既有佛塔增設祈福鐘的改造施工

李智慧 謝曉嵐 楊小娟 劉 慶

廣廈建設集團有限責任公司 浙江 杭州 310005

1 工程概況

金華市高山頭古城萬佛塔及地宮工程為一類仿古建筑（圖1），其中主體結構萬佛塔檐口標高為74.1 m，塔剎頂標高為97.6 m，地下1層，地上18層，中間核心筒現澆框剪力墻＋外圍鋼結構，塔身六面飛檐，自6層起每2層分6次漸進內收，屋頂為六角坡屋面。

圖1 項目實景

項目整體驗收前，方案發生變更，要求在塔標高68.10 m處增設質量為10.5 t的祈福鐘，因此必須先進行荷載驗算和加固，再進行吊裝作業。吊裝方案確定先采用外部吊車將祈福鐘吊至標高為60.83 m的樓層，通過水平導軌滑移至萬佛塔內后，再垂直吊至預定位置。

2 工程重點與難點

1）新增荷載較大，原結構不滿足承載要求。原設計核心筒中部為直徑4.2 m的洞口，因增設祈福鐘，需在68.10 m樓層中心處增設承重鋼梁，并在鋼梁中點位置設置滿足要求的吊掛點。祈福鐘、吊裝托盤和輔助用品總質量達到14 t，且因GB 50016—2014《建筑設計防火規范》于2018年進行了部分修訂，使得原設計的屋頂消防水箱容積由18 m3變更為36 m3，因此需驗算增設祈福鐘和擴容消防水箱對結構的共同影響，2項荷載較原設計結構恒荷載增加12.5%。

2）吊裝不利條件多、環境復雜。佛塔底部為擴大基座，場地狀況不適合大起重量吊機安放。佛塔主體每2層內收造型和外圍飛檐的構造大大增加了吊裝作業的難度，導致必須采用將等腰三角形吊繩逐漸變為直角三角形形狀推送祈福鐘的方法，這對吊裝作業的精準度要求極高。

3）動荷載的不均勻性給結構及附屬支撐結構帶來較大挑戰。吊裝時，祈福鐘在標高為60.83 m的樓層水平運動，軌跡內荷載對下部結構產生的內力影響變化較為復雜，且進入層外圍鋼主梁及圈梁為懸挑結構，不具備支撐大荷載條件。此外，塔內將側臥的祈福鐘豎起垂直起吊，存在塔內空間狹小、不可控因素多等難題[1-2]。

3 實施步驟

3.1 結構設計和改造

由于安裝祈福鐘的核心筒中部位置原設計為直徑4.2 m的洞口，因此必須增設中心交叉鋼梁（圖2）、連接節點板和祈福鐘吊掛連接板。

圖2 標高為68.10 m的樓層中心增設交叉鋼梁

根據結構驗算結果，標高為68.10 m的吊掛層構件承載力不滿足超載需求；吊裝導軌支撐于標高為60.83 m樓層的核心筒混凝土連梁處，連梁能夠滿足祈福鐘在塔內水平運輸的要求。因此，針對增設祈福鐘后標高為68.10 m樓層的徑向鋼梁、鋼柱承載力不滿足超載要求的情況，須在標高65.10～68.10 m樓層間新增6根支撐及徑向框架梁的支承斜柱，斜柱上部與原框架柱間距為1.196 m，減少柱間梁支撐跨度，從而使原有框架柱內力增加比例大幅降低。

中心交叉梁及斜柱在施工前，采取如下措施：

1）對上部樓層荷載進行卸荷，如清除消防水箱內存水、吊頂及臨時施工荷載等。

2）對標高70.85 m樓層已施工的鋼梁平面中心處焊縫節點進行加固補強，修補該處以下其他可能存在的缺陷。

3）在標高為60.83 m的樓層搭設中心支撐架，并采用可調節壓力撐桿，使標高為68.10 m的樓層環梁整體起拱1.0～2.0 mm，結構改造完畢后拆除臨時支撐。

3.2 吊裝前支撐搭設和結構處理

標高為60.83 m的樓層混凝土核心筒連梁臨時加固，具體措施為在標高為60.83 m的樓層和其下標高為58.02 m的樓層連梁之間增加豎向臨時支頂支撐頂緊（圖3），使得在豎向荷載作用下，上下2層連梁共同受力；豎向臨時支撐上下兩端采用枕木和100 mm×6 mm角鋼保護。

圖3 連梁間支撐示意

標高為60.83 m的樓層核心筒混凝土連梁支撐跨距為9.5 m，垂直于連梁沿南北方向設置2根H型鋼（圖4），鋼梁型號為HM250 mm×250 mm×9 mm×10 mm，長12 m，平行間距2 m，兼作祈福鐘滑移導軌和垂直起吊支撐梁。

圖4 飛檐平面及導軌布置

3.3 祈福鐘吊裝

祈福鐘高2.60 m，直徑2.20 m，吊運停靠的塔樓層高4.30 m，樓層上側飛檐超出停靠層支撐梁3.80 m，超出導軌1.03 m，因此除采用特殊的吊放方法外，須定制加長的祈福鐘托盤（圖5）。托盤架采用16#槽鋼，吊耳為厚20 mm鋼板，孔徑30 mm。采用柔性材料將鐘體固定在托盤上，在祈福鐘下側托盤面四周用木板、方木和三角木墊塞牢固。

圖5 托盤結構示意

使祈福鐘在標高為60.83 m的樓層進行水平運動，驗算吊裝過程的滾筒、牽引鋼絲繩、索具倒鏈和鋼梁等承載力，選用相應的規格和型號，最后確定采用10根φ11 mm滾筒，6（37）-140-11-順繞牽引鋼絲繩、6×37＋FC-1670的φ34.0 mm起吊鋼絲繩、使用5 t吊鏈牽引以及HM250 mm×250 mm×9 mm×10 mm的H型鋼。

1）清除原有建筑斜撐，打開祈福鐘水平進入通道。吊裝作業前，為使祈福鐘能夠進入塔內，拆除標高為60.83～65.10 mm的樓層④—⑤軸間原有建筑的柱間斜撐ZC15（圖6）。

圖6 ZC15斜撐拆除示意

2）祈福鐘吊運至標高60.83 m的明閣樓外側。托盤外側掛繩采用鋼絲繩，內側掛繩采用可起到松緊作用的倒鏈，起吊時兩側鋼絲繩長度一致，呈等腰三角形狀態。起重設備采用500 t液壓吊機，先將祈福鐘吊至標高為60.83 m的明閣樓外側，在離明閣樓外墻的近點，開始收緊托盤上的水平掛繩，嚴密觀察祈福鐘及托盤姿態，緩慢將祈福鐘托盤內側一端靠放在導軌端部的搬運車上（圖7）。

圖7 祈福鐘吊至明閣樓鉆洞

3）祈福鐘進入明閣樓。水平葫蘆始終收緊，豎向掛繩葫蘆放松，吊機趴臂收繩，三者協同，將祈福鐘由外向內移動，使鋼絲繩由等腰三角形向直角三角形轉變（圖8）。

圖8 祈福鐘進入明閣樓

4）祈福鐘落至明閣樓地面導軌。放松豎向掛繩倒鏈，收緊水平倒鏈，直到托盤2/3以上到達樓層內的地面，當吊機的鋼絲繩掛點與吊機位于同一根垂直線位置時，另一根掛繩倒鏈全部松開，此時托盤4.97 m處于導軌上，祈福鐘本體也完全進入導軌，可完全松開吊機上的鋼絲繩和倒鏈掛繩，收緊水平倒鏈將祈福鐘盤移到明閣樓中心（圖9）。

圖9 祈福鐘落至明閣樓地面

5）祈福鐘塔內垂直吊裝。祈福鐘運入塔中心放置妥當后，立即恢復拆除的柱間支撐，ZC15斜撐恢復并驗收合格后，方可吊裝塔內的祈福鐘。懸掛樓層下2個輔助吊掛點，用葫蘆倒鏈方式將祈福鐘整體提升至離地2 m高度后，放松鐘底部一端倒鏈，抬高鐘頂部一端倒鏈，將側放的祈福鐘豎起，中心吊點拴住鐘頂，然后一邊托住祈福鐘底部一邊提升，直至提升至中心掛點處，最終將祈福鐘荷載從水平托盤轉移至懸吊層中心吊點，完成祈福鐘安裝（圖10）。托盤及導軌撤出后，拆除吊運樓層處的臨時支撐。

圖10 塔內垂直吊裝示意

4 其他措施

1）標高為70.85 m的樓層鋼梁平面中心處焊縫節點加固。先進行局部樓板剔鑿工作，露出中心節點，對上下翼緣等強熔透焊縫修補，全部滿焊合格后，用混凝土封閉。

2）500 t液壓汽車吊停放所需寬度是現場道路寬度的2.5倍，須挖除地下室紅線北側東西向的土方3 m3。

3）對標高60.83 m樓層④—⑤軸和①—②軸間的混凝土連梁下部采用角鋼臨時護角。

4）導軌鋼梁與橫梁間采用枕木墊襯，使鋼梁與整個鐘體機組質量均承載于橫梁與立柱梁上，用以保護樓板。

5）全部構件加固改造和吊裝完成后進行防腐、防火涂裝工作，防護標準同原設計要求。

5 結語

本項目通過可靠計算和精確控制，尤其是分階段的高精度協同吊裝，最終順利完成祈福鐘的增設安裝。安裝過程的結構應力和位移監測數據顯示，本施工工藝安全可靠，能保證安裝質量，將原有結構的破壞降至最低限度，降低了施工成本，取得了良好的社會和經濟效益。