裘 磊

上海建工房產(chǎn)有限公司 上海 200080

現(xiàn)階段，隨著城市中心區(qū)土地資源越來越稀缺，城市建筑空間越來越向超高、超深方向發(fā)展。因此，城市建設(shè)中出現(xiàn)了越來越多的高層、超高層建筑。在高層、超高層建筑中一般會根據(jù)功能分區(qū)在不同的高度設(shè)置設(shè)備層[1]，由于設(shè)備層中涉及大型機(jī)電設(shè)備安裝，如何解決中心城區(qū)超高層建筑高層設(shè)備層大型機(jī)電設(shè)備高效、安全吊裝[2]，如何在中心城區(qū)狹小作業(yè)空間制約下選擇技術(shù)可行性高、經(jīng)濟(jì)性好的吊裝方法[3-4]，成為超高層大型機(jī)電設(shè)備吊裝亟待解決的難題。

1 工程概況

蘇州恒業(yè)鉑金大廈位于蘇州市姑蘇區(qū)西環(huán)路、獅山路交叉路口，北鄰活絡(luò)浜河道、西鄰運(yùn)河公園、東靠國際經(jīng)貿(mào)大廈、南連獅山橋。由塔樓（建筑高度162.75 m）和裙房（建筑高度23.45 m）2個部分組成，包含人防及非人防2個地下車庫，地下3層、地上38層，是集寫字樓、商住、休閑娛樂及購物中心于一體的超高層綜合性高端商務(wù)辦公樓?？傆玫孛娣e16 841 m2，建筑面積113 498.89 m2。塔樓結(jié)構(gòu)采用核心筒框架結(jié)構(gòu)，裙樓采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

本項目30－38層中央空調(diào)主機(jī)為2臺風(fēng)冷熱泵，單臺質(zhì)量為7.5 t，外形尺寸為6 709 mm×2 242 mm×2 464 mm。塔樓標(biāo)準(zhǔn)層（38層）最大建筑高度為150 m，風(fēng)冷熱泵機(jī)房位于38層之上，即塔樓最高處，機(jī)房及造型構(gòu)筑物建筑高度為162.75 m。

2 設(shè)備吊裝施工難點

2.1 多工序交叉作業(yè)互相干擾

2臺風(fēng)冷熱泵機(jī)組設(shè)備層上面還有2層框架層，當(dāng)大樓建到設(shè)備層時，風(fēng)冷熱泵機(jī)組吊裝作業(yè)需要在有限時間內(nèi)完成，必然存在吊裝施工與結(jié)構(gòu)、幕墻等專業(yè)工程之間交叉作業(yè)。

為此，在吊裝作業(yè)前必須根據(jù)吊裝作業(yè)環(huán)境選擇合理高效的吊裝工藝，同時制定嚴(yán)密的吊裝施工方案，協(xié)調(diào)好各個專業(yè)工程間施工工序的有效銜接，確保吊裝作業(yè)安全高效。

2.2 吊裝作業(yè)空間受限

主樓總高度161 m，設(shè)備層高度150 m，風(fēng)冷熱泵機(jī)組吊裝具有設(shè)備質(zhì)量重、吊裝高度高的特點。設(shè)備吊裝機(jī)械站位作業(yè)空間如圖1紅色區(qū)域所示，由于周邊環(huán)境受既有道路及建（構(gòu)）筑物限制，吊裝作業(yè)施工場地狹小，且在緊鄰項目主樓、裙樓的地面施工通道可站位區(qū)域均為地下室頂板，無法滿足大噸位吊機(jī)所需的地面荷載要求。

圖1 現(xiàn)場可供吊裝設(shè)備站位位置示意

2.3 現(xiàn)有設(shè)備難以滿足吊裝需求

由于風(fēng)冷熱泵外形尺寸大于電梯井及預(yù)留管道井尺寸的，如果利用井道進(jìn)行吊裝，需要將風(fēng)冷熱泵拆散吊裝，導(dǎo)致吊裝效率低、質(zhì)量風(fēng)險大。工程地上結(jié)構(gòu)施工階段主樓和裙樓分別布設(shè)1臺工作半徑50 m的QTZ125塔吊和工作半徑35 m的QTZ80塔吊。經(jīng)現(xiàn)場核算，設(shè)備質(zhì)量為7.5 t，在塔吊可允許的作業(yè)半徑內(nèi)，現(xiàn)場塔吊無法完成設(shè)備整體吊裝（圖2）。

圖2 現(xiàn)場塔吊布設(shè)平面示意

因此，在考慮風(fēng)冷熱泵機(jī)組整體吊裝的條件下存在設(shè)備荷載高、吊裝高度高、吊裝期間施工場地狹小、大吊裝設(shè)備作業(yè)場地承載力不足、現(xiàn)有吊裝設(shè)備無法利用等施工難點，傳統(tǒng)大噸位吊機(jī)受現(xiàn)場工況限制無法完成吊裝工作。

3 人字桅桿吊裝工藝

3.1 吊裝工藝選擇

超高層建筑大型機(jī)電設(shè)備吊裝方法主要有以下幾種：

1）利用電梯井及預(yù)留管道井作為運(yùn)輸通道，在其內(nèi)設(shè)置垂直機(jī)械提升裝置進(jìn)行垂直吊裝。該方法受限于既有管道結(jié)構(gòu)尺寸影響，大型機(jī)電設(shè)備可能需要進(jìn)行拆解吊裝，待各個組件吊裝就位后再進(jìn)行組裝，吊裝效率低、設(shè)備質(zhì)量風(fēng)險大。

2）利用超高層建筑結(jié)構(gòu)施工所使用的附墻塔吊進(jìn)行設(shè)備垂直吊裝，到達(dá)設(shè)備層時采用“奪吊法”使設(shè)備水平進(jìn)入設(shè)備層。“奪吊法”的使用受設(shè)備層凈高限制，如設(shè)備層凈高與設(shè)備外形高度尺寸差異不大，“奪吊法”作業(yè)空間有限導(dǎo)致操作難度大、風(fēng)險高；此外，“奪吊法”作業(yè)不符合塔吊安全作業(yè)規(guī)程要求，因此本項目中不宜采用。

3）人字桅桿吊裝方法特別適用于在傳統(tǒng)大噸位吊機(jī)無法應(yīng)用的狹小場地中進(jìn)行設(shè)備吊裝，近年來在超高層機(jī)電設(shè)備吊裝中得到了較大應(yīng)用，有效克服了超高層機(jī)電設(shè)備吊裝面臨的共性制約因素，如現(xiàn)場吊裝作業(yè)空間受限，大部分設(shè)備受限于自身質(zhì)量、外形尺寸限制不能整體吊裝，吊裝作業(yè)場地結(jié)構(gòu)設(shè)計未考慮大型設(shè)備吊裝工況下受力需求。該方法在應(yīng)用過程中，當(dāng)?shù)跹b高度較高時，吊裝過程受天氣影響較大，當(dāng)風(fēng)力較大時設(shè)備水平位移大，吊裝風(fēng)險高。

綜合分析以上3種吊裝方法的適用性和本項目吊裝施工的重、難點，從吊裝工藝技術(shù)可行性與經(jīng)濟(jì)性綜合考慮，最終選擇人字桅桿吊裝工藝。

3.2 吊裝工藝流程

綜合考慮吊裝設(shè)備作業(yè)空間、作業(yè)場地承載力等制約因素，制定了以人字桅桿吊裝體系為主的垂直吊裝方案，首先采用80 t汽車吊將熱泵機(jī)組吊裝到24 m高的裙房，再在主樓屋面搭設(shè)人字桅桿、卷揚(yáng)機(jī)、滑車半機(jī)械吊裝體系，通過用人字桅桿角度調(diào)整及多臺卷揚(yáng)機(jī)配合將2臺風(fēng)冷熱泵機(jī)組安全地吊裝到位。

具體的工藝流程如下：施工準(zhǔn)備→機(jī)具材料進(jìn)場→用塔吊把人字桅桿及起重機(jī)具吊運(yùn)至屋頂→桅桿拼接及豎立→卷揚(yáng)機(jī)安裝就位→拉導(dǎo)向鋼絲繩，主吊滑車放下，變幅滑車調(diào)整→安全檢查→試吊→80 t汽車吊進(jìn)場定位，設(shè)備車輛進(jìn)場，吊機(jī)將設(shè)備吊到裙房上將設(shè)備拖運(yùn)到桅桿底下→設(shè)備正式吊裝到樓層后水平移位及就位→桅桿拆除解體吊運(yùn)到地面→吊裝結(jié)束機(jī)具出場。

3.3 人字桅桿吊裝結(jié)構(gòu)體系受力分析

人字桅桿吊裝體系在實際應(yīng)用過程中受側(cè)向風(fēng)力影響較大，且吊裝高度越高影響越大。綜合考慮人字桅桿結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性，主要由人字桅桿、卷揚(yáng)機(jī)、滑車半機(jī)械吊裝體系、防旋轉(zhuǎn)裝置等組成。

人字桅桿結(jié)構(gòu)體系吊裝最大受力工況為：吊裝半徑7 m、桅桿長度12 m、桅桿自重1.5 t、滑車組與桅桿夾角33°、桅桿與水平夾角55°、纜風(fēng)繩與水平夾角11°、索具自重1 t、風(fēng)冷熱泵機(jī)組質(zhì)量7.5 t。

3.3.1 起重機(jī)具選擇

起吊滑車組選用H16×3D滑車1臺、H16×2D滑車1臺構(gòu)成2-2滑車組，單頭引出繩，經(jīng)計算，經(jīng)2臺導(dǎo)向滑車去卷揚(yáng)機(jī)拉力為2.99 t。提升串繞繩選用6×37＋FC-1770抗拉強(qiáng)度鋼絲繩。經(jīng)計算，鋼絲繩直徑為19.8 mm，圓整到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，選用直徑20 mm的鋼絲繩。

桅桿上吊索受力為13.04 t，鋼絲繩連接滑車組選用6×37＋FC-1770抗拉強(qiáng)度鋼絲繩。經(jīng)計算，鋼絲繩直徑為29.93 mm，圓整到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，選用直徑為30 mm的鋼絲繩。

桅桿下吊索繩為四分支，對角線為60°，經(jīng)計算，吊索繩每分支承受力為2.9 t。選用6×37＋FC-1770抗拉強(qiáng)度鋼絲繩。經(jīng)計算，鋼絲繩直徑為19.55 mm，圓整到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，選用直徑為20 mm的鋼絲繩。

桅桿頂端纜風(fēng)繩拉力為8.21 t，經(jīng)計算，纜風(fēng)繩每分支承受力為4.72 t。選用6×37＋FC-1770抗拉強(qiáng)度鋼絲繩。經(jīng)計算，鋼絲繩直徑為24.9 mm，圓整到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，選用直徑為26 mm的鋼絲繩。

桅桿纜風(fēng)繩尾部鋼絲繩連接滑車組拉索繩為兩分支，對角線為44°，經(jīng)計算，吊索繩每分支承受力為4.42 t。選用6×37＋FC-1770抗拉強(qiáng)度鋼絲繩。經(jīng)計算，鋼絲繩直徑為28.1 mm，圓整到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，選用直徑為28 mm的鋼絲繩。

變幅滑車組選用2只H10×4D滑車，構(gòu)成4-4滑車組，引出繩經(jīng)過2臺導(dǎo)向滑車后引至卷揚(yáng)機(jī)。經(jīng)計算，卷揚(yáng)機(jī)拉力為1.322 t，因此選用2 t慢速卷揚(yáng)機(jī)1臺。變幅串繞繩按6×37＋FC-1770抗拉強(qiáng)度計。經(jīng)計算，鋼絲繩直徑為13.77 mm，圓整到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，選用直徑為14 mm的鋼絲繩。

3.3.2 人字桅桿受力分析

人字桅桿底部正向水平推力為4.717 t，因此每根桅桿腳用5 t手拉葫蘆鎖緊到墻上；人字桅桿底部側(cè)向水平推力為1.43 t，因此人字桅桿2根底部腳用2 t手拉葫蘆封固；人字桅桿每根底部垂直壓力為8.65 t，在每根桅桿腳下墊道木和鋼板；人字桅桿中部所受的正壓力為9.26 t，桅桿采用φ219 mm×8 mm無縫鋼管。經(jīng)計算，鋼管中部截面應(yīng)力為90.67 MPa，鋼管材質(zhì)為20#鋼，屈服強(qiáng)度為245 MPa，安全系數(shù)取1.7，則鋼管的許用屈服強(qiáng)度為144 MPa＞鋼管中部的截面應(yīng)力90.67 MPa，符合安全要求。

3.4 結(jié)構(gòu)受力驗算

3.4.1 汽車吊支腿壓力

80 t汽車吊自重為64 t，風(fēng)冷熱泵機(jī)組質(zhì)量為7.5 t，此載重工況用經(jīng)驗公式計算得汽車吊每條支腿受力為21 t。

汽車吊4個支腿伸出分別落在主次梁的交會處，確保力通過主梁傳遞給結(jié)構(gòu)柱。同時支腿下布設(shè)走道板，避免支腿直接落在結(jié)構(gòu)板上。

3.4.2 裙房屋面荷載

吊裝方案擬將7.5 t設(shè)備吊運(yùn)至裙房屋面，在裙房屋面上擱置2條25#工字鋼做導(dǎo)軌，設(shè)備在導(dǎo)軌上托運(yùn)至吊裝點正下方。根據(jù)設(shè)計圖紙上人屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值2.0 kPa（建筑完成面荷載），屋面建筑做法均布荷載約為1.0 kPa，因此，結(jié)構(gòu)實際荷載為3.0 kPa。

設(shè)備吊裝時樓板混凝土已達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度，計算中將樓板考慮為剛性傳力構(gòu)件，由于鋼梁導(dǎo)軌與框架主次梁搭接，只考慮設(shè)備及混凝土塊等的活荷載以均布力由結(jié)構(gòu)樓板受力，確保荷載分布均勻，同時亦避免產(chǎn)生集中荷載。根據(jù)結(jié)構(gòu)圖紙，取最不利工況，梁柱間中心尺寸為8.4 m×4.5 m，考慮3個部分的活荷載：工字鋼自重3.46 kN、設(shè)備重73.5 kN；則吊裝施工平均荷載為2.03 kPa＜3.0 kPa，小于設(shè)計要求均布荷載。

3.4.3 屋面荷載

設(shè)備吊裝至38層樓面后直接放置于基礎(chǔ)之上，該基礎(chǔ)荷載原設(shè)計已經(jīng)過驗算，符合設(shè)備荷載要求。

4 人字桅桿吊裝施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 人字桅桿體系拼裝關(guān)鍵技術(shù)

1）人字桅桿用無縫鋼管及起重吊具等的垂直運(yùn)輸采用既有塔吊運(yùn)送至設(shè)備層頂。

2）人字桅桿結(jié)構(gòu)體系采用鉸鏈連接作前后變幅，穿掛變幅滑車及主吊滑車。

3）桅桿2只腳豎立在⑥軸與⑤軸間交1/L 軸與L 軸處的框架梁上，在該處拼φ219 mm×8 mm無縫鋼管人字桅桿。桅桿腳主要受力橫梁上單桅桿腳垂直力86.5 kN。桅桿采用法蘭連接配8.8級螺栓。

4）桅桿拼裝完成、變幅滑車組穿好后，桅桿腳前方用2只5 t手拉葫蘆收緊后啟動變幅滑車組的卷揚(yáng)機(jī)，使桅桿板收緊2只5 t手拉葫蘆同時收緊到符合要求為止，再固定桅桿腳。

5）為保證人字桅桿體系的穩(wěn)定性，無縫鋼管人字桅桿底部腳離墻3.5 m，人字桅底部寬4.5 m。

6）桅桿的主纜風(fēng)繩用φ14 mm鋼絲繩穿H10×4D滑車組，用于控制吊裝半徑。桅桿的主纜風(fēng)尾部由于中心位置不對，用2根鋼絲繩固定在39層（設(shè)備層的下1層），⑤軸與⑥軸交F 軸處立柱上。另1根固定在2/4 軸交F/1 軸處，并且用5 t手拉葫蘆調(diào)整中心位置。

7）桅桿的頭部主吊用φ30 mm鋼絲繩與滑車組連接，配合φ20 mm鋼絲繩穿H16×3D滑車組。

8）主上纜風(fēng)繩兩邊的保險邊纜風(fēng)繩用φ13 mm鋼絲繩，定在樓面的平面邊上；2根下纜風(fēng)繩用φ13 mm鋼絲繩及2只手拉葫蘆連接后，固定在樓面立柱。當(dāng)設(shè)備吊至一定高度時，手拉葫蘆適當(dāng)放松，對應(yīng)的桅桿板也適當(dāng)放松，以防止桅桿后翻，桅桿與水平夾角應(yīng)控制在不大于82°。

9）在設(shè)備層和女兒墻處固定2個可掛導(dǎo)索的滑動支架，分別用φ13 mm鋼絲繩作導(dǎo)索，一直通到以桅桿中心為對稱點的兩邊地面上，在地面上相應(yīng)位置樓面打洞穿鋼絲繩至下1層立柱上固定，將2只1 t手拉葫蘆與導(dǎo)索連接，在吊裝設(shè)備時將設(shè)備兩邊用卸甲穿在導(dǎo)索里，防止起吊設(shè)備過程中旋轉(zhuǎn)。

桅桿底座固定，兩桅桿底座用鋼絲繩固定牢，一頭用5 t手拉葫蘆將桅桿底座收緊，手拉葫蘆另一頭用φ28 mm鋼絲繩在女兒墻上打洞，后在下1層立柱上（分別在⑤軸與⑥軸交1/L 軸處）固定牢。

防旋轉(zhuǎn)裝置腳全部用膨脹螺栓固定，后腳在相應(yīng)的位置樓板打洞，用鋼絲繩從洞里穿到下1層后掛2 t手拉葫蘆再固定到立柱上收緊即可。

4.2 人字桅桿體系試吊

1）人字桅桿安裝完畢后要進(jìn)行空載運(yùn)行，在不吊裝任何物體的狀態(tài)下指揮人員、卷揚(yáng)機(jī)操作員、安全員要協(xié)調(diào)配合練習(xí)幾次。在運(yùn)行中檢查桅桿、鋼絲繩、卷揚(yáng)機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)制動器、電器開關(guān)、滑輪是否正常運(yùn)行。

2）人字桅桿試吊質(zhì)量為設(shè)備質(zhì)量的1.2倍，即試吊質(zhì)量為9 t。

3）動態(tài)試吊，開動主吊卷揚(yáng)機(jī)，使9 t配重離地0.2 m時停止，上下3次；檢查桅桿、主吊變幅滑車、纜風(fēng)繩、錨地卷揚(yáng)機(jī)制動器等各受力點是否正常。

3）靜態(tài)試吊，9 t配重離地0.5 m時停止，靜止15 min，檢查卷揚(yáng)機(jī)制動器是否良好。

4.3 人字桅桿體系設(shè)備吊裝關(guān)鍵技術(shù)

1）汽車吊把設(shè)備吊到裙房上，裙房樓面層設(shè)備拖運(yùn)路線用長6 m的25#工字鋼，按大樓軸線工字鋼兩頭騎在軸線上，樓板不受力，將設(shè)備拖運(yùn)到桅桿吊點下。

2）設(shè)備起吊到超越墻高度時解掉防旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，把設(shè)備轉(zhuǎn)身90°，啟動變幅卷揚(yáng)機(jī)使設(shè)備進(jìn)入樓面，桅桿板與水平夾角達(dá)到80°時，掛在設(shè)備一端的2只手拉葫蘆慢慢放松，使設(shè)備重心進(jìn)入樓面，再把拖運(yùn)鋼絲繩與設(shè)備連接牢，確定鋼絲繩受力后，慢慢地將設(shè)備放在走管上，用手拉葫蘆或卷揚(yáng)機(jī)將設(shè)備慢慢地平移到基礎(chǔ)旁，2臺設(shè)備全部吊到設(shè)備基礎(chǔ)上后，拆除桅桿，設(shè)備按要求平移到位，然后用起道機(jī)頂起設(shè)備抽走鋼管后精細(xì)就位。

5 結(jié)語

結(jié)合超高層風(fēng)冷熱泵機(jī)組整體吊裝時遇到吊裝設(shè)備荷載高、吊裝高度高、吊裝期間施工場地狹小等施工難點，傳統(tǒng)大噸位吊機(jī)又受現(xiàn)場工況限制無法完成吊裝工作的情況，采用人字桅桿角度調(diào)整、多臺卷揚(yáng)機(jī)配合，將2臺風(fēng)冷熱泵機(jī)組安全地吊裝到位。經(jīng)工程驗證，所述技術(shù)具有吊裝效率高、安全性高的優(yōu)勢，可為同類工程提供有益借鑒。