huì)影響立面和露臺(tái)景觀完成面的施工，且要對(duì)露臺(tái)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(chē)，則需要塔吊配合將其運(yùn)輸至樓頂，同時(shí)，登高車(chē)工作面太小，角度受限，不能滿(mǎn)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(tái)的方式來(lái)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(tái)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(tái)外側(cè)長(zhǎng)邊最大長(zhǎng)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(tái)且大小尺寸一致，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中將整個(gè)鋼平臺(tái)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(tái)可以拆卸循環(huán)利用。由于在懸掛鋼平臺(tái)拼裝及運(yùn)輸過(guò)程中已無(wú)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(zhǎng)度2.3 m、最大質(zhì)量100 kg進(jìn)行分段，通過(guò)電梯及液壓車(chē)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)（圖2）。

圖2 懸掛鋼平臺(tái)梁布置示意

主梁對(duì)接時(shí)，腹板需要開(kāi)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(kāi)洞即可，無(wú)需加強(qiáng)處理（圖3）。

圖3 主梁鉸接示意

鋼平臺(tái)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(tái)內(nèi)邊緣與內(nèi)側(cè)幕墻距離不能過(guò)小，以防止在垂直提升與下降過(guò)程中發(fā)生水平晃動(dòng)，繼而碰撞幕墻造成損壞，設(shè)計(jì)時(shí)考慮離開(kāi)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(tái)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(wú)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(guò)大，距離過(guò)大會(huì)導(dǎo)致鋼梁的撓度大。

綜合上述各方面因素后，鋼平臺(tái)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(tái)的剛度達(dá)到要求，在外側(cè)設(shè)置了4個(gè)吊點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的內(nèi)側(cè)同樣也布置了4個(gè)吊點(diǎn)。

圖4 鋼平臺(tái)提升點(diǎn)布置及支座反力示意（單位：kN）

經(jīng)過(guò)模擬分析，得出鋼平臺(tái)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(shuō)明桿件滿(mǎn)足承載力要求。鋼平臺(tái)桿件最大跨度為10 400 mm，桿件跨中絕對(duì)撓度為16.4 mm，桿件跨端絕對(duì)撓度為0，則桿件相對(duì)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(duì)撓度，說(shuō)明結(jié)構(gòu)滿(mǎn)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(tái)3 t卷?yè)P(yáng)機(jī)作為懸掛鋼平臺(tái)的提升設(shè)備，并專(zhuān)門(mén)定制了一臺(tái)控制箱同步控制8臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)，保證懸掛鋼平臺(tái)在提升過(guò)程中的平穩(wěn)性。同時(shí)，考慮到實(shí)際提升過(guò)程中若只能同步提升，卷?yè)P(yáng)機(jī)會(huì)因?yàn)檎`差等因素造成起吊高度不一致，造成鋼平臺(tái)扭轉(zhuǎn)形變，影響穩(wěn)定性甚至可能會(huì)造成嚴(yán)重后果，因此，控制箱必須可單獨(dú)控制其中一臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)在提升時(shí)進(jìn)行調(diào)平操作[2]，懸掛鋼平臺(tái)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(tái)提升到位后，用卷?yè)P(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(chǎng)設(shè)計(jì)了另一套終固體系——固定支架（圖5）。懸掛鋼平臺(tái)提升到位后，將固定支架放置在樓面上并通過(guò)終固鋼鏈條將鋼平臺(tái)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(chǎng)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(huì)造成明顯的側(cè)向位移，影響施工鋼平臺(tái)上施工人員的安全，故在懸掛鋼平臺(tái)靠近塔樓處兩側(cè)預(yù)焊耳板，使用∠36 mm角鋼與鋼平臺(tái)鉸接連接，另一側(cè)與塔樓主體焊接，既保證了懸掛鋼平臺(tái)不會(huì)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(tái)拼裝

拼裝懸掛鋼平臺(tái)前在吊頂下方露臺(tái)上預(yù)先拼裝腳手架胎架，由于懸掛鋼平臺(tái)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(tái)的平臺(tái)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(zhuān)用夾具，保證夾具與型鋼連接可靠且不松動(dòng)；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(guò)程中被風(fēng)吹開(kāi)（圖6）。

圖6 夾具及格柵板示意

懸掛鋼平臺(tái)外圈鋼梁預(yù)焊套管，用定型化的欄桿作為鋼平臺(tái)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(guò)程中部分螺栓高空掉落。

3.2 懸掛鋼平臺(tái)提升工藝

由于鋼平臺(tái)吊點(diǎn)上方樓板處沒(méi)有鋼結(jié)構(gòu)，無(wú)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(chē)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(kāi)洞，然后將轉(zhuǎn)換梁焊接在現(xiàn)場(chǎng)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(guò)，與滑車(chē)連接。

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

在固定卷?yè)P(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(dòng)時(shí)的提升力過(guò)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?yè)P(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(huì)纏繞。

鋼平臺(tái)提升前，先將8臺(tái)卷?yè)P(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(cè)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(kāi)總控箱同步提升至預(yù)定標(biāo)高位置。提升時(shí)卷?yè)P(yáng)機(jī)旁必須有專(zhuān)人負(fù)責(zé)，防止鋼絲繩在提升與下降的過(guò)程中發(fā)生纏繞現(xiàn)象。

鋼平臺(tái)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(tái)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(tái)將終固鏈條與鋼平臺(tái)上的吊耳板連接，之后鋼平臺(tái)再整體下降，使受力由卷?yè)P(yáng)機(jī)提升點(diǎn)轉(zhuǎn)換成鋼鏈條終固點(diǎn)，此時(shí)將卷?yè)P(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(tái)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(yǔ)

面對(duì)如此巨大高差的吊頂施工，懸掛鋼平臺(tái)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(chǎng)的施工進(jìn)度。

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

可拼裝式懸掛鋼平臺(tái)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)墓て冢医档土税踩L(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了措施成本，為以后類(lèi)似項(xiàng)目提供了很好的借鑒價(jià)值。