索道式平移掛籃在大跨度場館高空作業中的應用研究*

陳業偉

(中建四局建設發展有限公司,福建 廈門 361000)

0 引言

隨著我國社會和經濟的快速發展,公共文體設施逐漸成為城市建設的重點內容,許多城市開始規劃并興建會展中心、體育場館等各類大型場館,該類項目普遍具有體量大、跨度大、結構形式多樣等特點,對施工技術和安全管控提出了更高要求[1-5]。

場館類項目頂棚安拆工程中需進行高空作業。按傳統作業方式通常需要搭設滿堂腳手架平臺,但是在面積大、安裝高度高的工程中,該方法施工成本高、安拆工期長,同時占地面積大,影響其他工種施工。雖然目前市面上也有一些機械升降裝置可供選擇,但都只限于低空作業,且無法進入一些狹小空間,適用性受到很大限制。因此,結合可行性、安全性、便捷性等因素設計一種高空大跨度施工技術以解決上述問題具有重要的現實意義。

本文依托廈門新體育中心工程(施工)Ⅱ標段項目,開展索道式平移掛籃的設計與應用,以解決施工難點,為大跨度場館高空作業方式提供參考和借鑒。

1 工程概況

廈門新體育中心項目效果如圖1所示。其中新體育中心工程(施工)II標段工程總建筑面積約23.04萬m2,體育館(比賽館及綜合訓練館)約15.0萬m2,游泳館建筑面積約7.54萬m2。

圖1 廈門新體育中心效果Fig.1 Effect of Xiamen New Sports Center

廈門新體育中心比賽館吸音垂片吊頂工程玻纖吸音垂片約12 000m2,采用布滿屋頂的安裝思路,安裝范圍如圖2所示,圖中綠色部分為吸音垂片。

圖2 吸音垂片平面布置Fig.2 Layout plan of sound-absorbing pendants

2 高空作業方式比選

常規可采用的高空作業方式主要有3種,如表1所示[6]。根據本項目的施工進度,由于馬道已安裝,金屬屋面已封頂,場館左右兩側部分區域無法使用高度大于屋面的機械,如起重機提升護籠等進行施工,機械盲區如圖3所示。而采用腳手架、管架等施工費時費力,且搭設后占用大量場地空間,不滿足交叉作業要求,增加大量施工成本。

表1 常規高空作業方式Table 1 Conventional high-altitude work methods

圖3 高空作業機械盲區示意Fig.3 Blind spots in high-altitude operation machinery

為解決上述問題,擬在左右機械盲區設計并采用一種索道式平移掛籃系統用于頂部吊頂工程的施工,以降低施工難度、加快施工進度。

3 索道式平移掛籃系統

3.1 工藝原理

傳統掛籃是設于建筑物或構筑物上的一種懸挑結構,利用提升機構驅動懸吊平臺,通過鋼絲繩沿建筑物或構筑物立面上、下運行的施工設施,也是為操作人員設置的作業平臺。掛籃一般多用于高層及多層建筑的外飾面作業、幕墻安裝、外墻清潔及相關維修保養工作,具有效率高、成本低、能重復使用的優點。但在吊頂工程中,施工面主要以水平方向分布,傳統掛籃上下移動的方式無法覆蓋施工面,并不適用。針對該問題,通過改進掛籃的移動方向,設計了一套索道式平移掛籃系統,如圖4所示。該系統主要包括掛籃、固定式定滑輪、雙向手搖式自鎖絞盤、鋼絲繩等裝置。通過橫向搭設2條鋼絲繩作為掛籃在高空移動的軌道,在掛籃兩側各布置1個1800LB型雙向手搖式自鎖絞盤,施工中作業人員可采用手動驅動方式轉動手搖式自鎖絞盤,從而使掛籃沿鋼絲繩拉設方向橫向移動至施工部位,滿足不同部位的施工需求。

圖4 索道式平移掛籃系統Fig.4 Cableway type lateral moving hanging basket system

3.2 掛籃設計

掛籃尺寸為3 000mm×1 350mm×800mm,如圖5所示。主體框架由方管焊接而成,底部為1mm厚花紋鋼板,四周設有350mm高的鍍鋅白鐵皮踢腳板和鐵絲網,防止物體和人員高處墜落。掛籃每側配有2個定滑輪和手搖式自鎖絞盤。掛籃安裝時,鋼絲繩索道穿過掛籃上的固定式定滑輪并繞在雙向手搖式自鎖絞盤上。

圖5 掛籃尺寸Fig.5 Hanging basket size

3.3 鋼絲繩索道設計

每只掛籃設計有2根φ17.5的鋼絲繩索道,鋼絲繩拉設方向即為掛籃的移動方向。索道兩端的固定位置可根據現場施工情況確定,由于施工中掛籃僅作為承載工人的作業平臺,不承載施工材料,通常可直接固定在現場的橫梁、鋼柱等主體結構上,所選擇的主體結構固定位置需滿足受力要求,必要時應結合掛籃的施工荷載進行相應的受力驗算和復核,以明確對主體結構是否有影響,保證施工安全。

鋼絲繩分為固定端和緊固端,固定端將鋼絲繩直接繞過橫梁,然后用4個卡扣進行固定,如圖6a所示,并在第3個和第4個卡扣之間設置一個“安全彎”用于檢查接頭是否可靠以及鋼絲繩是否滑動。鋼絲繩另一端為緊固段,如圖6b所示,鋼絲繩繞過橫梁后,采用手拉葫蘆將鋼絲繩拉緊,然后采用卡扣進行固定,固定完成后再去掉手拉葫蘆。最后對鋼絲繩整體質量進行檢查,確保無瑕疵且性能滿足要求。

圖6 索道固定方式Fig.6 Cableway fixation method

3.4 索道防下撓措施

索道式掛籃作業時,當橫向跨度較大時,受自身重力及安裝后吊籃的重力影響,鋼絲繩可能產生過大的下撓度,使屋面吊頂板與掛籃之間距離過大,影響屋面吊頂板的安裝,且存在安全隱患,故鋼絲繩每間隔5m設置1處固定點,固定點采用緊繩器,如圖7所示,緊繩器頂部設有鋼絲繩套,可直接套接在施工現場的鋼結構上,下部與鋼絲繩連接,確保鋼絲繩的撓度值在正常范圍內。

圖7 固定點設置Fig.7 Setting of fixed points

由于安裝了緊繩器,掛籃橫向位移時會受到緊繩器的阻礙,因此,當施工完一個區域后,作業人員須先在掛籃后方(已施工區域)額外安裝緊繩器調節鋼絲繩的高度,使其受力后再拆除前方(前進方向)的緊繩器。掛籃移動時需2個操作人員分別同時搖動掛籃兩側的雙向手搖式自鎖絞盤,從而驅動掛籃橫向移動至指定區域施工。

3.5 安全繩的拉設

為了保證施工安全,在掛籃移動方向獨立拉設1條φ8的鋼絲繩作為安全繩,如圖8所示,操作人員作業時可將安全帶掛在安全鋼絲繩上。并嚴禁此安全繩與其他施工設備相連,確保其僅作為獨立的安全繩使用。安全繩的兩端固定在主體結構上,采用專用的鋼絲繩卡扣進行固定,且每端固定所用鋼絲繩專用卡扣不少于3個,安全繩每隔4～5m在主體結構梁上纏繞最少1周且用不少于1個的鋼絲繩專用卡扣進行固定,充分保證安全繩的安全性。

圖8 安全繩示意Fig.8 Safety rope

3.6 安全保證措施

索道式掛籃作為一種非常規施工方式,施工過程中需要重點注意以下幾點。

1)不得在風速>8.3m/s及雨、雪等惡劣天氣下作業。

2)在使用過程中安排專人定期檢查鋼絲繩、安全繩是否有破損、磨損的情況,若有需要必須及時更換。

3)作業人員進入與離開時,掛籃必須以高空作業車“輸送”的方式進入施工掛籃。嚴禁攀爬、爬梯等違規方式進入掛籃。

4)掛籃僅作為承載工人和施工工具的作業平臺,不可承載材料。

5)作業區域必須設置警戒線且有專職人員巡查看管,避免有其他專業人員誤入。

3.7 設計計算要點

索道式平移掛籃系統設計中主要受力構件需經過受力分析和驗算。計算和分析的內容主要包括掛籃的施工荷載以及鋼絲繩的撓度和張力。

1)掛籃施工荷載分析

掛籃的施工荷載包括主體框架、定滑輪和手搖絞盤等構件的自重荷載,同時加上每部掛籃配備2名施工人員的荷載。由于該高空掛籃主要用于場館室內作業,因此可不考慮風荷載影響,但當用于室外高空作業時則必須考慮風荷載。根據施工荷載,掛籃驗算應具有足夠的剛度和強度,主要受力構件的焊縫必須達到設計要求。

2)鋼絲繩撓度控制和受力驗算

鋼絲繩若出現過大的下撓度將影響后續施工,該掛籃系統通過每間隔5m設置一處固定點控制撓度,當撓度不滿足要求時則可考慮縮小固定間隔。

鋼絲繩承受的荷載主要為掛籃施工荷載及鋼絲繩自重。當荷載位于鋼絲繩跨度中央時,鋼絲繩的撓度及工作張力達到最大值,鋼絲繩張力的計算公式如下:

T=QL/4f+WL2/8f

(1)

式中:T為鋼絲繩張力(N);Q為施工荷載(N);W為鋼絲繩單位自重力(N/m);L為鋼絲繩跨度,即兩支點的水平距離(m);f為鋼絲繩的最大撓度(m)。

計算鋼絲繩安全系數:

S=N/T

(2)

式中:S為安全系數;N為鋼絲繩破斷力。

掛籃用的鋼絲繩安全系數應不小于9,當驗算安全系數不滿足要求時,需調整鋼絲繩的型號、直徑和跨度,以滿足要求。

4 工程應用

首先根據體育館兩側機械盲區(見圖3)的分布情況確定掛籃的滑動方向,主要有南北和東西2種滑動方向可供選擇。若選用南北向滑動,掛籃最大滑動跨度接近40m,索道鋪設長度長、變形量大,且南北向索道的固定點較難布置,結合吊頂主龍骨安裝方向,最終采用東西向滑動,在兩側機械盲區部位各布置9部掛籃,共計18部掛籃,布置情況如圖9所示。

圖9 掛籃布置Fig.9 Hanging basket layout plan

空間吸聲體的施工工藝流程為:主龍骨吊桿→主龍骨→主龍骨連接件→副龍骨→副龍骨連接件→空間吸聲體,其中主龍骨、副龍骨、空間吸聲體等材料需采用索道式平移掛籃進行高空安裝。安裝時,相關材料先運輸至安裝部位下方,再采用垂直運輸設備如直臂車、卷揚機等方式將材料提升至安裝位置,掛籃內的作業人員將掛籃移動至合適位置進行安裝,該部位安裝完成后再移動至下一部位重復上述步驟繼續施工。整個施工過程工序簡單、方便快捷、占用空間小、不影響下部其他工種的施工,有效加快了施工進度。

5 結語

廈門新體育中心工程(施工)II標段工程索道式平移掛籃系統的成功應用解決了大跨度場館吊頂施工難題,針對傳統高空作業方式占地面積大、安拆工期長、存在作業盲區等缺點給出了具體解決方案,豐富了場館類項目的高空作業方式,為類似工程施工提供了參考,具有較好的推廣價值。