陳業(yè)偉

(中建四局建設(shè)發(fā)展有限公司,福建 廈門 361000)

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,公共文體設(shè)施逐漸成為城市建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容,許多城市開(kāi)始規(guī)劃并興建會(huì)展中心、體育場(chǎng)館等各類大型場(chǎng)館,該類項(xiàng)目普遍具有體量大、跨度大、結(jié)構(gòu)形式多樣等特點(diǎn),對(duì)施工技術(shù)和安全管控提出了更高要求[1-5]。

場(chǎng)館類項(xiàng)目頂棚安拆工程中需進(jìn)行高空作業(yè)。按傳統(tǒng)作業(yè)方式通常需要搭設(shè)滿堂腳手架平臺(tái),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(zhǎng),同時(shí)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(jī)械升降裝置可供選擇,但都只限于低空作業(yè),且無(wú)法進(jìn)入一些狹小空間,適用性受到很大限制。因此,結(jié)合可行性、安全性、便捷性等因素設(shè)計(jì)一種高空大跨度施工技術(shù)以解決上述問(wèn)題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文依托廈門新體育中心工程(施工)Ⅱ標(biāo)段項(xiàng)目,開(kāi)展索道式平移掛籃的設(shè)計(jì)與應(yīng)用,以解決施工難點(diǎn),為大跨度場(chǎng)館高空作業(yè)方式提供參考和借鑒。

1 工程概況

廈門新體育中心項(xiàng)目效果如圖1所示。其中新體育中心工程(施工)II標(biāo)段工程總建筑面積約23.04萬(wàn)m2,體育館(比賽館及綜合訓(xùn)練館)約15.0萬(wàn)m2,游泳館建筑面積約7.54萬(wàn)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?shù)陌惭b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(yè)方式比選

常規(guī)可采用的高空作業(yè)方式主要有3種,如表1所示[6]。根據(jù)本項(xiàng)目的施工進(jìn)度,由于馬道已安裝,金屬屋面已封頂,場(chǎng)館左右兩側(cè)部分區(qū)域無(wú)法使用高度大于屋面的機(jī)械,如起重機(jī)提升護(hù)籠等進(jìn)行施工,機(jī)械盲區(qū)如圖3所示。而采用腳手架、管架等施工費(fèi)時(shí)費(fèi)力,且搭設(shè)后占用大量場(chǎng)地空間,不滿足交叉作業(yè)要求,增加大量施工成本。

表1 常規(guī)高空作業(yè)方式Table 1 Conventional high-altitude work methods

圖3 高空作業(yè)機(jī)械盲區(qū)示意Fig.3 Blind spots in high-altitude operation machinery

為解決上述問(wèn)題,擬在左右機(jī)械盲區(qū)設(shè)計(jì)并采用一種索道式平移掛籃系統(tǒng)用于頂部吊頂工程的施工,以降低施工難度、加快施工進(jìn)度。

3 索道式平移掛籃系統(tǒng)

3.1 工藝原理

傳統(tǒng)掛籃是設(shè)于建筑物或構(gòu)筑物上的一種懸挑結(jié)構(gòu),利用提升機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)懸吊平臺(tái),通過(guò)鋼絲繩沿建筑物或構(gòu)筑物立面上、下運(yùn)行的施工設(shè)施,也是為操作人員設(shè)置的作業(yè)平臺(tái)。掛籃一般多用于高層及多層建筑的外飾面作業(yè)、幕墻安裝、外墻清潔及相關(guān)維修保養(yǎng)工作,具有效率高、成本低、能重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)。但在吊頂工程中,施工面主要以水平方向分布,傳統(tǒng)掛籃上下移動(dòng)的方式無(wú)法覆蓋施工面,并不適用。針對(duì)該問(wèn)題,通過(guò)改進(jìn)掛籃的移動(dòng)方向,設(shè)計(jì)了一套索道式平移掛籃系統(tǒng),如圖4所示。該系統(tǒng)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(guò)橫向搭設(shè)2條鋼絲繩作為掛籃在高空移動(dòng)的軌道,在掛籃兩側(cè)各布置1個(gè)1800LB型雙向手搖式自鎖絞盤,施工中作業(yè)人員可采用手動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式轉(zhuǎn)動(dòng)手搖式自鎖絞盤,從而使掛籃沿鋼絲繩拉設(shè)方向橫向移動(dòng)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(tǒng)Fig.4 Cableway type lateral moving hanging basket system

3.2 掛籃設(shè)計(jì)

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(shè)有350mm高的鍍鋅白鐵皮踢腳板和鐵絲網(wǎng),防止物體和人員高處墜落。掛籃每側(cè)配有2個(gè)定滑輪和手搖式自鎖絞盤。掛籃安裝時(shí),鋼絲繩索道穿過(guò)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(shè)計(jì)

每只掛籃設(shè)計(jì)有2根φ17.5的鋼絲繩索道,鋼絲繩拉設(shè)方向即為掛籃的移動(dòng)方向。索道兩端的固定位置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況確定,由于施工中掛籃僅作為承載工人的作業(yè)平臺(tái),不承載施工材料,通常可直接固定在現(xiàn)場(chǎng)的橫梁、鋼柱等主體結(jié)構(gòu)上,所選擇的主體結(jié)構(gòu)固定位置需滿足受力要求,必要時(shí)應(yīng)結(jié)合掛籃的施工荷載進(jìn)行相應(yīng)的受力驗(yàn)算和復(fù)核,以明確對(duì)主體結(jié)構(gòu)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(guò)橫梁,然后用4個(gè)卡扣進(jìn)行固定,如圖6a所示,并在第3個(gè)和第4個(gè)卡扣之間設(shè)置一個(gè)“安全彎”用于檢查接頭是否可靠以及鋼絲繩是否滑動(dòng)。鋼絲繩另一端為緊固段,如圖6b所示,鋼絲繩繞過(guò)橫梁后,采用手拉葫蘆將鋼絲繩拉緊,然后采用卡扣進(jìn)行固定,固定完成后再去掉手拉葫蘆。最后對(duì)鋼絲繩整體質(zhì)量進(jìn)行檢查,確保無(wú)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?lián)洗胧?/h3>

索道式掛籃作業(yè)時(shí),當(dāng)橫向跨度較大時(shí),受自身重力及安裝后吊籃的重力影響,鋼絲繩可能產(chǎn)生過(guò)大的下?lián)隙?使屋面吊頂板與掛籃之間距離過(guò)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(shè)置1處固定點(diǎn),固定點(diǎn)采用緊繩器,如圖7所示,緊繩器頂部設(shè)有鋼絲繩套,可直接套接在施工現(xiàn)場(chǎng)的鋼結(jié)構(gòu)上,下部與鋼絲繩連接,確保鋼絲繩的撓度值在正常范圍內(nèi)。

圖7 固定點(diǎn)設(shè)置Fig.7 Setting of fixed points

由于安裝了緊繩器,掛籃橫向位移時(shí)會(huì)受到緊繩器的阻礙,因此,當(dāng)施工完一個(gè)區(qū)域后,作業(yè)人員須先在掛籃后方(已施工區(qū)域)額外安裝緊繩器調(diào)節(jié)鋼絲繩的高度,使其受力后再拆除前方(前進(jìn)方向)的緊繩器。掛籃移動(dòng)時(shí)需2個(gè)操作人員分別同時(shí)搖動(dòng)掛籃兩側(cè)的雙向手搖式自鎖絞盤,從而驅(qū)動(dòng)掛籃橫向移動(dòng)至指定區(qū)域施工。

3.5 安全繩的拉設(shè)

為了保證施工安全,在掛籃移動(dòng)方向獨(dú)立拉設(shè)1條φ8的鋼絲繩作為安全繩,如圖8所示,操作人員作業(yè)時(shí)可將安全帶掛在安全鋼絲繩上。并嚴(yán)禁此安全繩與其他施工設(shè)備相連,確保其僅作為獨(dú)立的安全繩使用。安全繩的兩端固定在主體結(jié)構(gòu)上,采用專用的鋼絲繩卡扣進(jìn)行固定,且每端固定所用鋼絲繩專用卡扣不少于3個(gè),安全繩每隔4～5m在主體結(jié)構(gòu)梁上纏繞最少1周且用不少于1個(gè)的鋼絲繩專用卡扣進(jìn)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(guī)施工方式,施工過(guò)程中需要重點(diǎn)注意以下幾點(diǎn)。

1)不得在風(fēng)速>8.3m/s及雨、雪等惡劣天氣下作業(yè)。

2)在使用過(guò)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(shí)更換。

3)作業(yè)人員進(jìn)入與離開(kāi)時(shí),掛籃必須以高空作業(yè)車“輸送”的方式進(jìn)入施工掛籃。嚴(yán)禁攀爬、爬梯等違規(guī)方式進(jìn)入掛籃。

4)掛籃僅作為承載工人和施工工具的作業(yè)平臺(tái),不可承載材料。

5)作業(yè)區(qū)域必須設(shè)置警戒線且有專職人員巡查看管,避免有其他專業(yè)人員誤入。

3.7 設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn)

索道式平移掛籃系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要受力構(gòu)件需經(jīng)過(guò)受力分析和驗(yàn)算。計(jì)算和分析的內(nèi)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(gòu)件的自重荷載,同時(shí)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(chǎng)館室內(nèi)作業(yè),因此可不考慮風(fēng)荷載影響,但當(dāng)用于室外高空作業(yè)時(shí)則必須考慮風(fēng)荷載。根據(jù)施工荷載,掛籃驗(yàn)算應(yīng)具有足夠的剛度和強(qiáng)度,主要受力構(gòu)件的焊縫必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2)鋼絲繩撓度控制和受力驗(yàn)算

鋼絲繩若出現(xiàn)過(guò)大的下?lián)隙葘⒂绊懞罄m(xù)施工,該掛籃系統(tǒng)通過(guò)每間隔5m設(shè)置一處固定點(diǎn)控制撓度,當(dāng)撓度不滿足要求時(shí)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(dāng)荷載位于鋼絲繩跨度中央時(shí),鋼絲繩的撓度及工作張力達(dá)到最大值,鋼絲繩張力的計(jì)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(diǎn)的水平距離(m);f為鋼絲繩的最大撓度(m)。

計(jì)算鋼絲繩安全系數(shù):

S=N/T

(2)

式中:S為安全系數(shù);N為鋼絲繩破斷力。

掛籃用的鋼絲繩安全系數(shù)應(yīng)不小于9,當(dāng)驗(yàn)算安全系數(shù)不滿足要求時(shí),需調(diào)整鋼絲繩的型號(hào)、直徑和跨度,以滿足要求。

4 工程應(yīng)用

首先根據(jù)體育館兩側(cè)機(jī)械盲區(qū)(見(jiàn)圖3)的分布情況確定掛籃的滑動(dòng)方向,主要有南北和東西2種滑動(dòng)方向可供選擇。若選用南北向滑動(dòng),掛籃最大滑動(dòng)跨度接近40m,索道鋪設(shè)長(zhǎng)度長(zhǎng)、變形量大,且南北向索道的固定點(diǎn)較難布置,結(jié)合吊頂主龍骨安裝方向,最終采用東西向滑動(dòng),在兩側(cè)機(jī)械盲區(qū)部位各布置9部掛籃,共計(jì)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(jìn)行高空安裝。安裝時(shí),相關(guān)材料先運(yùn)輸至安裝部位下方,再采用垂直運(yùn)輸設(shè)備如直臂車、卷?yè)P(yáng)機(jī)等方式將材料提升至安裝位置,掛籃內(nèi)的作業(yè)人員將掛籃移動(dòng)至合適位置進(jìn)行安裝,該部位安裝完成后再移動(dòng)至下一部位重復(fù)上述步驟繼續(xù)施工。整個(gè)施工過(guò)程工序簡(jiǎn)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(jìn)度。

5 結(jié)語(yǔ)

廈門新體育中心工程(施工)II標(biāo)段工程索道式平移掛籃系統(tǒng)的成功應(yīng)用解決了大跨度場(chǎng)館吊頂施工難題,針對(duì)傳統(tǒng)高空作業(yè)方式占地面積大、安拆工期長(zhǎng)、存在作業(yè)盲區(qū)等缺點(diǎn)給出了具體解決方案,豐富了場(chǎng)館類項(xiàng)目的高空作業(yè)方式,為類似工程施工提供了參考,具有較好的推廣價(jià)值。