谷 凱，倪冬燕，楊德生

（1.上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司，上海 200072；2.上海建工裝備工程有限公司，上海 200999；3.上海建工集團(tuán)股份有限公司，上海 200080)

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的飛速發(fā)展，建造技術(shù)不斷提升，越來(lái)越多的高聳異形構(gòu)筑物拔地而起成為各中心城市的新地標(biāo)。隨著時(shí)間推移這些高聳異形構(gòu)筑物逐漸進(jìn)入修繕維護(hù)期，因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的電動(dòng)吊籃等維護(hù)修繕作業(yè)設(shè)備不再適用。

1 工程概況

東方明珠廣播電視塔是上海的標(biāo)志性文化景觀之一，塔高467.9m。該建筑于1991 年興建，1995 年投入使用，已建成20 余年（圖1）。東方明珠廣播電視塔是多筒結(jié)構(gòu)，筒體表面采用清水混凝土，常年直接暴露在自然環(huán)境中。隨著時(shí)間的推移，混凝土表面出現(xiàn)不同程度的變色、污跡和局部損壞現(xiàn)象，不僅影響塔體外觀，也將帶來(lái)眾多安全隱患。為防止混凝土繼續(xù)出現(xiàn)風(fēng)化、腐蝕等現(xiàn)象，需對(duì)塔體混凝土表面進(jìn)行修繕維護(hù)。本次東方明珠塔體外立面修繕作業(yè)高度為254m以下混凝土結(jié)構(gòu)外表面，作業(yè)區(qū)域?yàn)樯锨蝮w至下球體（254～110m）和下球體至地面（74m 以下垂直柱體）兩部分。

圖1 東方明珠實(shí)景圖

2 施工方案選擇

針對(duì)東方明珠廣播電視塔高聳異形構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)特殊性，修繕作業(yè)位置超高空懸空狀態(tài)，綜合考慮修繕作業(yè)各項(xiàng)環(huán)境因素，選擇采用特制研發(fā)的環(huán)形軌道式特種吊籃（圖2）。環(huán)形軌道式特種吊籃基于9m 直徑圓形立柱的等截面豎直形態(tài)的造型特點(diǎn)和柱表面實(shí)際工況，在標(biāo)準(zhǔn)吊籃的基礎(chǔ)上專(zhuān)項(xiàng)研發(fā)，主要解決立柱懸空面作業(yè)中操作人員的姿態(tài)穩(wěn)定和有效操作的問(wèn)題，及外弧面17 000 個(gè)孔位查修和8 500m2砼表面修復(fù)、涂裝等修繕工作，以滿(mǎn)足本次修繕工程的施工需求，提升高空作業(yè)中的安全性和施工效率。

圖2 環(huán)形軌道式特種吊籃總裝配圖

3 環(huán)形軌道式特種吊籃裝置設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 環(huán)形軌道式特種吊籃裝置構(gòu)造

1）支架系統(tǒng) 支架系統(tǒng)是環(huán)形軌道式特種吊籃機(jī)構(gòu)的支撐系統(tǒng)，用于環(huán)形軌道系統(tǒng)的固定。支架系統(tǒng)主要包括：根部埋件、化學(xué)錨栓、三角支架、平面拉桿。在塔體混凝土立柱外弧面相應(yīng)作業(yè)位置植入根部埋件與化學(xué)錨栓，用于固定三角支架。三角支架由H 型鋼125mm×125mm 的主梁與H型鋼100mm×100mm的斜撐拼接而成，斜撐底部設(shè)置安全繩掛點(diǎn)（圖3）。平面拉桿采用?48×3.5mm 鋼管，安裝于相鄰兩副三角支架間，在支架主梁上下翼緣各設(shè)置一道（圖4）。平面拉桿作為三角支架側(cè)向剛度增強(qiáng)措施，拉桿端部為可調(diào)節(jié)構(gòu)造，以適應(yīng)三角支架的實(shí)際安裝位置（圖5）。

圖3 三角支架側(cè)視圖

2）環(huán)形軌道系統(tǒng) 環(huán)形軌道系統(tǒng)是吊籃機(jī)構(gòu)的行走軌道，環(huán)形軌道系統(tǒng)主要包括：軌道梁懸掛調(diào)節(jié)件（花籃螺絲）、環(huán)形軌道梁（圖6）。軌道梁懸掛調(diào)節(jié)件（花籃螺絲）上端垂直固定于三角支架下方，下端固定環(huán)形軌道梁。環(huán)形軌道梁為150mm×125mm 的H 型鋼，每段長(zhǎng)度1.5m，共分11 段，總長(zhǎng)20m，每?jī)啥诬壍篱g的腹板與上翼緣均通過(guò)連接板對(duì)接。

圖4 平面拉桿側(cè)視圖

圖5 平面拉桿布置圖及端部局部詳圖

圖6 環(huán)形軌道系統(tǒng)

3）吊籃機(jī)構(gòu)系統(tǒng) 的工作平臺(tái)及作業(yè)設(shè)備材料臨時(shí)堆放平臺(tái)，吊籃機(jī)構(gòu)包括：吊籃、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、倒鏈。選用型號(hào)ZLP350 的吊籃，通過(guò)傳動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)吊籃豎向移動(dòng)，同時(shí)利用倒鏈實(shí)現(xiàn)其沿環(huán)形軌道梁橫向移動(dòng)。

3.2 環(huán)形軌道式特種吊籃裝置布置位置

根據(jù)本次修繕作業(yè)區(qū)域，將吊籃裝置設(shè)置于塔體250m、68m 標(biāo)高混凝土立柱外表面，環(huán)單根立柱布置。68m 標(biāo)高立柱處：20m 弧長(zhǎng)的環(huán)形軌道均分布于外弧面上；250m 標(biāo)高立柱處：20m 弧長(zhǎng)的環(huán)形軌道，其中16m 位于外弧面上，約4m位于內(nèi)弧面（圖7）。

圖7 環(huán)形軌道式吊籃布置示意圖

3.3 開(kāi)口環(huán)形軌道截面的自由扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力分析

吊籃行走的環(huán)形軌道梁由每段長(zhǎng)度為1.5m的H 型鋼對(duì)接而成，在對(duì)接部位采用兩段H 型鋼間的腹板與上翼緣分別通過(guò)連接板連接，下翼緣由于需要小車(chē)通行，因此不能使用連接板連接，造成軌道對(duì)接部分的截面抗扭能力被削弱。沿環(huán)形軌道行走的吊籃始終對(duì)軌道產(chǎn)生沿著軌道切線(xiàn)方向的作用力，該作用力會(huì)使軌道受扭，而下翼緣無(wú)法閉合的情況將對(duì)于軌道抗扭是非常不利的。

為驗(yàn)證軌道梁結(jié)構(gòu)的安全性，用有限元軟件進(jìn)行受力計(jì)算分析。共分析兩種工況：①3m 跨吊籃在距離最長(zhǎng)的兩吊點(diǎn)之間；②3m 跨吊籃經(jīng)過(guò)兩跨跨中（或均接近跨中）。由軌道有限元分析計(jì)算結(jié)果可知，扭矩、彎矩、剪力最大值均出現(xiàn)在基本相同的位置，以T 型截面對(duì)軌道的受力情況進(jìn)行保守計(jì)算，對(duì)扭矩和彎矩取值，按理論公式計(jì)算結(jié)果得出該危險(xiǎn)截面在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下受力是安全的，軌道梁設(shè)計(jì)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。

4 環(huán)形軌道式特種吊籃裝置的安裝步驟

1）在混凝土立柱外弧面相應(yīng)位置種植化學(xué)錨栓及根部埋件。植筋豎向定位在沿上下模板孔的豎直線(xiàn)上；標(biāo)高控制250m、68m，實(shí)際實(shí)施中視上、下球體的球底點(diǎn)控制。相鄰水平度控制依據(jù)立柱環(huán)形分格凹槽，結(jié)合U 型水管控制。

2）通過(guò)電梯和人孔將吊籃機(jī)構(gòu)組件（除吊籃)運(yùn)送至平臺(tái)室外。在平臺(tái)層拼裝三角支架的主梁和斜撐，將三角支架安裝至對(duì)應(yīng)位置。

3）相鄰2 副三角支架安裝到位，安裝三角支架間平面拉桿。

4）安裝軌道梁懸掛調(diào)節(jié)件（花籃螺絲），對(duì)應(yīng)每個(gè)三角支架下方設(shè)置1 件。軌道梁懸掛調(diào)節(jié)件（花籃螺絲）作為環(huán)形軌道梁標(biāo)高調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通過(guò)螺紋構(gòu)造調(diào)整環(huán)形軌道梁水平度。

5）相鄰2 副軌道梁懸掛調(diào)節(jié)件（花籃螺絲）安裝完成，在平臺(tái)層將2 根1.5m 環(huán)形軌道梁分段組裝成3m 安裝段，通過(guò)平臺(tái)上作業(yè)人員提拉物料導(dǎo)向繩，蜘蛛人輔助將3m 段環(huán)形軌道梁安裝到位。

6）順序安裝第3 個(gè)三角支架、平面拉桿、軌道梁懸掛調(diào)節(jié)件（花籃螺絲）和環(huán)形軌道梁，直至安裝完成。

7）將吊籃搬運(yùn)至16m 平臺(tái)，利用16m 室外露天平臺(tái)通過(guò)斜向提拉，將吊籃提升到位。68m標(biāo)高吊籃安放在玻璃頂棚外側(cè)3m，通過(guò)攬風(fēng)繩作用逐步放至垂直狀；250m 標(biāo)高吊籃安放距離對(duì)應(yīng)立柱外弧面外側(cè)22m；250m 標(biāo)高吊籃提升操作。

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，吊籃提拉的傾角最大可達(dá)1∶10，通過(guò)圖形模擬（圖8），在此夾角情況下吊籃提升鋼絲繩距離下球體外檐口為3.08m，此距離已滿(mǎn)足吊籃不與下球體相碰的安全距離，故可實(shí)施斜向提拉。

圖8 250m標(biāo)高吊籃提升圖形模擬

5 結(jié)語(yǔ)

本次研制的環(huán)形軌道式特種吊籃裝置通過(guò)結(jié)構(gòu)分析及驗(yàn)算證明其可行性，及在東方明珠廣播電視塔維護(hù)修繕作業(yè)中的實(shí)踐應(yīng)用。該裝置滿(mǎn)足本工程的使用的結(jié)構(gòu)，能夠完成外立面施工人員到達(dá)，材料運(yùn)輸?shù)纫蠊δ?，并且通過(guò)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，能夠滿(mǎn)足安全使用的要求。該裝置不僅解決了東方明珠廣播電視塔塔體外立面混凝土塊墜落的安全隱患，而且一次性投入，節(jié)省近20 年的保養(yǎng)費(fèi)，具有安全可靠、成本低、操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)開(kāi)創(chuàng)了高聳異形構(gòu)筑物外立面修繕工程先河，技術(shù)上具有較高的應(yīng)用推廣價(jià)值。