索道式平移挂篮在大跨度场馆高空作业中的应用研究*

陈业伟

(中建四局建设发展有限公司,福建 厦门 361000)

0 引言

随着我国社会和经济的快速发展,公共文体设施逐渐成为城市建设的重点内容,许多城市开始规划并兴建会展中心、体育场馆等各类大型场馆,该类项目普遍具有体量大、跨度大、结构形式多样等特点,对施工技术和安全管控提出了更高要求[1-5]。

场馆类项目顶棚安拆工程中需进行高空作业。按传统作业方式通常需要搭设满堂脚手架平台,但是在面积大、安装高度高的工程中,该方法施工成本高、安拆工期长,同时占地面积大,影响其他工种施工。虽然目前市面上也有一些机械升降装置可供选择,但都只限于低空作业,且无法进入一些狭小空间,适用性受到很大限制。因此,结合可行性、安全性、便捷性等因素设计一种高空大跨度施工技术以解决上述问题具有重要的现实意义。

本文依托厦门新体育中心工程(施工)Ⅱ标段项目,开展索道式平移挂篮的设计与应用,以解决施工难点,为大跨度场馆高空作业方式提供参考和借鉴。

1 工程概况

厦门新体育中心项目效果如图1所示。其中新体育中心工程(施工)II标段工程总建筑面积约23.04万m2,体育馆(比赛馆及综合训练馆)约15.0万m2,游泳馆建筑面积约7.54万m2。

图1 厦门新体育中心效果Fig.1 Effect of Xiamen New Sports Center

厦门新体育中心比赛馆吸音垂片吊顶工程玻纤吸音垂片约12 000m2,采用布满屋顶的安装思路,安装范围如图2所示,图中绿色部分为吸音垂片。

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

2 高空作业方式比选

常规可采用的高空作业方式主要有3种,如表1所示[6]。根据本项目的施工进度,由于马道已安装,金属屋面已封顶,场馆左右两侧部分区域无法使用高度大于屋面的机械,如起重机提升护笼等进行施工,机械盲区如图3所示。而采用脚手架、管架等施工费时费力,且搭设后占用大量场地空间,不满足交叉作业要求,增加大量施工成本。

表1 常规高空作业方式Table 1 Conventional high-altitude work methods

图3 高空作业机械盲区示意Fig.3 Blind spots in high-altitude operation machinery

为解决上述问题,拟在左右机械盲区设计并采用一种索道式平移挂篮系统用于顶部吊顶工程的施工,以降低施工难度、加快施工进度。

3 索道式平移挂篮系统

3.1 工艺原理

传统挂篮是设于建筑物或构筑物上的一种悬挑结构,利用提升机构驱动悬吊平台,通过钢丝绳沿建筑物或构筑物立面上、下运行的施工设施,也是为操作人员设置的作业平台。挂篮一般多用于高层及多层建筑的外饰面作业、幕墙安装、外墙清洁及相关维修保养工作,具有效率高、成本低、能重复使用的优点。但在吊顶工程中,施工面主要以水平方向分布,传统挂篮上下移动的方式无法覆盖施工面,并不适用。针对该问题,通过改进挂篮的移动方向,设计了一套索道式平移挂篮系统,如图4所示。该系统主要包括挂篮、固定式定滑轮、双向手摇式自锁绞盘、钢丝绳等装置。通过横向搭设2条钢丝绳作为挂篮在高空移动的轨道,在挂篮两侧各布置1个1800LB型双向手摇式自锁绞盘,施工中作业人员可采用手动驱动方式转动手摇式自锁绞盘,从而使挂篮沿钢丝绳拉设方向横向移动至施工部位,满足不同部位的施工需求。

图4 索道式平移挂篮系统Fig.4 Cableway type lateral moving hanging basket system

3.2 挂篮设计

挂篮尺寸为3 000mm×1 350mm×800mm,如图5所示。主体框架由方管焊接而成,底部为1mm厚花纹钢板,四周设有350mm高的镀锌白铁皮踢脚板和铁丝网,防止物体和人员高处坠落。挂篮每侧配有2个定滑轮和手摇式自锁绞盘。挂篮安装时,钢丝绳索道穿过挂篮上的固定式定滑轮并绕在双向手摇式自锁绞盘上。

图5 挂篮尺寸Fig.5 Hanging basket size

3.3 钢丝绳索道设计

每只挂篮设计有2根φ17.5的钢丝绳索道,钢丝绳拉设方向即为挂篮的移动方向。索道两端的固定位置可根据现场施工情况确定,由于施工中挂篮仅作为承载工人的作业平台,不承载施工材料,通常可直接固定在现场的横梁、钢柱等主体结构上,所选择的主体结构固定位置需满足受力要求,必要时应结合挂篮的施工荷载进行相应的受力验算和复核,以明确对主体结构是否有影响,保证施工安全。

钢丝绳分为固定端和紧固端,固定端将钢丝绳直接绕过横梁,然后用4个卡扣进行固定,如图6a所示,并在第3个和第4个卡扣之间设置一个“安全弯”用于检查接头是否可靠以及钢丝绳是否滑动。钢丝绳另一端为紧固段,如图6b所示,钢丝绳绕过横梁后,采用手拉葫芦将钢丝绳拉紧,然后采用卡扣进行固定,固定完成后再去掉手拉葫芦。最后对钢丝绳整体质量进行检查,确保无瑕疵且性能满足要求。

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

3.4 索道防下挠措施

索道式挂篮作业时,当横向跨度较大时,受自身重力及安装后吊篮的重力影响,钢丝绳可能产生过大的下挠度,使屋面吊顶板与挂篮之间距离过大,影响屋面吊顶板的安装,且存在安全隐患,故钢丝绳每间隔5m设置1处固定点,固定点采用紧绳器,如图7所示,紧绳器顶部设有钢丝绳套,可直接套接在施工现场的钢结构上,下部与钢丝绳连接,确保钢丝绳的挠度值在正常范围内。

图7 固定点设置Fig.7 Setting of fixed points

由于安装了紧绳器,挂篮横向位移时会受到紧绳器的阻碍,因此,当施工完一个区域后,作业人员须先在挂篮后方(已施工区域)额外安装紧绳器调节钢丝绳的高度,使其受力后再拆除前方(前进方向)的紧绳器。挂篮移动时需2个操作人员分别同时摇动挂篮两侧的双向手摇式自锁绞盘,从而驱动挂篮横向移动至指定区域施工。

3.5 安全绳的拉设

为了保证施工安全,在挂篮移动方向独立拉设1条φ8的钢丝绳作为安全绳,如图8所示,操作人员作业时可将安全带挂在安全钢丝绳上。并严禁此安全绳与其他施工设备相连,确保其仅作为独立的安全绳使用。安全绳的两端固定在主体结构上,采用专用的钢丝绳卡扣进行固定,且每端固定所用钢丝绳专用卡扣不少于3个,安全绳每隔4～5m在主体结构梁上缠绕最少1周且用不少于1个的钢丝绳专用卡扣进行固定,充分保证安全绳的安全性。

图8 安全绳示意Fig.8 Safety rope

3.6 安全保证措施

索道式挂篮作为一种非常规施工方式,施工过程中需要重点注意以下几点。

1)不得在风速>8.3m/s及雨、雪等恶劣天气下作业。

2)在使用过程中安排专人定期检查钢丝绳、安全绳是否有破损、磨损的情况,若有需要必须及时更换。

3)作业人员进入与离开时,挂篮必须以高空作业车“输送”的方式进入施工挂篮。严禁攀爬、爬梯等违规方式进入挂篮。

4)挂篮仅作为承载工人和施工工具的作业平台,不可承载材料。

5)作业区域必须设置警戒线且有专职人员巡查看管,避免有其他专业人员误入。

3.7 设计计算要点

索道式平移挂篮系统设计中主要受力构件需经过受力分析和验算。计算和分析的内容主要包括挂篮的施工荷载以及钢丝绳的挠度和张力。

1)挂篮施工荷载分析

挂篮的施工荷载包括主体框架、定滑轮和手摇绞盘等构件的自重荷载,同时加上每部挂篮配备2名施工人员的荷载。由于该高空挂篮主要用于场馆室内作业,因此可不考虑风荷载影响,但当用于室外高空作业时则必须考虑风荷载。根据施工荷载,挂篮验算应具有足够的刚度和强度,主要受力构件的焊缝必须达到设计要求。

2)钢丝绳挠度控制和受力验算

钢丝绳若出现过大的下挠度将影响后续施工,该挂篮系统通过每间隔5m设置一处固定点控制挠度,当挠度不满足要求时则可考虑缩小固定间隔。

钢丝绳承受的荷载主要为挂篮施工荷载及钢丝绳自重。当荷载位于钢丝绳跨度中央时,钢丝绳的挠度及工作张力达到最大值,钢丝绳张力的计算公式如下:

T=QL/4f+WL2/8f

(1)

式中:T为钢丝绳张力(N);Q为施工荷载(N);W为钢丝绳单位自重力(N/m);L为钢丝绳跨度,即两支点的水平距离(m);f为钢丝绳的最大挠度(m)。

计算钢丝绳安全系数:

S=N/T

(2)

式中:S为安全系数;N为钢丝绳破断力。

挂篮用的钢丝绳安全系数应不小于9,当验算安全系数不满足要求时,需调整钢丝绳的型号、直径和跨度,以满足要求。

4 工程应用

首先根据体育馆两侧机械盲区(见图3)的分布情况确定挂篮的滑动方向,主要有南北和东西2种滑动方向可供选择。若选用南北向滑动,挂篮最大滑动跨度接近40m,索道铺设长度长、变形量大,且南北向索道的固定点较难布置,结合吊顶主龙骨安装方向,最终采用东西向滑动,在两侧机械盲区部位各布置9部挂篮,共计18部挂篮,布置情况如图9所示。

图9 挂篮布置Fig.9 Hanging basket layout plan

空间吸声体的施工工艺流程为:主龙骨吊杆→主龙骨→主龙骨连接件→副龙骨→副龙骨连接件→空间吸声体,其中主龙骨、副龙骨、空间吸声体等材料需采用索道式平移挂篮进行高空安装。安装时,相关材料先运输至安装部位下方,再采用垂直运输设备如直臂车、卷扬机等方式将材料提升至安装位置,挂篮内的作业人员将挂篮移动至合适位置进行安装,该部位安装完成后再移动至下一部位重复上述步骤继续施工。整个施工过程工序简单、方便快捷、占用空间小、不影响下部其他工种的施工,有效加快了施工进度。

5 结语

厦门新体育中心工程(施工)II标段工程索道式平移挂篮系统的成功应用解决了大跨度场馆吊顶施工难题,针对传统高空作业方式占地面积大、安拆工期长、存在作业盲区等缺点给出了具体解决方案,丰富了场馆类项目的高空作业方式,为类似工程施工提供了参考,具有较好的推广价值。