某老旧小区群体建筑混合公建节能综合改造项目由5个住宅单体及裙房工程组成, 总建筑面积约8万m², 其中2栋住宅为高层建筑 (1号楼和5号楼) , 地下2层, 地上24层, 檐高71.65m。1号楼及5号楼屋面由上人平屋面和不上人坡屋面组成, 其中1号楼平屋面184m², 坡屋面794m², 5号楼平屋面439m², 坡屋面511m²。

本工程主要进行外墙节能保温改造、外窗更换、外饰面喷涂和屋面防水、节能改造, 设计要求外墙采用60mm厚A1级改性挤塑聚苯板外保温+真石漆涂料墙面, 外窗为70系列断桥铝合金窗, 屋面保温材料为60mm厚A1级改性挤塑聚苯板。

深入考虑拟改造工程的建筑和结构设计、施工特点, 尤其是现场条件限制等各种因素, 决定采用电动吊篮施工方案。

高层坡屋面住宅的2个立面均位于裙房之上, 如图1所示。建筑平面布置复杂, 转角较多, 4个立面均有凹槽, 凹槽从地面或裙房屋面直通到住宅楼屋面, 1号楼东、西、南凹槽顶部有屋面板, 5号楼南侧凹槽顶部有屋面板;吊篮布置比较灵活, 能较好地适应建筑平面布置变化。

1) 立面上空调板挑出550mm, 立面垂直变化不大 (见图2) ;裙房处有坡屋檐突出住宅外墙2.3m, 适合吊篮作业。

2) 在坡屋檐四周均设置有20光圆钢筋预埋环, 间距3m, 为屋面搭设吊篮操作平台提供固定措施 (见图3) 。

3) 裙房屋面板厚130mm, 混凝土强度等级C30, 配筋为:底部x方向8@150, y方向8@150;上部支座负筋10@150;分布钢筋6@150;裙房屋面的配筋偏小, 承受施工附加荷载能力较弱, 吊篮落地放置时对放置面的承载能力要求小, 满足裙房屋面承载力要求。

4) 1号楼及5号楼的屋面均有平屋面和坡屋面, 5号楼有2个标高的平屋面, 屋面标高变化大 (见图4) , 因存在错层, 增加了吊篮安装时的难度。

5) 外墙均为180mm厚现浇剪力墙, 楼 (屋) 面板均为150mm厚现浇钢筋混凝土板, 混凝土强度等级为C25, 钢筋均为二级钢12@200双层双向布置, 屋面结构主梁截面250mm×500 (600, 650, 800) mm, 边梁250mm×450mm;楼板下的混凝土剪力墙顶到屋面板底, 承受屋面荷载, 使屋面具备承受较大额外附加施工荷载的能力, 为屋面放置吊篮提供条件。

改造施工时带户作业 (住户正常在楼内生活居住) , 对文明施工要求较高。要求采用的施工方法尽量减小遮光、噪声, 避免对楼内居民正常生活造成过大干扰。电动吊篮遮挡光线少, 间断运行噪声小。

施工现场作业面狭窄, 楼体四周自行车棚、停车位、小区道路、出入口均要正常使用, 现场管理难度大, 不利于平面布置。电动吊篮占用场地面积小, 可保证居民正常生活的空间。

综上所述, 电动吊篮操作方便、相对安全, 故选择该方案进行施工。

在坡屋面上搭设一个操作平台, 整体平面呈“回”字形扣在坡屋面上, 操作平台采用扣件式钢管搭设, 前端最大搭设高度为4.5m, 单立杆承重, 吊篮支腿部位由主次梁双扣件承重, 平台在吊篮支腿部位满铺木脚手板。架体底部利用结构预设的光圆20@3 000钢筋锚环抗滑移, 架体顶部横杆纵、横向拉通形成整体抗滑移。搭设前立杆垫板范围内的屋面瓦要拆除, 采用剔凿或抹细石混凝土找平的方法使垫板与接触面紧密接触, 保证架体传力充分。

屋面承载力要经原结构设计单位核算, 保证屋面结构的安全性。满堂架体投影面积为1号楼606m²、5号楼426 m², 共用钢管约4.1万m, 卡扣 (转扣、十字扣) 共计约1.8万个, 脚手板约3 000块, 钢丝绳约1 550m, 1号楼平台设置30台吊篮, 5号楼平台设置19台吊篮。经统计1号楼附加重量约1 800kN、5号楼约1 250kN, 经核算坡屋面附加恒荷载如下:1号楼附加恒荷载σ=2.970kN/m², 5号楼附加恒荷载σ=2.93kN/m², 经原结构设计单位核算给出的允许附加恒荷载为4.0kN/m²。1号楼及5号楼的施工附加荷载均小于屋面允许的附加恒荷载, 故结构安全有保证。

对于异形架体, 选择合适的计算模型是架体设计安全的根本保证。本工程采用等效混凝土梁的计算模型对架体进行安全计算。取架体的前端即吊篮正常施工时前支腿处为最不利点, 将吊篮前支腿处等效为3跨连续混凝土梁模型, 混凝土梁尺寸根据前端荷载确定, 本方案取600mm×1 200mm (H·D) , 等效荷载为8.95kN/m, 计算模型如图5所示。经验算满足要求。

平台设计时要充分考虑吊篮位置、自重及施工活荷载要求, 设计参数要满足施工要求, 同时考虑操作安全性、抗滑移、抗倾覆及高空风阻力作用。本操作平台设计要点如下。

1) 荷载参数本工程设计平台材料堆放允许荷载为3kN/m², 均布施工允许活荷载为1.5kN/m²。

2) 设计参数脚手架用48.3×3.6钢管和扣件搭设满堂脚手架, 前端高度4.5m, 吊篮支腿范围内的立杆横距≤500mm (其他≤1.5m) , 纵距≤1m, 步距≤1.1m, 纵横扫地杆距离底部垫板200mm。剪刀撑应在外侧立面长度与高度上连续设置, 外侧剪刀撑宽度为6跨 (6m) , 内部纵、横向剪刀撑间隔为4跨 (4m) ;剪刀撑斜杆与屋面倾角宜为45°～60°。

3) 立杆底部垫板脚手架立杆下部垫50mm厚通长木板, 不平处用细石混凝土找平, 防止垫板登空。立杆与垫板间用木楔塞紧, 木楔与垫板用钉子固定牢固 (见图6) 。

4) 屋面安全防护搭设前在坡屋面四周用多层板做好硬质安全防护, 防护板高度≥900mm, 防止高空坠物, 保证操作安全。

5) 架体安全防护脚手架外立杆内侧挂密目安全网封闭施工, 距离架体顶部≤500mm范围满布安全接网, 平台四周及通道设置1.2m高防护栏杆, 满挂密目安全网。

6) 抗倾覆措施采用15.5钢丝绳与屋顶部炮楼拉结抗倾覆, 钢丝绳拉在架体的前端顶部、转角处及变截面处, 用手动紧绳器张拉紧钢丝绳 (见图7) 。

7) 抗滑移措施结构预埋光圆20@3 000锚环内穿钢管, 架体外侧立杆与此钢管固定, 不同坡向屋面的架子横、纵向拉通形成整体 (见图8) 。

8) 平台脚手板采用50mm厚木脚手板, 在吊篮的前后支腿部位满铺, 支腿底部采用纵横双层板, 中间部位插花布置脚手板, 不得满布, 以减轻荷载和高空负风压效应。

长度<2m的架体材料及设备竖向运输采用室内电梯运输到平屋面, 再配合人工运输到坡屋面;长度>2m的材料通过在坡屋面的马鞍部位提前搭设平台, 设置扒杆吊运, 每栋楼的楼顶平屋面设置1台扒杆。

采用ZLP630型电动吊篮, 提升速度为8～11m/min, 提升高度理论无限制, 每台吊篮功率1.5k W×2。工作吊篮尺寸为1.0 (1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0) m×0.72m×1.16m。采用6×19W+1WS8工作钢丝绳 (GB8902—88《镀锌航空钢丝绳》) , 安全钢丝绳同工作钢丝绳, 安全锁为LS-30, 电源电缆为橡套电缆YC-3×2.5, 每个吊篮重1 000kg, 额定载重500kg。

平台架体验收合格后方可安装吊篮, 在平台上安装吊篮的方法与正常工况相同, 如图9所示。

1) 有屋面板的凹槽内安装吊篮, 首先将吊篮位置确定好, 钢丝绳穿楼板处用30钻头打孔, 将钢丝绳穿过屋面板, 吊篮支腿采用“马凳式支架”进行安装 (见图10) 。

2) 在屋面机房内布置吊篮时, 横梁需要穿过机房外墙, 因此需要将墙体打洞, 因机房尺寸限制, 前端支座仅500mm高, 无法采用正常方法组装吊篮, 采用横梁落地式安装方法, 如图11所示。

1) 把控架体搭设材料质量, 严禁使用不合格材料。

2) 严格规范架体的验收程序, 保证操作平台搭设质量。

3) 制定季节施工管理制度。

4) 每天定专人对架体运行情况进行监测, 做好记录。

5) 明确架体管理班组和吊篮管理班组责任。

6) 派专人做好吊篮的日常保养工作。

7) 4级以上大风或中雨后, 对架体及吊篮重新复查合格方可使用。

8) 制定有针对性的安全应急预案。

1) 安全方面通过架体监测结果可知架体运行良好, 可靠稳定, 期间架体通过雨季大风暴雨恶劣气象条件的考验, 最大风力达到阵风10级以上, 架体均保持稳定安全状态, 为外墙保温、外立面涂装及外窗施工创造了安全的作业条件, 保证了工程安全竣工。

2) 经济方面采用此方案比导轨式电动桥架作业方案节省约130多万元, 较搭设双排落地式超高钢管脚手架节省约50多万元, 取得了良好的经济效益。

3) 工期方面比计划工期提前10d完成施工任务。

采用坡屋面搭设扣件式满堂钢管平台操作架的方法解决场地条件限制及坡屋面设置吊篮的问题, 在保证工程工期、安全和质量的前提下, 达到了经济适用、绿色环保的目的。本工程为今后同类工程积累了宝贵的施工经验, 对高层坡屋面建筑外墙节能保温改造起到参考和借鉴的作用。