劉小春

浙江亞廈幕墻有限公司 浙江 杭州 310008

引言

在建筑外墻裝修中，幕墻技術(shù)的發(fā)展使它的裝飾功能日益突出，幕墻是目前許多超高層建筑的外墻裝飾材料。玻璃幕墻是目前應(yīng)用最廣的一種形式，它不僅可以完善建筑物的功能，而且還可以提高室內(nèi)的裝飾和美化作用[1-2]。然而，在幕墻的安裝中，對(duì)幕墻單元體的安裝工藝有很高的技術(shù)要求，如果應(yīng)用于超高層，將會(huì)加大其安裝與建造的難度。在具體的施工中，為保證工程的安全，除了對(duì)原材料的選擇、加工等方面進(jìn)行嚴(yán)密的檢測(cè)之外，還應(yīng)對(duì)安裝中的各個(gè)重要環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，并按照工藝要求進(jìn)行，從而達(dá)到工程的質(zhì)量要求。

目前相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者針對(duì)單元體吊裝技術(shù)及安裝施工進(jìn)行了研究。李小龍[3]等以某超高層建筑的幕墻單元體為例，對(duì)其吊裝的要點(diǎn)、步驟及注意事項(xiàng)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。本文就施工前期的施工工藝選擇、施工中的環(huán)形帶、吊臂吊機(jī)的施工和質(zhì)量監(jiān)控、吊機(jī)的施工工藝、施工過程中應(yīng)注意的問題等進(jìn)行了闡述。總結(jié)針對(duì)目前我國(guó)超高層建筑中的一些常見問題，如：施工質(zhì)量、施工進(jìn)度、安全等。為國(guó)內(nèi)工程建設(shè)中的幕墻單元體吊裝工作提供借鑒。彭少軍[4]對(duì)超高層建筑幕墻單元體的吊裝工藝進(jìn)行了簡(jiǎn)要地介紹。在我國(guó)建筑業(yè)發(fā)展迅速的同時(shí)，也出現(xiàn)了大量的超高層建筑，其造型設(shè)計(jì)也日趨新穎。而單元體幕墻由于具有美觀的裝飾效果、快捷的施工周期和可靠的裝配質(zhì)量，已經(jīng)成為高層和超高層建筑的首選。以太原中鐵三局建筑科技研究中心幕墻為例，簡(jiǎn)要介紹了其在現(xiàn)場(chǎng)安裝超高層幕墻的施工工藝?；谏鲜龇治觯疚奶岢隽顺邔訂卧w吊裝技術(shù)及安裝施工方法。

1 工程概況

某商業(yè)辦公樓，占地面積60642m2，其中，地下為1層，地面為24層，樓層高度為97m。1-3層是裙樓，采用框架式幕墻。其外墻是由兩種不同的玻璃構(gòu)造而成的，每個(gè)單元體之間以垂直的石材隔開。共2358個(gè)幕墻單元體，24842m2的幕墻面積。每一塊石頭的重量為1000kg，每一塊玻璃幕墻的重量為600kg左右。本項(xiàng)目是一項(xiàng)重要的工程，幕墻的單元體結(jié)構(gòu)不僅要滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求，而且要在材料、制作等各個(gè)方面進(jìn)行嚴(yán)格的控制，尤其是幕墻單元體的安裝，從而使幕墻的整體品質(zhì)得到改善。

2 超高層單元體吊裝技術(shù)

對(duì)建筑施工而言，超高層單元體吊裝有利于提高施工工藝流程和安裝質(zhì)量。根據(jù)相同時(shí)刻的垂向和負(fù)載重力，計(jì)算動(dòng)力參數(shù)，改善施工工藝，提高超高層單元體吊裝承載程度和吊速。采用自適應(yīng)分段的方式優(yōu)化安裝流程，確保運(yùn)輸穩(wěn)定性，有效保證垂直運(yùn)輸安全性，進(jìn)而節(jié)省人力資源，實(shí)現(xiàn)建筑工程施工精細(xì)化管理。

2.1 超高層單元體吊裝動(dòng)力參數(shù)計(jì)算

超高層單元體的吊裝，多采用纜索吊裝裝置進(jìn)行單體的吊裝，由主索、起重索、牽引組成，其結(jié)構(gòu)具有柔性特征[5]。在超高層單元體吊裝的時(shí)候，會(huì)受到一定的拉力，如果拉力超過了極限，將會(huì)無(wú)法成功吊起超高層單元體，所以在超高層單元體吊裝之前，必須對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)參數(shù)的計(jì)算。

首先，對(duì)纜索吊裝設(shè)備的主繩進(jìn)行了動(dòng)力參數(shù)分析，其主要?jiǎng)恿?shù)為垂向和負(fù)載重力，而主繩的垂向?yàn)槌邔訂卧w的吊裝高度，并結(jié)合有關(guān)的牛頓—?dú)W拉迭代方程理論和施工經(jīng)驗(yàn)，提出負(fù)載重力計(jì)算方法：

公式（1）中，u為轉(zhuǎn)角參數(shù)，x1為超高層單元體頂部標(biāo)高，x2為超高層單元體底部標(biāo)高，δ為超高層單元體重心坐標(biāo)系的慣性矩陣，i為最小慣性參數(shù)。通過提高參數(shù)的可辨識(shí)性，提升超高層單元體吊裝軌跡優(yōu)化效果。在施工過程中，主索的受力主要是通過單元體、吊點(diǎn)、吊索、纜索吊裝裝置的固定滑輪重力以及主索的集中力來計(jì)算，再加上超高層單元體吊裝時(shí)的沖擊系數(shù)，從而求得主索的荷載重力[6-7]。

其次，對(duì)纜索吊裝裝置起重索的動(dòng)力參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，起重索的主要功能是將吊車在規(guī)定的范圍內(nèi)進(jìn)行豎向提升，并將其提升至規(guī)定的高度。針對(duì)吊索受力情況，對(duì)其最大吊重、張力及拉力的安全因素進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上，利用吊索的最大吊重和所需吊運(yùn)的超高層單元體的最大荷載，計(jì)算吊索在起重情況下的最大拉力為：

公式（2）中，Ej為吊索在j高度時(shí)的抗拉強(qiáng)度，m為吊索最大承受的板塊重量，a為吊索起重過程中的加速度，k為比例系數(shù)。在獲取吊索起重情況下的最大拉力后，根據(jù)最大吊重Tmax，計(jì)算吊裝裝置安全系數(shù)，具體表達(dá)式為：

公式（3）中，M為抗阻重力的動(dòng)力補(bǔ)償參數(shù)，sP為起重索單次可承載的板塊面積，s為橫斷面面積總數(shù)，d為自然角轉(zhuǎn)換頻率。

最后，計(jì)算吊裝裝置牽引動(dòng)力。這種牽引索的作用是使其在某一段距離上進(jìn)行側(cè)向拉力，并將其拉到指定的地點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)超高層單元體的橫向移動(dòng)的控制，牽引動(dòng)力具體表達(dá)式為：

公式（4）中，P為吊裝機(jī)功率，iκ為吊裝起重索旋轉(zhuǎn)力矩，?為超高層單元體吊點(diǎn)與纜索吊裝裝置牽引的最大傾斜角，W為纜索吊裝裝置在起重過程中的最大張力。

根據(jù)上述計(jì)算和分析，得出了超高層建筑的單元體吊裝負(fù)載重力、最大拉力、安全系數(shù)、牽引動(dòng)力等動(dòng)力參數(shù)，為后續(xù)超高層單元體吊裝按照施工提供理論支撐。

2.2 超高層單元體吊裝施工工藝

幕墻與主體工程是同步進(jìn)行的，因此，在幕墻的安裝過程中，可將其分成3個(gè)步驟，以保證工程的安全、節(jié)省成本。超高層單元體吊裝施工總體地面層數(shù)為21層（未包含地下1層和裙樓3層），第1步驟為：在樓層4～9層施工時(shí)，安裝外懸雙軌道，預(yù)埋懸挑梁；第2步驟為：在樓層10～18層施工時(shí)，選擇活動(dòng)式懸臂小吊車將超高層單元體吊至固定水平位置，且根據(jù)吊鉤速度調(diào)整外懸雙軌道架設(shè)位置；第3步驟為：在樓層19～24層施工時(shí)，選擇起重機(jī)和活動(dòng)式懸臂小吊車相結(jié)合的方式，將吊裝工具和板塊運(yùn)輸至所需樓層，提高吊索執(zhí)行負(fù)載。

施工工藝主要選擇外懸雙軌道安裝工藝，根據(jù)建筑單元體分割選擇靜定結(jié)構(gòu)的懸挑梁，增強(qiáng)混凝土與鋼筋的連接效果，使建筑物更加牢固。懸挑上部鋼筋直段長(zhǎng)度大于0×4后下彎15d，懸挑長(zhǎng)度為6.0m，結(jié)構(gòu)邊緣長(zhǎng)度為2.5m，跨度為1.2m，每條鋼梁最大間隔為3.0m?；顒?dòng)式懸臂小吊車具有操作靈活、進(jìn)出便捷的優(yōu)勢(shì)，所以在運(yùn)輸?shù)跹b工具時(shí)將活動(dòng)式懸臂小吊車布置在軌道同層，完成超高層單元體垂直吊運(yùn)。在建筑施工地面的西北角和西南角各設(shè)置一個(gè)單元體起吊點(diǎn)，利用活動(dòng)式懸臂小吊車將板塊運(yùn)輸至指定樓層。起重機(jī)設(shè)置在建筑施工地面的東南角，將端頭連接活動(dòng)式懸臂小吊車的吊鉤，達(dá)到指定樓層后利用旋轉(zhuǎn)功能使板塊運(yùn)至結(jié)構(gòu)邊緣，完成板塊安裝。

3 超高層單元體吊裝安裝施工

結(jié)合超高層單元體吊裝動(dòng)力參數(shù)分析結(jié)果以及超高層單元體吊裝施工工藝，進(jìn)行超高層單元體吊裝安裝施工，具體過程如下：

3.1 吊裝前的準(zhǔn)備

在施工前，施工工人要做好技術(shù)交流，明確起重設(shè)備的停泊和運(yùn)送路徑，并對(duì)吊裝作業(yè)中出現(xiàn)的安全事故、單元體的損壞提出預(yù)防。在吊起之前，為了確保吊起的玻璃幕墻不會(huì)受到損壞，施工人員需要對(duì)其進(jìn)行最后的檢驗(yàn)。檢查完畢后，按小組進(jìn)行分類，堆疊高度不得超過3層，盡量降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 吊裝操作流程

交通人員現(xiàn)場(chǎng)組織指揮和引導(dǎo)幕墻單元體進(jìn)入施工指定地點(diǎn)。工人裝置好外懸雙軌道后通過活動(dòng)式懸臂小吊車將幕墻單元體板塊運(yùn)送至4層。當(dāng)安裝5～18層幕墻單元體板塊時(shí)，使用吊車進(jìn)行吊運(yùn)時(shí)，要保證吊桿的固定可靠，然后緩慢地開啟吊車，在升降的時(shí)候，要保持緩慢、勻速的上升，并且要嚴(yán)格地掌握升降的速率，防止單元體在提升時(shí)搖晃太大，造成與主體結(jié)構(gòu)的碰撞。在環(huán)形軌下，單軌吊車的吊索被橫向運(yùn)送至裝配場(chǎng)地。當(dāng)安裝19～24樓的幕墻單元體板塊時(shí)，采用吊車吊鉤將單元體固定后，利用起重機(jī)緩慢將板塊提升到安裝位置，在此過程中，不需要更換吊鉤，可根據(jù)安裝位置進(jìn)行位置的轉(zhuǎn)換。另外，起重機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于受風(fēng)的影響，會(huì)產(chǎn)生搖擺，因此單元體的提升必須使用纜索來控制吊桿的擺動(dòng)，防止吊桿與主梁的碰撞。

3.3 單元體就位

當(dāng)單元體下降時(shí)，上級(jí)主管負(fù)責(zé)指揮，實(shí)現(xiàn)順利吊運(yùn)。在單元體到位后，不要松開吊點(diǎn)，而是直接進(jìn)行安裝。在插接到位的施工中，吊裝層和上部的工人一起進(jìn)行拼板的安裝。當(dāng)單元體向下移動(dòng)時(shí)，其達(dá)到接頭與懸掛點(diǎn)的高程相差2m時(shí)，就不再向下移動(dòng)，將單元體的左、右分別插進(jìn)，從而將下部與下層的凹槽連接起來。

綜上所述，超高層單元體安裝完成。

4 實(shí)驗(yàn)與分析

為了驗(yàn)證超高層單元體吊裝技術(shù)及安裝施工方法的有效性，以某超高層單元體為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，數(shù)量為5個(gè)。經(jīng)對(duì)吊裝動(dòng)力參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算與分析，得出了該設(shè)備的主繩垂度值為18.3m，負(fù)載重量為750kN，吊繩最大重量642kN，最大拉力365kN，安全因子1.2，最大拉力864kN?；谏鲜鰧?shí)驗(yàn)條件，為了驗(yàn)證所提方法的實(shí)際施工效率，將超高層單元體吊裝時(shí)間作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，其超高層單元體吊裝時(shí)間越短，表明實(shí)際施工效率越高。得到方法的超高層單元體吊裝時(shí)間對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1 超高層單元體吊裝時(shí)間

根據(jù)表1可以看出，所提方法的超高層單元體吊裝時(shí)間較短。由此可知，所提方法的實(shí)際施工效率較高。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了超高層單元體吊裝技術(shù)及安裝施工方法。以某商務(wù)辦公樓超高層單元體吊裝施工為例，通過對(duì)超高層單元體吊裝動(dòng)力參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，采用超高層單元體的吊裝技術(shù)，進(jìn)行了超高層單元體的吊裝和安裝，從而有效縮短超高層單元體吊裝時(shí)間，提高實(shí)際施工效率。