新型吊裝系統(tǒng)在超高異形幕墻吊裝施工中的綜合應用

崔恒德

上海建工二建集團有限公司 上海 200090

1 工程概況

1.1 工程簡介

工程項目位于上海市浦東新區(qū)周家渡街道，毗鄰黃浦江，由l棟17層大型甲級高層辦公樓、l棟6層高層辦公附樓、3層地下室及配套建筑等組成，建成后是浦發(fā)銀行總部大樓。主樓幕墻施工作為異形幕墻吊裝技術研究的試點。

1.2 幕墻概況

本項目建筑由1棟17層主樓和6層附樓及連接主附樓的中庭連廊組成。幕墻最高79.7 m，幕墻面積32 860 m2，單元體2 909樘。

主樓幕墻主要由定制鋼框架、豎明橫隱單元幕墻系統(tǒng)、玻璃+花崗巖石材單元幕墻系統(tǒng)等組成，幕墻工程量19 063.06 m2（圖1）。

2 幕墻施工難特點

本項目主樓幕墻施工過程中存在3個重、難點：

圖1 項目效果圖

1）主樓幕墻頂標高79.7 m（一般超過50 m高度即為非常規(guī)幕墻），附樓幕墻頂高度30 m，吊裝高度高，垂直運輸困難，施工難度大。

2）工程存在多種異形結構幕墻，且挑檐凸出，安裝施工難度大。

3）工程總工期4個月且跨春節(jié)施工。幕墻吊裝要求最大限度提高效率，節(jié)省工期[1-4]。

3 施工技術研究

3.1 施工部署

依據(jù)工程體量、計劃工期并結合現(xiàn)場施工環(huán)境，按照分段施工、平行流水的施工原則，將主樓施工分為5個施工段，先后施工。本工程幕墻形式多樣，形狀復雜，同時施工工期較為緊張。為實現(xiàn)超高、異形幕墻的順利高效吊裝施工，根據(jù)不同的幕墻結構形式及吊裝位置，研發(fā)出3套吊裝系統(tǒng)綜合應用，從而實現(xiàn)安全可靠、高效吊裝的目的。

3套吊裝系統(tǒng)分別是：涉及女兒墻的單軌吊裝系統(tǒng)，涉及屋面挑檐的單軌吊裝系統(tǒng)，涉及復雜（特殊）結構形式的新型可移動式小車吊裝系統(tǒng)[1-5]。

3.2 涉及女兒墻的單軌吊裝系統(tǒng)

3.2.1 研究背景

本項目主樓屋頂東西向為女兒墻結構，主樓幕墻為單元式幕墻。為滿足結構東西兩側的幕墻吊裝，同時出于吊裝效率及安全可靠性考慮，決定在女兒墻上每隔3 m設置單軌吊支架固定吊裝軌道，以此形成單軌吊裝系統(tǒng)，從而實現(xiàn)高效和安全穩(wěn)定的目的。

3.2.2 新型單軌吊系統(tǒng)技術研究

屋頂東西側女兒墻施工時預留埋件，單軌吊支架通過預埋件與女兒墻穩(wěn)固焊接。

新型單軌吊支架的組成設計：頂部的1 根懸挑HW150 mm×150 mm×7.5 mm×10 mm型鋼與主體結構通過2根150 mm×100 mm×6 mm及120 mm×80 mm×6 mm矩形方鋼焊接形成一個三角形受力結構，如圖2所示。

圖2 東西面女兒墻上單軌吊立面

軌道及軌道與支架連接設計：軌道采用不等邊HM150 mm×200 mm×9 mm×6 mm型鋼作為行走系統(tǒng)，軌道與頂部的懸挑H型鋼通過M16高強螺栓連接，受力三角架每隔3 m設置1道（圖3）。

圖3 東西軌道鋼梁與懸挑梁連接節(jié)點

3.2.3 可行性論證

1）針對軌道的強度及撓度驗算：通過對軌道部位的荷載、彎矩等分析，計算出截面應力47.565 MPa，符合要求。通過對撓度的驗算得出，跨中最大撓度值1.283 mm，符合要求。

2）針對挑梁的強度及撓度驗算：考慮懸臂受力，挑梁最大彎矩設計值10.12 kN·m，計算得出挑梁的截面應力61.676 MPa，懸臂端最大撓度3.249 mm，均符合要求。

3）針對豎向支撐的強度驗算：計算得出豎向支撐最大軸力設計值7.069 kN，截面應力19.51 MPa，均符合要求。

3.3 涉及屋頂挑檐的單軌吊裝技術

3.3.1 研究背景

本工程南北兩側屋面均存在長6.4 m的鋼結構挑檐，挑檐下方為石材系統(tǒng)，而墻面均為定制鋼框架幕墻系統(tǒng)。

為滿足結構南北兩側的幕墻吊裝要求，同時出于吊裝效率及安全穩(wěn)定性考慮，決定在異形鋼梁上開孔穿越對拉螺栓作為軌道的上拉受力點，以此形成單軌吊裝系統(tǒng)，從而實現(xiàn)高效和安全穩(wěn)定的目的。

3.3.2 新型屋面單軌吊系統(tǒng)技術研究

上拉構件設計：在樓板上開洞穿φ22 mm螺桿（Q235材質）作為豎向受拉構件，螺桿下端事先焊接1塊厚10 mm耳板，如圖4所示。

圖4 南北挑檐軌道鋼梁與拉桿連接節(jié)點

軌道及與上拉桿連接設計：軌道放置在鋼梁下側，軌道采用HW150 mm×150 mm×7 mm×10 mm型鋼，由工廠加工，同樣預先在型鋼上安裝1塊厚10 mm耳板。利用M16高強螺栓穿越2塊耳板連接受力螺桿與H型鋼軌道，如圖5所示。

圖5 北側挑檐單軌吊布置形式

3.3.3 可行性論證

1）針對軌道及豎向支撐的強度及撓度驗算同3.2.3節(jié)。

2）針對連接螺桿的強度驗算分析：計算得出截面應力為34.899 MPa，符合要求。

3.4 涉及轉角位置吊裝技術

3.4.1 研究背景

對于復雜（特殊）結構形式的幕墻吊裝，單軌吊由于軌道的限制，并不能很好地完成吊裝作業(yè)；本工程單軌吊布置在主樓樓頂，電動葫蘆鋼絲繩卷盤與所選長度不相匹配，給幕墻施工帶來了難度與挑戰(zhàn)。因此需要研究形成新一套較為靈活的吊裝系統(tǒng)予以配合吊裝。

3.4.2 新型可移動式小車吊裝系統(tǒng)

移動小吊車具有安裝方便、操作簡單、安全性高等優(yōu)點，對于結構的轉角或復雜構造位置，移動小吊車相較于單軌吊會展示出較大的優(yōu)勢。移動小吊車與環(huán)形軌道上的電動葫蘆配合吊裝，在到達電動葫蘆吊裝范圍內直接換鉤，做到無縫銜接，異形幕墻在吊裝期間不會與主體結構發(fā)生碰撞，有效保護幕墻結構完好。

小吊車材料由施工現(xiàn)場人貨梯垂直運輸至相應樓層，并在樓層內完成組裝（圖6、圖7）。

圖6 小吊車平面

圖7 小吊車立面

小吊車各部件連接及與樓板連接節(jié)點如下：按照施工方案制作完成活動小吊車后，對小吊車設置防傾覆安全措施，措施采用50 mm×50 mm×5 mm鍍鋅角鋼焊接制造2個U形固定件，U形固定件倒扣住炮車后架橫梁，同時采用2個M12 mm×160 mm化學錨栓將U形固定件貼近樓面端固定于樓層結構上。

3.4.3 可行性論證

通過對荷載的研究分析，對構件的強度及撓度進行驗算校核，均能滿足要求。

為確保小車施工過程中的穩(wěn)定性，對新型可移動式小車吊裝系統(tǒng)進行了抗傾覆驗算：單元體重力10 kN，底座增加配重23 kN，穩(wěn)定系數(shù)K≥3。計算得出小車工作狀態(tài)穩(wěn)定系數(shù)為3.23，滿足要求。

4 注意事項

4.1 吊裝系統(tǒng)檢查

在每臺移動小吊車及單軌吊電動葫蘆開始吊裝前，應對拉索、連接螺桿及吊臂等進行全面檢查，并在吊裝作業(yè)時，監(jiān)督施工范圍2 m內不得有人作業(yè)。

4.2 吊裝區(qū)域管控

在幕墻吊裝前，必須確保吊裝區(qū)域下方無人施工。通過施工簡易圍擋及警戒線拉出足夠空間的施工范圍，并派安全員時刻監(jiān)護，在幕墻起吊懸空，直至就位入槽前，下方禁止任何人員進入。

4.3 吊裝措施跟進

現(xiàn)場有三側具有足夠的場地，在起吊過程中，單元體下端掛2根繩子作為纜風繩，工人在地面控制單元體，以防隨風晃動。

4.4 施工前試吊裝

環(huán)形軌道吊裝裝置安裝完成后，在正式施工前需進行試運行，試運行荷載大于實際吊裝荷載的1.5倍，試吊檢測中檢查整個吊裝運行過程是否正常，起吊后離地1 m保持靜止狀態(tài)，并對環(huán)形軌道各零部件進行檢查。如發(fā)現(xiàn)問題必須及時整改。

5 結語

與普通幕墻相比，異形幕墻更能體現(xiàn)現(xiàn)代化建筑的立體美感，更貼近人們對建筑外觀的要求。但異形幕墻因其特殊的造型，給現(xiàn)場施工吊裝帶來了更多的難題。

本次研究通過對現(xiàn)場吊裝節(jié)點的分析及吊裝技術的研究，分別給出了3種特殊情況下吊裝技術的選用，并通過對吊裝裝置安全性的驗算，對3種吊裝技術進行了可行性論證。同時，根據(jù)既定的研究設計，在實際施工過程中，通過3套吊裝系統(tǒng)的有序配合，圓滿完成了本工程的幕墻施工任務，并且在安全性、高效性方面都取得了較大的突破。

本文為超高異形幕墻吊裝技術領域的進一步研究提供了可靠的案例依據(jù)，為其他同類工程的幕墻吊裝提供了更多的思路。

[1] 陳小麗.異形幕墻施工技術[J].建筑技術開發(fā),2013,40(11):52-55.

[2] 張錚.高層建筑構件式玻璃幕墻安裝施工工藝研究[J].科技資訊. 2012(16):88.

[3] 羅憶,張芹,劉忠偉.玻璃幕墻設計與施工[M].北京:中國建筑工業(yè)出 版社,2005.

[4] 還向州,王介煬,沈培,等.基于屋面幕墻鋼結構的組合式玻璃幕墻板 塊吊裝施工技術[J].施工技術,2019,48(3):52-54.