爬升式吊篮系统在北京大兴国际机场航站楼核心区工程中的应用
1 工程概况
北京大兴国际机场航站楼核心区建筑面积约60万m2,地下2层,地上5层,立面围护形式为玻璃幕墙,核心区部分5个主立面中,北立面为直立玻璃幕墙,东侧、东南侧、西南侧、西侧共4个立面的玻璃幕墙均为向室内倾斜的形式,幕墙倾角为0°~10° (见图1) 。
2 内倾式幕墙施工技术
2.1 施工特点
1) 施工作业面穿插施工航站楼核心区外侧与飞行区场道工程相接,在航站楼核心区施工过程中,核心区外侧施工场地要与飞行区进行移交回填及场道施工,在幕墙施工期间,核心区周边的小市政工程也要插入施工,施工作业面反复交接,在施工方法的选择上不宜占用较大范围场地。
2) 屋面钢结构限制传统吊篮配重吊装形式传统形式吊篮承重系统为使用悬挂机构与配重形成吊篮的承重体系,航站楼核心区屋面钢结构为自由曲面的不规则形状,吊篮悬挂机构、配重均无法安装。
3) 内倾式设计给安装作业带来难题核心区东侧、东南侧、西南侧、西侧4个主立面幕墙内倾式设计给施工带来较大难度,传统典型脚手架、吊篮形式无法与倾斜式施工相适应,而直臂车作业平台需要一定的防护栏杆高度,在倾角稍大部位不便于节点安装。
2.3 安装方案选择
根据工程现场实际情况、结合以往幕墙工程经验,吊篮安装方案为综合考虑经济性、安全性、适用性的首选方案。传统施工吊篮上部承重系统由悬挂机构和配重组成,吊篮在自重作用下可竖向垂直于地面升降,传统吊篮组成如图2所示。传统吊篮不适用于倾斜结构形式,这是因为在竖向垂直升降过程中无法到达作业面,或仅能到达立面的一个水平标高,当高度变化后吊篮与作业面间的距离也随之变化,当结构为内倾时,向上提升的作业面变大,向下下降时作业面变小,甚至磕碰结构构件。
在航站楼核心区的内倾式幕墙工程施工中,使用吊篮方案解决2个问题。
1) 吊篮承重系统传统吊篮由悬挂机构和配重组成承重系统,依靠杠杆原理通过调节配重和悬挂机构支臂长度承受吊篮及施工荷载。核心区钢结构屋面是具有一定宽度的钢结构挑檐,可取消吊篮悬挂机构和配重,将吊篮提升钢丝绳固定在屋面钢结构上,解决承重问题。
2) 吊篮提升系统传统吊篮依靠自重通过固定在吊篮两侧的提升钢丝绳实现升降,在内倾式幕墙设计上直接应用传统吊篮,无法实现吊篮沿幕墙外侧平行于幕墙作业面移动,需设计一种平行于幕墙的“轨道”,使吊篮沿“轨道”移动满足施工作业要求,通过方案比对,最经济的轨道方式为钢丝绳导索,每个吊篮设置2根钢丝绳导索,使吊篮沿平行于幕墙龙骨的导索升降,从而实现幕墙安装作业。
传统吊篮经过承重系统、提升系统的改进后,屋面钢结构承受施工荷载,由2根钢丝绳构成平行于倾斜面的导轨,将新的吊篮系统称为“内倾幕墙爬升式吊篮系统”。
3 内倾幕墙爬升式吊篮系统设计
航站楼核心区工程选用ZLP630型吊篮,爬升式吊篮系统的吊篮与传统吊篮一致,但不再使用悬臂机构和配重作为提升承重结构。吊篮主要由悬挂承重系统、钢丝绳导索系统、防脱落系统、电动提升机构和作业平台组成。
3.1 电动提升机构
ZLP630型吊篮由电气控制系统、2组电动提升机、2组带安全锁的钢丝绳组成。
3.2 作业平台
ZLP630型吊篮的作业平台最大长度为6m,平台栏杆底架有1, 1.5, 2m等规格,使吊篮作业平台可形成1~6m任意长度自由组合。作业平台组成如图3所示,吊篮主要参数如下:额定载重630kg,提升速度9~11m/min,平台尺寸6 000mm×700mm×1 185mm,工作平台 (含电控箱) 重330kg,悬挂机构重1 310kg,提升机重52×2kg,安全锁重5.5×2kg,整机重1 755kg。
3.3 悬挂承重系统
爬升式吊篮由屋面钢结构承重,吊篮作业时需在幕墙装饰面外侧一定距离的位置,屋面钢结构设计时未考虑幕墙施工问题,为保证吊篮位置,在幕墙外侧上部钢结构上平行于幕墙设置1道方钢导轨梁,可在钢梁上根据吊篮布置安装吊篮提升钢丝绳。
在屋面钢结构挑檐下弦杆位置设置的导轨方钢规格为□160×160×5,方钢连续布置 (见图4) ,方钢长度不小于屋面钢结构相邻钢构件间距。为便于固定点位置的灵活调节,方钢与屋面钢结构杆件使用M18 U形螺栓紧固 (见图5) ,方钢端部超过支撑钢管支撑点≥200mm,在方钢与钢结构间垫橡胶垫片,避免损伤钢构件表面防腐涂层。
3.4 钢丝绳导索系统
1) 钢丝绳导索上端固定结构

图5 导轨方钢与屋面钢结构连接节点构造
Fig.5 Construction of connection joints between guide square steel and roof steel structure
爬升式吊篮导轨采用钢丝绳导索,吊篮提升也使用钢丝绳,钢丝绳具有一定的变形能力,所以钢丝绳导索上端与吊篮的提升钢丝绳共用,安装在屋面悬挑钢结构上的提升导轨方钢,经济、安全、适用。
2) 钢丝绳导索下端固定结构
钢丝绳导索用于吊篮爬升,导索设置一方面要平行于幕墙,另外要与幕墙保持一定的作业间距。距离幕墙外皮500mm的平行线在首层±0.000位置已超出混凝土结构400mm,因钢丝绳具有一定柔性,使用过程中必将存在一定挠度,则钢丝绳导索在±0.000位置固定时需采用辅助构造 (见图6) ,且考虑适当余量。
在±0.000位置隔震沟结构外侧悬挑I20钢梁,工字钢挑梁长800mm,在腹板上按200mm间距开3个孔,预留导轨钢丝绳调节量。工字钢焊接在结构侧面的250mm×300mm×8mm后置埋件上 (见图7) ,后置埋件使用6个M12对拉螺栓固定在悬挑隔震沟混凝土结构上。
3) 钢丝绳导索与上、下端固定结构连接
爬升导索钢丝绳经计算确定直径为13mm。钢丝绳上端与导轨方钢在方钢上缠绕短钢丝绳,使用卡子固定,导索钢丝绳与短钢丝绳环套使用直径200mm U形螺栓连接 (见图8) ,钢丝绳端部使用卡子固定,短钢丝绳与方钢导轨间垫橡胶垫。
导轨钢丝绳下端与悬挑工字钢连接先使用2个螺栓、2块穿孔钢板做成连接夹具,然后钢丝通过开口花兰与夹具连接 (见图9) ,开口花兰的使用可调整钢丝绳绷紧程度从而控制导索钢丝绳距离幕墙面层的距离。
钢丝绳端部使用绳卡固定,紧固绳卡为3个,然后再安装1个安全弯,端部共4个绳卡。绳卡安装时,U形弯接触绳端,U形开口位置在通长钢丝绳一侧 (见图10) 。
3.5 吊篮防脱落系统
吊篮悬挂承重系统、钢丝绳导索系统确定后,为保证吊篮在导索钢丝绳上安全爬升、下降,还需设置吊篮爬升防脱落系统 (见图11) 。吊篮爬升防脱落系统的要求为:保证吊篮能平滑、稳定地在钢丝绳导索上向下移动,防止吊篮滑脱钢丝绳。
1) 滑动装置吊篮与钢丝绳导索要保持相对稳定、平滑移动,滑轮是最经济、适用的选择。为保证滑轮和钢丝绳相对位置,滑轮凹槽直径应大于钢丝绳直径。要保证吊篮与钢丝绳导索相对位置,滑轮应成对配置,在吊篮靠近钢丝绳一侧上、下各设置1个滑轮 (见图12) ,保证吊篮平行于钢丝绳导索移动。
2) 钢丝绳防脱装置凹槽形滑轮为开口形,滑轮在钢丝绳上升或下降时存在滑脱的安全隐患,为保证吊篮与钢丝绳相对位置稳定,避免钢丝滑脱,在滑轮凹槽接触导索钢丝的外侧设置2块连接钢板作为夹板,在钢板夹板端部设置1个限位螺栓,则导轨钢丝绳被限定在一个封闭范围内,即使钢丝绳与滑轮滑脱,也不会造成吊篮滑脱导轨钢丝绳的问题。
3) 滑动、防脱装置与吊篮连接吊篮作业平台两侧设有约1.2m高护栏,在不破坏吊篮原有构造的前提下,滑轮、防脱装置需附属杆件固定在吊篮侧壁栏杆上。使用附加立杆连接滑轮、限位螺栓组成的限位系统与吊篮平台 (见图13) ,将连接钢板焊接在1根□50×50×5方钢管上。
滑轮、限位螺栓组成的限位系统在每根钢丝绳导索上安装2组,分别安装在吊篮平台一个侧壁的上、下两端横梁上 (见图11) ,可保证工作状态时吊篮与幕墙装饰面层平行。
4 爬升式吊篮安装与安全管理
为保证吊篮沿导索稳定爬升,每个吊篮设置2根钢丝绳导索,2根钢丝绳导索安装在吊篮平台两端向内侧1/5位置 (见图14) 。
吊篮为多组同时使用 (见图15) ,为防止磕碰,相邻吊篮间距≥500mm。吊篮使用过程中,因钢丝绳导索为斜向,且导索固定在结构侧面,吊篮无法降落至地面,通过设置专用梯,可供作业人员上下吊篮。
5 结语
在北京大兴国际机场航站楼核心区工程内,爬升式吊篮系统的应用很好地解决了工程外立面内倾幕墙安装作业平台问题,安全可靠,为内倾式建筑外立面装饰施工提供了安全、经济的节约方案。
[2]郑毅, 莫林.大直径渐变式圆弧状玻璃幕墙施工技术[J].施工技术, 2019, 48 (4) :106-109.
[3]岑锦秀, 唐相文, 熊宇坤, 等.大型GRC幕墙板单元窗式整体安装施工技术[J].施工技术, 2018, 47 (22) :89-91.
[4]徐永选, 翁邦正, 李俊成, 等.重庆万达城展示中心异形多曲面幕墙外观质量控制技术[J].施工技术, 2018, 47 (11) :10-12, 58.
[5]胡锋, 管基海, 刘清春, 等.酒杯形双曲面玻璃幕墙施工技术[J].施工技术, 2018, 47 (3) :44-46.
[6]王华平, 林冲, 何小东.桂林两江国际机场航站楼超大异形玻璃幕墙板块安装技术[J].施工技术, 2017, 46 (19) :139-141, 148.