超高塔桅結(jié)構(gòu)施工技術(shù)分析

劉強(qiáng)

（廣東海格怡創(chuàng)科技有限公司，廣東 廣州 510627）

0 引言

高塔桅結(jié)構(gòu)因應(yīng)用鋼材料施工使其結(jié)構(gòu)有著極強(qiáng)的優(yōu)越性。對(duì)于日益發(fā)展的城市建筑能夠塑造出更多的造型。桅結(jié)構(gòu)強(qiáng)大的造型能力可以在設(shè)計(jì)中不斷實(shí)現(xiàn)新的突破，這個(gè)結(jié)構(gòu)技術(shù)可以挑戰(zhàn)建筑設(shè)計(jì)新高度。隨著超高塔桅結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，使得桅結(jié)構(gòu)成為建筑施工中的主要結(jié)構(gòu)類型。

1 桅式結(jié)構(gòu)概述

隨著城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，施工技術(shù)與設(shè)計(jì)水平提升，使得更多結(jié)構(gòu)質(zhì)量優(yōu)良的建筑結(jié)構(gòu)涌現(xiàn)，其中桅結(jié)構(gòu)作為建筑施工中常見的結(jié)構(gòu)類型有著良好的性能，在城市項(xiàng)目工程中十分常見。桅式結(jié)構(gòu)通常是由纖繩、桿身與建筑基礎(chǔ)組合而成，具體如圖1 所示。

圖1 桅式結(jié)構(gòu)

桅結(jié)構(gòu)在高層和超高層建筑中十分常見，需要根據(jù)整體結(jié)構(gòu)對(duì)間距距離進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而使得桿身各層應(yīng)力相等來保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)通常會(huì)按照等交角布置纖繩，傾角設(shè)置角度在30°～60°之間，其中以45°為最佳。使用纖繩保證結(jié)構(gòu)相互平行，從而增強(qiáng)桅桿的剛度。

桿身通常根據(jù)使用材料分類，具體分為鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、木質(zhì)結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)可以使用單獨(dú)鋼管或是組合構(gòu)件，可以對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接連接，保證構(gòu)建結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以防止結(jié)構(gòu)變形。結(jié)構(gòu)具體布置需要根據(jù)體系特征，對(duì)荷載、剛度等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，保證力學(xué)模型清晰同時(shí)結(jié)構(gòu)能夠有效支撐分布應(yīng)力，從而滿足工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)需求。

2 工程背景

佛山鐵塔公司是中國鐵塔股份有限公司的分支機(jī)構(gòu)，從事的主要工作為鐵塔建設(shè)、維護(hù)、運(yùn)營等工作。秉承著集約建設(shè)、資源共享的原則，整合運(yùn)營商基站便于統(tǒng)一經(jīng)營與管理，從而提升行業(yè)服務(wù)水平。鐵塔公司的成立能夠承擔(dān)城市中電機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工作，最大限度實(shí)現(xiàn)資源科學(xué)規(guī)劃，為城市信息化建設(shè)助力。根據(jù)桅結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)確定工程項(xiàng)目的具體安裝設(shè)計(jì)方案，從而保障安裝技術(shù)合理應(yīng)用和提高建筑質(zhì)量。

超高塔桅結(jié)構(gòu)因使用鋼結(jié)構(gòu)能夠保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。桅鋼結(jié)構(gòu)具備良好的造型能力，對(duì)于超高型建筑而言能夠結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙，打造形態(tài)各異和結(jié)構(gòu)完整的塔桅鋼結(jié)構(gòu)。超高塔桅結(jié)構(gòu)對(duì)于施工有嚴(yán)格要求，因此施工技術(shù)質(zhì)量非常重要。施工期間的桅鋼結(jié)構(gòu)存在高度和重量超標(biāo)的現(xiàn)象，其結(jié)構(gòu)形式也復(fù)雜多變。面對(duì)桅鋼結(jié)構(gòu)不同的高度以及當(dāng)?shù)貧夂颍枰獙?duì)風(fēng)荷載（圖2）進(jìn)行合理計(jì)算，才能保證施工結(jié)構(gòu)的安全性。高空施工對(duì)于工人而言存在較大難度，施工人員操作受到天氣限制。并且施工過程中存在施工工序交叉的現(xiàn)象，需要施工人員進(jìn)行整體統(tǒng)籌考慮。基于以往的超高塔桅結(jié)構(gòu)施工，科學(xué)運(yùn)用施工工藝來保障桅結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，為桅結(jié)構(gòu)工藝研究提供更多的發(fā)展空間[1]。

圖2 風(fēng)荷載

3 實(shí)例分析

3.1 工程概況

本次工程位于鐵塔企業(yè)廣東的分公司，工程整體建設(shè)面積為6.3 萬m2。工程分別在南北頂部方向設(shè)置塔尖，坐落于建筑核心位置上。格構(gòu)段自標(biāo)高長度95.26m，基座為變截面格構(gòu)結(jié)構(gòu)，標(biāo)高193～220m，高度為23m。結(jié)構(gòu)分布為六根鋼管柱，采用水平環(huán)桿的方式，選擇高強(qiáng)度的低合金結(jié)構(gòu)鋼作為施工材料，節(jié)點(diǎn)采用焊接的方式連接，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。本次工程由于需要在頂部建設(shè)桅結(jié)構(gòu)裝飾建筑，由于施工受到高度影響，設(shè)施起重臂高度難以達(dá)到施工高度，使用塔機(jī)安裝塔尖桅桿需要升高塔機(jī)設(shè)備。但是升高過程中塔尖是不斷向中心收縮的結(jié)構(gòu)，塔尖常規(guī)附著支撐桿難以使用，需要根據(jù)此處結(jié)構(gòu)面進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，從而保證工程符合工程安全目標(biāo)和質(zhì)量目標(biāo)。根據(jù)施工安裝危險(xiǎn)因素以及實(shí)際施工環(huán)境，最終保證施工工期順利完工。

3.2 工程目標(biāo)

3.2.1 安全目標(biāo)

安全施工是保證工程順利開展的重要目標(biāo)，安全生產(chǎn)目標(biāo)管理任務(wù)是對(duì)施工全過程進(jìn)行監(jiān)督和考核來確保責(zé)任有效落實(shí)，激勵(lì)廣大施工人員樹立良好的安全意識(shí)，從而積極的參與到安全生產(chǎn)管理環(huán)節(jié)中落實(shí)安全措施，如圖3 所示。安全工作開展不得有絲毫的馬虎，需要嚴(yán)格按照規(guī)定辦事，杜絕違章操作行為，消滅事故在萌芽中。其中安全施工總則包括人員培訓(xùn)工作、責(zé)任分配、施工組織安排、技術(shù)交底等，這些措施配合施工人員做好施工管理工作。施工人員定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性測試，防止實(shí)際作業(yè)中設(shè)備出現(xiàn)故障問題，定期檢修為施工質(zhì)量提供保障[2]。

圖3 安全施工總則

3.2.2 質(zhì)量目標(biāo)

施工人員嚴(yán)格遵守施工規(guī)范以及根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙施工，保證施工人員根據(jù)具體要求保證施工質(zhì)量。建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量不得低于合同規(guī)定的質(zhì)量要求。嚴(yán)格遵守監(jiān)理部門提出的意見，遇到問題及時(shí)溝通，加強(qiáng)現(xiàn)場管理以保證施工按照規(guī)定流程進(jìn)行。對(duì)于不符合規(guī)定的環(huán)節(jié)要及時(shí)整改，保證質(zhì)量符合要求后才能進(jìn)入下一個(gè)工序。施工單位也要加強(qiáng)對(duì)人員的培訓(xùn)工作，提高人員質(zhì)量意識(shí)同時(shí)確保工程質(zhì)量。質(zhì)量責(zé)任制度如圖4 所示。

圖4 質(zhì)量責(zé)任制度

3.3 施工難點(diǎn)

由于建筑結(jié)構(gòu)頂部位置過高的因素，導(dǎo)致桅桿存在施工高度過高的情況，這也給施工帶來一定難度。并且桅桿使用的是鋼材質(zhì)的施工材料，重量因素也是影響施工的一大難題。由于桅結(jié)構(gòu)過于龐大，其安裝是一項(xiàng)不小的工程，需要安裝結(jié)構(gòu)在幾百米的高空中，實(shí)際施工中存在的施工難點(diǎn)如下：因建筑桅桿高度較高，并且處于高空作業(yè)模式下，需要根據(jù)實(shí)際施工環(huán)境、結(jié)構(gòu)等要求制定完整的施工計(jì)劃。并且選擇合理的設(shè)備與工藝，保證工程按期竣工；多次使用起重設(shè)備，保證塔尖桅桿能夠順利放置在頂層位置。運(yùn)輸過程中加強(qiáng)對(duì)塔尖的防護(hù)；并結(jié)合桅桿施工工藝確保各個(gè)階段施工穩(wěn)定性，從而有效應(yīng)對(duì)高空的風(fēng)荷載。安裝期間保證塔吊方式、安裝單元?jiǎng)澐帧⑹┕ち鞒潭寄馨凑諏?shí)際需求進(jìn)行有效應(yīng)對(duì)施工難點(diǎn)，并根據(jù)桅桿受力情況做好安全設(shè)施與應(yīng)急措施[3]。

3.4 整體工藝與技術(shù)路線

3.4.1 施工技術(shù)路線

由于本工程存在明顯的施工難點(diǎn)，需要根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)坐落情況，具體分析塔頂結(jié)構(gòu)分布。對(duì)桅桿結(jié)構(gòu)、起重設(shè)備、高空作業(yè)等多方面進(jìn)行綜合考慮，從而保證施工有效進(jìn)行。工程施工技術(shù)應(yīng)采取綜合安裝的方式，采用行程倒鏈進(jìn)行塔尖提升以減少作業(yè)難度。合理對(duì)設(shè)備進(jìn)行設(shè)置計(jì)算高空高度，保證塔桅提升過程中數(shù)據(jù)安全可靠。通過對(duì)支座進(jìn)行變位處理，在標(biāo)高位置設(shè)置四個(gè)支撐點(diǎn)，保證對(duì)結(jié)構(gòu)的有效支撐。使桅桿能夠安穩(wěn)坐落在鋼結(jié)構(gòu)上，保證整體安裝質(zhì)量。塔尖桅桿按照工藝要求進(jìn)行分次拼裝，并采取焊接工藝進(jìn)行處理。

采用電氣集成控制系統(tǒng)與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，同步對(duì)安裝過程進(jìn)行監(jiān)控。該技術(shù)能夠根據(jù)超高層桅結(jié)構(gòu)計(jì)算值與實(shí)際值進(jìn)行比較，內(nèi)置傳感器對(duì)節(jié)點(diǎn)測量值數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，從而傳輸?shù)接?jì)算上實(shí)現(xiàn)對(duì)安裝過程的監(jiān)控。這一過程中計(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)收集數(shù)據(jù)直觀顯示出具體的節(jié)點(diǎn)測量值，從而對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整以保證施工質(zhì)量。施工期間需要為塔尖桅桿設(shè)置防雷措施，保證施工順利進(jìn)行[4]。

3.4.2 技術(shù)對(duì)策

超高塔桅結(jié)構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用選擇起吊設(shè)備輔助的垂直運(yùn)輸方式，從而保障主體結(jié)構(gòu)能夠有效與桅結(jié)構(gòu)對(duì)接來保證安裝質(zhì)量。具體操作根據(jù)建筑高度以吊機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)采取分件安裝的形式，保證所有桿件都能夠與中間結(jié)構(gòu)有效連接。使用塔機(jī)進(jìn)行吊裝，在完成標(biāo)高結(jié)構(gòu)后將設(shè)備拆除。作業(yè)期間由于施工面受空間限制，需要使用全站儀等設(shè)備對(duì)桅結(jié)構(gòu)垂直度進(jìn)行測量，從而保證安裝符合標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)于塔機(jī)無法達(dá)到的位置，安裝桅桿需要利用抗傾覆導(dǎo)輪抗風(fēng)導(dǎo)向系統(tǒng)，使用計(jì)算機(jī)對(duì)施工過程進(jìn)行全面監(jiān)控。導(dǎo)向系統(tǒng)中設(shè)置傳感器，對(duì)桅桿提升過程進(jìn)行控制，保證過程安全可靠。提升到規(guī)定高度后與鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)接，對(duì)接位置采用焊接工藝進(jìn)行連接，最后進(jìn)行噴涂。抗風(fēng)桿需要合理設(shè)置風(fēng)荷載，保證施加在塔尖上能夠保持建筑平衡。格構(gòu)柱上分別設(shè)置抗風(fēng)桿，保證提升過程中桅桿與接觸點(diǎn)產(chǎn)生變化，最終保證結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)。提升過程中圓管桅桿始終保持著變化的狀態(tài)，需要保證抗風(fēng)桿始終頂緊圓管。并安排工作人員對(duì)提升圓管截面變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證幅度一致性。提升時(shí)按照分次安裝進(jìn)行吊索轉(zhuǎn)換，從而保證施工的高效性。

3.4.3 現(xiàn)場風(fēng)險(xiǎn)防范與應(yīng)急救援預(yù)案

桅結(jié)構(gòu)施工處于高空中，施工期間需要嚴(yán)格遵守施工規(guī)范守則。從而保證施工的安全性，建立安全保障體系與措施來完成安全管理目標(biāo)[5]。安全管理目標(biāo)是圍繞著工程全過程開展的，工程設(shè)計(jì)、施工、竣工等環(huán)節(jié)中都要遵守零事故、零隱患的目標(biāo)。從思想保證、技術(shù)保證多方面建立完善的體系，確定具體的工程安全目標(biāo)。施工人員作業(yè)期間會(huì)因?yàn)楦呖兆鳂I(yè)和極端天氣遭遇雷擊出現(xiàn)安全事故。因此需要嚴(yán)禁在雷雨天氣作業(yè)，必須停止一切戶外作業(yè)。超高塔桅結(jié)構(gòu)施工過程中，一旦出現(xiàn)人員高空墜落事故、或是設(shè)備工具高空墜落傷人，都需要立即對(duì)傷員進(jìn)行搶救，并快速撥打120 呼叫救護(hù)車，保護(hù)好現(xiàn)場防止再次發(fā)生事故。傷勢不嚴(yán)重的人員，可以在現(xiàn)場進(jìn)行臨時(shí)搶救，將傷亡情況、損失降至最小。事故后需要對(duì)具體事故原因進(jìn)行調(diào)查，明確事故具體負(fù)責(zé)人，以書面形式撰寫報(bào)告，制定預(yù)防措施，向全體施工人員宣讀事故處理結(jié)果，防止事故再次發(fā)生。具體而言，工程風(fēng)險(xiǎn)防范流程見圖5。

圖5 工程風(fēng)險(xiǎn)防范流程

4 結(jié)語

綜上所述，超高塔桅結(jié)構(gòu)施工安裝過程相對(duì)復(fù)雜，同時(shí)也是綜合性、多工種配合的技術(shù)。本文通過對(duì)桅結(jié)構(gòu)施工技術(shù)進(jìn)行分析，介紹桅結(jié)構(gòu)施工的重點(diǎn)，為地區(qū)工程施工積累經(jīng)驗(yàn)。結(jié)合地區(qū)實(shí)際工程的施工經(jīng)驗(yàn)，從而推動(dòng)超高型建筑施工技術(shù)不斷提升，保證施工建筑結(jié)構(gòu)抗震性和穩(wěn)定性，讓建筑能夠得到實(shí)際應(yīng)用，從而適應(yīng)城市蓬勃發(fā)展的建設(shè)需求。