新型外倾斜曲面幕墙轨道吊篮的研制
时间：2023-02-22 23:25:05 来源：千叶帆 本文已影响人
张 辉
（厦门象屿港湾开发建设有限公司，福建 厦门 361000）
为了追求立面效果及良好的采光效果，倾斜面玻璃幕墙在异形建筑中应用的案例逐步增加。但是，对于这种异形幕墙结构来说，其安装施工技术是一个新的挑战。目前针对异型幕墙的施工方法通常是采用吊篮或满堂脚手架进行幕墙骨架或面板的安装，难以保证施工质量及施工效率。针对异形幕墙建筑悬吊平台与幕墙作业面太远无法施工的问题，本文结合外倾曲面幕墙的安装施工案例，研制了一种新型的外倾曲面幕墙钢丝绳轨道吊篮，具有较好的经济性及适用性。
象屿集团大厦位于福建省厦门市湖里区，项目整体呈方形，总建筑面积为97714.35㎡，建筑高度48.5m，地上主体结构分为东、西塔楼，其中2～4 层通过裙楼连接，屋面机房层通过张弦梁进行连接。整体建筑样式以象屿log“o红帆”形象为设计理念。本工程幕墙形式包含玻璃、陶板、金属网、铝单板等多种幕墙形式，其中东、西塔共3 个立面的外倾曲面幕墙，采用玻璃材质，形成镜面效果，产生特殊的视觉冲击，面积达到9954m²。
两塔的外倾斜曲面均为全封闭式玻璃幕墙，4层至屋面层幕墙的完成面与结构楼板夹角由78.9°至57.8°，角度变化大，三个弧形外倾立面的弧度半径分别为：98m、100m、120m，弧度大并呈现向外倾斜的造型，外倾曲面幕墙的安装施工方法是影响整个外立面幕墙施工质量、安全、进度的最重要因素。
2.1 传统异型幕墙施工方法存在的问题
目前针对异型幕墙的施工方法通常是采用吊篮或满堂脚手架进行幕墙骨架或面板的安装,但本工程由于外倾曲面水平距离达到17.3m，若搭设脚手架作为操作平台，采用落地架搭设，跨数将达到15 跨，占用面积大，安装风险高，搭设费用预估达到200 万元；
若采用悬挑式脚手架进行施工，受限于本项目的全立面全封闭式幕墙，在工字钢拆除后，布设工字钢的楼层幕墙无法安装，且工字钢布设多，工字钢固定螺栓易破坏桁架板，存在漏水风险。
常见的标准吊篮仅能满足直立面的外墙施工，无法解决异形截面的幕墙安装需求。而常规的非标准吊篮有骑墙马型和支座超高型，前者的优势表现为不占用屋面工程施工、无需施加配重、移位方便，后者具有避开屋面花架梁、高女儿墙的优点，但两者均只能在垂直面上进行“垂直升降”，无法解决外倾曲面幕墙的安装。因此，急需研制出一种外倾曲面幕墙新型吊篮装置，能贴合建筑轮廓，解决悬吊平台与幕墙作业面太远无法施工的问题，使吊篮安装简单快捷，安全高效，缩减工期。
2.2 新型吊篮装置的创新
通过观察观光缆车运行，发现可以通过设置支撑架，利用钢丝绳改变观光缆车的运行轨道，并在百度文库查询到《一种曲面上的吊篮导向装置》《一种内倾式的吊篮装置》2 篇专利。前者通过设置固定架，吊篮上增设导向轮和滚动轮，导向轮与导向轮卡槽活动连接，滚动轮与滚动轮卡槽活动连接。通过采用导向轮和突出部固定架控制吊篮的运行方向，使其能够在曲面轨道上运行，改变了吊篮仅可在垂直面上进行“垂直升降”这一固定式的运行方式。后者的工作平台通过工作钢丝绳与悬挂机构相连接，预埋拉耳设置在施工的内斜墙面上，所述预埋拉耳上连接左拉绳钩，左拉绳钩另一端与花篮螺栓相连接，拉绳一端连接在花篮螺栓上，拉绳另一端与设置于工作平台上的平台拉绳耳朵相连接，施工中可以根据内斜墙面的角度快速改变吊篮的倾斜方向[1]。
2.3 吊篮施工总体方案及施工难点
2.3.1 总体方案
本工程吊篮的难点主要为外倾斜曲面吊篮的设置，该部位吊篮运行时需要贴合建筑轮廓，钢丝绳导轨若一次拉通起点至终点，吊篮在运行至中途时悬吊平台与幕墙作业面太远无法施工。因此，吊轨需根据现场情况分段设置，将建筑外倾斜的弧线分成多段以减小每段弧线的弦高，使吊篮运行时满足实际工况需要，同时钢丝绳导轨设置段数越多,吊篮在施工时跨越的固定端就越多，使用时的工效就会降低。
对于该项目中的塔楼外倾斜立面吊篮的架设，可将吊篮架设在顶层，悬挂结构安装悬挑≤1.7m，前后支点距离为4.4m，根据建筑特点在屋面女儿墙、10F、8F、6F、4F 安装导向钢丝绳改变吊篮工作方向，钢丝绳固定件与幕墙预埋件焊接，在悬吊平台安装导向杆，使吊篮在运行时能贴合建筑造型弧线。
2.3.2 施工难点问题及解决方案
前面查找的2 项专利均不能直接适用于本工程。在项目实施方案中主要有4 个关键难点需要解决：（1）与建筑物着力点连接方式的选择；
（2）轨道材质的选择；
（3）斜曲面轨道的定型方式；
（4）曲面施工段分段点处理方式。
针对以上关键难点，通过安全性、经济性及适用性论证后选出最合适的方案：（1）采用预埋件焊接导向杆作为与建筑物着力点的连接方式；
（2）轨道材质选择钢丝绳柔性导轨；
（3）斜曲面轨道采用斜竖向导轨来定型；
（4）利用法兰钩来临时固定吊篮跨导轨施工段。
3.1 施工流程
本工程外倾斜曲面施工分为3 个阶段，每个施工段由下至上施工：
（1）第一施工段由满堂式脚手架作为幕墙施工操作平台。
（2）第二施工段为4～8 层，每2 层设置一段钢丝绳导轨，并在8 层钢丝绳导轨固定件上通过螺栓安装吊篮工作钢丝绳的导向杆，减小吊篮工作钢丝绳斜拉角度，导向杆设置限位作为第二施工段的导轨终点（如图1所示）。工作时吊篮由①号位置向上运行至②号处，将滑轮安装好后向下移动至③号位置进入工作状态，在运行至中间导轨固定端时通过法兰钩临时将吊篮与导向钢丝绳固定，再调整滑轮，待滑轮重新固定完成后松开法兰钩使吊篮恢复正常工作状态。
图1 吊篮操作流程图
（3）第三施工段为8～屋面层，在完成至第二施工段工作内容后将固定在8 层的导向杆①拆除，吊篮的操作与第二施工段方法一样，吊篮在完成当天工作后上行至施工段的终点，松开滑轮垂直下行至地面。
（4）倾斜面吊篮操作流程：工作时将吊篮垂直运行至施工段最高点，并将滑轮与钢丝绳导轨连接固定，向下运行至作业面。
3.2 施工要点控制
3.2.1 导轨固定件安装
（1）分析4～11F（倾斜斜率大的楼层）结构楼板夹角、每层外挑长度至合理施工距离，绘制导向杆布置节点图纸。考虑到柔性钢丝绳挠度影响（正常工作状态下按150mm 控制），经测算，每2 层设置一固定端，作为一分段，既满足悬吊平台工作状态时，距作业面施工距离在550mm以内，又能节省吊篮跨越分段时间，因此分别在4F、6F、8F、10F、屋面层分别设置导轨固定件，导轨固定件统一按伸出结构板边25cm，控制幕墙的预埋件与导轨固定件共用，通过焊接连接[2]。导轨固定件模型如图2所示。
图2 导轨固定件模型图
（2）导向杆①在8 层位置设置限位作为第二施工段的导轨终点，减小吊篮工作钢丝绳斜拉角度，减少吊篮从幕墙最高点向下运行时跨越导轨的固定件次数，使其在8 层以下施工时运行缩短上升距离行程，提升工作效率。采用80mm×4mm的钢方管加工制作，夹板厚度为8mm 钢板，用4 颗M10×80 不锈钢螺栓与导轨固定件连接，用于改变第二施工段吊篮工作绳与副绳的工作方向。
3.2.2 悬吊平台组装
（1）导向杆②采用50mm×50mm×5mm 方管加工成“T”型支架，水平向两端均固定滑轮，一侧用于固定导向钢丝绳，一侧用于固定吊篮工作钢丝绳，导向支架竖向杆用2 片8mm 厚钢板及4 颗不锈钢M10 螺栓与篮体固定。导向支架模型如图3所示。
图3 导向支架模型图
（2）在吊笼两个导向杆②支架立柱上均各安装一个法兰钩，用于悬吊平台运作至钢丝绳固定点时的临时固定措施。吊篮临时固定方式如图4所示。
图4 吊篮临时固定方式
吊篮通过工作钢丝绳在运作时先垂直上升至最高点后，将吊篮与导向钢丝绳固定后再向下运作至作业面，在运作至导向钢丝绳固定点时通过法兰钩临时将吊篮与导向钢丝绳固定，再调整滑轮，待滑轮重新固定完成后松开法兰钩使吊篮恢复正常工作状态。
3.2.3 导向钢丝绳拉结
（1）在屋面女儿墙、10F、8F、6F、4F 通过导轨固定件及导向杆①安装导向钢丝绳，将导向钢丝绳用4 个M10卡扣固定在龙骨处，如图5所示。
图5 导向钢丝绳现场照片
（2）将钢丝绳穿过悬吊平台支架上的滑轮，由导轨固定件+钢丝绳组成吊篮斜线运动的导轨，通过导向杆②改变吊篮的运作轨迹。
（3）在屋面利用电动葫芦收绳器对已安装的钢丝绳进行拉直，待钢丝绳处于计划轨道所在允许范围内，利用花篮螺栓与上、下端固定件进行固定处理。
3.2.4 吊篮防碰撞、防缠绕
（1）为防止吊篮在空中摆动碰撞破坏幕墙完成面，可用靠墙轮、导向装置或缓冲装置进行保护。考虑到靠墙轮及导向装置的使用条件比较苛刻，且按照吊篮行业内规定，工作平台上尽量避免安装其他额外配件。因此，使用缓冲装置最为合理有效。
（2）缓冲装置的安装：在工作平台前护栏的外侧，用有一定厚度和弹性的材料（如60mm厚度海绵体）包裹起来，特别是左右2个侧栏位置，起到缓解碰撞作用。
（3）在工作平台中或者直接在工作平台上，设置可与墙体固定的拉绳或者挂钩，开动吊篮时可以不用，待吊篮施工人员到某一楼层作业时，可用拉绳或者挂钩，把工作平台和建筑物连接起来，起到固定作用，防止吊篮间的碰撞发生。
3.2.5 高空作业防摇晃
施工吊篮主要是高空作业设备，必须要注意电动吊篮的稳定性。吊篮无论在升降过程中还是在定位状态下，提升钢丝绳要与地上保持垂直，不准斜拉。若电动吊篮需横向移动时，应将吊篮下放到地上，放松提升钢丝绳，改动屋顶悬挑梁方位固定后，再升起吊篮。
吊篮升降到位并确认与建筑物固定拉牢后方可上人操作，吊篮与修建物水平距离不应大20cm。当吊篮晃动时，应及时采用固定方法，人员不得在晃动中继续作业，降低或防止出现摇晃状况可采用以下方法：适度减少前梁长短及降低悬架组织；
适度缩小电动吊篮和房屋建筑的间距；
确保镀锌钢丝绳不出现损坏；
前梁伸出适当缩短；
减小悬挂机构的负荷。
象屿集团大厦项目采用此新型外倾斜曲面幕墙轨道吊篮，减少了脚手架支撑平台的搭设，节省大量人工费和脚手架材料租赁费，并减少了对屋面相关工序的影响，大大节省了吊篮安装工期，为后期外墙施工及屋面施工创造了良好条件。此项装置不仅解决了本工程幕墙施工的问题，更为其他异型外立面结构幕墙施工提供了借鉴。
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