悬挂钢平台在超高吊顶中的应用

时间：2024-08-31

张宗早

上海市机械施工集团有限公司上海 200072

近年来，随着中国建筑业的不断发展，设计师们对室外露台也越来越青睐，越来越多的高楼大厦都会设计若干室外露台作为休息场所用来欣赏风景。然而室外露台的诞生也带来了室外吊顶的施工难题。比如，本项目的露台最大高差达37 m，常规的满堂脚手架法耗时耗力，不但需要对楼板进行加固，还存在很大的风险。因此，本项目针对12个大小相同的露台，设计了一套定型化的可拼装式的钢平台悬挂在吊顶上方的楼板上，通过此方法大大节约了施工时间与成本，也为日后的吊顶施工提供了一种新的思路[1]。

1 工程概况

新开发银行总部大楼项目位于上海市浦东新区世博园A片区，建筑高度150 m。建筑从8层开始，每隔6层设置1道环带桁架，环带桁架之间为镂空区域，下部为室外露台布置景观，上部为不锈钢蜂窝吊顶（图1），其最大高差达到37 m。针对该室外露台的不锈钢蜂窝吊顶施工，若采用满堂脚手架法，将会影响立面和露台景观完成面的施工，且要对露台下方的楼板进行加固，不但影响工期、增加成本，而且安全风险也很大；若采用登高车，则需要塔吊配合将其运输至楼顶，同时，登高车工作面太小，角度受限，不能满足吊顶所有板块的安装要求。综合考虑工期及成本，经研究，决定采用悬挂钢平台的方式来解决不锈钢蜂窝吊顶的施工难题。

图1 不锈钢蜂窝吊顶示意

2 悬挂钢平台设计

2.1 结构设计思路

蜂窝吊顶平面投影呈等腰梯形，钢平台外侧长边最大长度为28 m，因此采用抗弯性能较好的H型钢作为主梁，选用主梁截面HN300 mm×150 mm×6.5 mm×9 mm、次梁截面HN200 mm×100 mm×5.5 mm×8 mm拼接成主体结构。主楼共计有12个悬挂钢平台且大小尺寸一致，因此在设计过程中将整个钢平台所有的主次钢梁都进行分段，节点均采用螺栓铰接的方式，使悬挂钢平台可以拆卸循环利用。由于在悬挂钢平台拼装及运输过程中已无塔吊可利用，因此根据施工电梯的高度以及人员运输安装的最大质量进行核算后，将每根钢梁以最大长度2.3 m、最大质量100 kg进行分段，通过电梯及液压车进行转运（图2）。

图2 悬挂钢平台梁布置示意

主梁对接时，腹板需要开洞进行螺栓连接，降低了钢梁本身的强度。因此，为保证钢梁强度，除了在腹板上安装螺栓连接板外，在上下翼缘板上也增加了双夹板以加强其抗剪能力。次梁由于不需要承担提升受力，仅需要布置格栅板，因此连接节点仅腹板开洞即可，无需加强处理（图3）。

图3 主梁铰接示意

钢平台的外边尺寸不能超出主楼吊顶外边缘，便于后续单元幕墙板块的垂直运输吊装，同时在吊顶投影面内也可以防止高空坠物。钢平台内边缘与内侧幕墙距离不能过小，以防止在垂直提升与下降过程中发生水平晃动，继而碰撞幕墙造成损坏，设计时考虑离开幕墙边缘500 mm，并在内侧的钢结构上外包一层海绵防撞条。

2.2 提升体系设计

钢平台提升吊点设置要求高，需要综合考虑各个方面。首先，提升吊点设置的位置不能与原结构钢梁、蜂窝吊顶板的龙骨以及擦窗机的龙骨和轨道等重合，否则将无法安装蜂窝吊顶板及擦窗机；其次，提升吊点设置要考虑蜂窝吊顶板的分格，尽量避免大面积的蜂窝板与提升点碰撞，以免导致后期用擦窗机补板时的工作量太大；最后，提升吊点均要设置在主梁上且距离不能过大，距离过大会导致钢梁的挠度大。

综合上述各方面因素后，钢平台的点位布置及各点位支座反力如图4所示。由于外边缘的钢梁跨度达到28 m，为使整个钢平台的刚度达到要求，在外侧设置了4个吊点，对应的内侧同样也布置了4个吊点。

图4 钢平台提升点布置及支座反力示意（单位：kN）

经过模拟分析，得出钢平台杆件最大应力为63.0 MPa，杆件最大应力比为0.32，应力比小于1.0，说明杆件满足承载力要求。钢平台杆件最大跨度为10 400 mm，杆件跨中绝对挠度为16.4 mm，杆件跨端绝对挠度为0，则杆件相对挠度为16.4 mm；杆件允许挠跨比为1/200，则杆件允许挠度为52 mm，大于杆件相对挠度，说明结构满足刚度要求。

提升阶段最大反力值为20.4 kN，因此采用了8台3 t卷扬机作为悬挂钢平台的提升设备，并专门定制了一台控制箱同步控制8台卷扬机，保证悬挂钢平台在提升过程中的平稳性。同时，考虑到实际提升过程中若只能同步提升，卷扬机会因为误差等因素造成起吊高度不一致，造成钢平台扭转形变，影响稳定性甚至可能会造成严重后果，因此，控制箱必须可单独控制其中一台卷扬机在提升时进行调平操作[2]，悬挂钢平台提升中的各点高差需要控制在5 mm内。

2.3 终固体系设计

悬挂钢平台提升到位后，用卷扬机的钢丝绳作为终固节点存在风险，因此现场设计了另一套终固体系——固定支架（图5）。悬挂钢平台提升到位后，将固定支架放置在楼面上并通过终固钢链条将钢平台悬挂在楼面底下。固定支架立柱及最上方受力横梁采用HN200 mm×100 mm型钢，与楼板接触的2道水平梁采用HW100 mm×100 mm型钢，另外加上4道角钢斜撑∠36 mm×5 mm。为方便现场搬运及运输，该三角固定支架同样采用螺栓连接。由于施工楼层高，横向风力明显，只用链条固定会造成明显的侧向位移，影响施工钢平台上施工人员的安全，故在悬挂钢平台靠近塔楼处两侧预焊耳板，使用∠36 mm角钢与钢平台铰接连接，另一侧与塔楼主体焊接，既保证了悬挂钢平台不会发生明显的侧向位移，又保证了施工人员的安全。

图5 固定支架示意

3 施工工艺

3.1 悬挂钢平台拼装

拼装悬挂钢平台前在吊顶下方露台上预先拼装脚手架胎架，由于悬挂钢平台都是铰接，因此，在胎架上拼装可以保证钢梁铰接时的平整度。主次梁连接时连接板布置为单侧，拼装时需确保同轴线内次梁安装在主梁连接板的同侧，防止提升后发生扭转变形。

悬挂钢平台的平台板采用格栅板，由于格栅板最大跨度达到5 m，因此在格栅板中增加高30 mm、厚3 mm承载扁钢，间隔30 mm布置，横杆使用φ3 mm钢材间隔100 mm布置。格栅板与钢梁使用夹具固定。设计专用夹具，保证夹具与型钢连接可靠且不松动；格栅板上方铺设防火布防止火星落下，并用铁丝将防火布与格栅板绑扎固定，防止施工过程中被风吹开（图6）。

图6 夹具及格栅板示意

悬挂钢平台外圈钢梁预焊套管，用定型化的栏杆作为钢平台四周的围护，栏杆下方一圈焊接高50 mm的钢板作为踢脚板，防止在蜂窝吊顶板施工的过程中部分螺栓高空掉落。

3.2 悬挂钢平台提升工艺

由于钢平台吊点上方楼板处没有钢结构，无法在吊点上方直接设置吊点，因此采用加设1道转换梁的方式在吊顶上增设钢结构部分，提供了上部滑车的固定位置。为便于转换梁的安装，在主体钢结构H型钢侧边加焊厚14 mm连接板，连接板部分凸出翼缘板边缘（图7），在转换梁提升到位后可以直接使用4枚M16螺栓进行连接，便于施工操作。转换梁两侧节点形式相同。连接板在使用完成后留在原结构上即可，转换梁拆除后仍可继续使用。

图7 主体H型钢与转换梁连接节点

部分楼层需安装转换梁的位置由于已安装了风管，导致原措施实施困难，因此考虑在上方楼板开洞，然后将转换梁焊接在现场拼装的支座上，直接架设在上方楼板上，使用钢丝绳从洞中穿过，与滑车连接。

悬挂钢平台使用8台卷扬机进行提升，为保证卷扬机的同步性，采用8台功率相同的卷扬机，并根据最高的高度配备了60 m钢丝绳。

在固定卷扬机时，用膨胀螺栓将其与核心筒墙面固定，以防止启动时的提升力过大。根据图纸在楼面上的提升点位洞口放置套管，防止钢丝绳与洞口产生摩擦，在洞口边用膨胀螺栓固定好地轮，地轮与地面连接后，再用钢丝绳与结构钢梁进行连接作为保险措施；地轮、洞口以及卷扬机需在同一条直线上，保证在提升及下降时钢丝绳不会缠绕。

钢平台提升前，先将8台卷扬机的钢丝绳预拉紧，待所有钢丝绳受力后，将其抬至离胎架20 cm，由测量员用水准仪将8个提升点调平。调平完成后打开总控箱同步提升至预定标高位置。提升时卷扬机旁必须有专人负责，防止钢丝绳在提升与下降的过程中发生缠绕现象。

钢平台需要往上预提一段空间，操作人员需要在预留的幕墙洞口与钢平台间搭设脚手架爬梯并安装终固角钢保证安全。

安装完成后才能登上钢平台将终固链条与钢平台上的吊耳板连接，之后钢平台再整体下降，使受力由卷扬机提升点转换成钢链条终固点，此时将卷扬机电源切断，限位锁死，作为一个保险措施。另外，在各提升点地锚处再加1根钢丝绳将地锚与钢平台耳板连接，钢丝绳使用3个绳夹固定，作为另一个保险措施。