既定工況下的超高層機(jī)電設(shè)備吊裝技術(shù)

劉立廣

中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司西北分公司 陜西 西安 710014

隨著發(fā)展中國家城市化進(jìn)程的不斷加快，越來越多的人涌入大都市，超高層建筑的總體需求量很大，在繁華地段扎堆出現(xiàn)已經(jīng)成為常態(tài)?；诩夹g(shù)功能考慮，在超高層建筑中設(shè)置設(shè)備層已經(jīng)成為一種設(shè)計(jì)共識(shí)，300 m以上的超高層尤其如此。超高層主樓設(shè)備層位置普遍較高，設(shè)備層里往往布置有大量的機(jī)電設(shè)備且大部分具有質(zhì)量大、體積大的特點(diǎn)，加之鬧市區(qū)寸土寸金，現(xiàn)場場地非常狹小，安全隱患很大，這給吊裝作業(yè)帶來了很大挑戰(zhàn)。如何借助既定有限的吊裝機(jī)械將大型設(shè)備順利運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢茫瑫r(shí)節(jié)約機(jī)械租賃成本，是值得研究的課題[1-2]。

1 工程概況

馬來西亞四季酒店項(xiàng)目位于吉隆坡市中央商務(wù)區(qū)（CBD），緊鄰著名的馬來西亞地標(biāo)——雙子塔。項(xiàng)目建筑總高度為342.5 m，地上77層，地下4層，是集商業(yè)、公寓和酒店于一體的超高層城市綜合體（圖1）。其中機(jī)電設(shè)備層分別設(shè)于59、41、27、11和地下1層，主要設(shè)有變壓器、成套配電柜、發(fā)電機(jī)、冷水機(jī)組、泵組、成品水箱等機(jī)電設(shè)備，共計(jì)260臺(tái)。其中質(zhì)量最大的機(jī)電設(shè)備單體是位于塔樓41層供配電機(jī)房中的1 500 kVA變壓器，單體凈重6.4 t，吊裝高度為182 m，將以此變壓器作為最不利因素綜合考慮確定吊裝方案。

圖1 項(xiàng)目效果圖

2 難點(diǎn)分析

2.1 設(shè)備型號(hào)確定不及時(shí)

機(jī)電分包大部分為建設(shè)方指定分包，受制于馬來西亞當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)習(xí)慣和專業(yè)圖紙深化效率，在項(xiàng)目開工時(shí)尚未最終完成大樓的電氣負(fù)荷計(jì)算和電氣系統(tǒng)完整設(shè)計(jì)，從而導(dǎo)致大型機(jī)電設(shè)備的型號(hào)未能及時(shí)確定，這些不確定因素對(duì)早期塔吊方案制定和租賃費(fèi)用測算造成了較大干擾。

2.2 吊裝荷載等級(jí)跨度大

機(jī)電設(shè)備吊裝荷載重，質(zhì)量等級(jí)跨度大，最重的變壓器單體達(dá)6 t以上，但數(shù)量相對(duì)較少。在綜合考慮了鋼結(jié)構(gòu)和幕墻專業(yè)的吊裝荷載分布和其對(duì)塔吊的使用頻率后，為避免長期“大牛拉小車”造成資源浪費(fèi)，項(xiàng)目部結(jié)合當(dāng)?shù)卣畬?duì)塔吊使用的相關(guān)規(guī)定和租賃市場行情，從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)合理選定塔吊型號(hào)。

2.3 場地條件苛刻

項(xiàng)目是地處吉隆坡繁華市中心的超高層工程，距離最近的已有超高層建筑僅20 m，現(xiàn)場場地非常狹小，且各工種交叉施工造成現(xiàn)場可利用場地更少，這為大型設(shè)備的卸車位置選定帶來很大麻煩，需要結(jié)合各專業(yè)的材料堆放布局合理規(guī)劃，場地協(xié)調(diào)工作量大。

3 解決方案

3.1 塔吊選型

為兼顧實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，擬利用現(xiàn)場安裝于核心筒兩側(cè)的2臺(tái)內(nèi)爬式動(dòng)臂塔吊J208PA完成吊裝作業(yè)。根據(jù)項(xiàng)目塔吊型號(hào)和爬升方案，隨著塔吊高度不斷提高，雙繩將更換為單繩，塔吊額定起重量降低，塔吊起重性能如表1所示。

表1 塔吊J208PA起重性能（單繩）

由表1可知，J208A型動(dòng)臂式塔吊在單繩情況下的末端起吊最大質(zhì)量為2.2 t，根部起吊最大質(zhì)量為6 t，而變壓器最大質(zhì)量為6.4 t，在未考慮風(fēng)載影響的情況下，塔吊額定起吊能力不能滿足變壓器的吊裝要求。

3.2 荷載處理

擬采用“分拆法”替換“整體吊裝法”，即將變壓器的易組裝外殼與主芯拆開分別吊裝，在外殼和主芯分別吊至41層后拼裝復(fù)原。通過分拆之后，變壓器主芯、吊索、掛鉤總質(zhì)量為5.4 t。

3.3 塔吊起重能力校核

高空吊裝考慮風(fēng)載的影響系數(shù)為1.1，綜合風(fēng)載系數(shù)，計(jì)算吊裝荷載為5.94 t，由此可知，在選定吊裝位置上，塔吊起重能力滿足吊裝要求。

3.4 吊裝位置選擇

基于對(duì)塔吊起重能力的校核，參照表1，結(jié)合現(xiàn)場場地條件，最終將變壓器卸車位置A選在建筑物東南側(cè)距離2#塔吊中心30.0 m處（圖2陰影填充位置），此位置場地相對(duì)開闊，便于電壓器卸貨，且處于塔吊37.1 m吊裝半徑內(nèi)，可獲得最大起重量6 t。在吊裝施工準(zhǔn)備前，提前清理、平整場地，保證設(shè)備運(yùn)輸車輛能直接到達(dá)指定范圍。

圖2 變壓器卸車位置示意

3.5 吊索設(shè)置

設(shè)備自帶的吊耳與幾何中心一般呈對(duì)稱布置，由于設(shè)備功能需要，設(shè)備的重心和幾何中心一般不一致，而且設(shè)備的重心與吊點(diǎn)的幾何中心也不一致。如果直接采用等長的吊索吊裝，設(shè)備起吊后將處于不平衡狀態(tài)，存在安全隱患。在設(shè)置吊索時(shí)要同時(shí)安裝主副吊索以確保設(shè)備的吊裝平衡。主副吊索的規(guī)格型號(hào)相同，在副吊索上串接倒鏈調(diào)整；倒鏈調(diào)整完成后，需在倒鏈處設(shè)置安全吊索。采用4條吊索平衡吊裝。每條吊索長5 000 mm，吊裝仰角為55°。

3.6 吊裝方法選定

在吊裝方法上，國內(nèi)傳統(tǒng)的“奪吊法”不符合當(dāng)?shù)卣块TJKKP（職業(yè)衛(wèi)生與安全局）安全要求，只能選用“平臺(tái)轉(zhuǎn)運(yùn)法”，即現(xiàn)場采用已有撐桿式卸料鋼平臺(tái)作為中轉(zhuǎn)平臺(tái)，完成變壓器的吊裝和轉(zhuǎn)運(yùn)。

3.7 撐桿式卸料鋼平臺(tái)的合理應(yīng)用

撐桿式卸料平臺(tái)（又叫可移動(dòng)式卸料平臺(tái)）在當(dāng)?shù)亟ㄖ袠I(yè)中普遍使用，有別于國內(nèi)的斜桿式鋼平臺(tái)，其將承載力分配到上下2層結(jié)構(gòu)板中，無需預(yù)埋任何錨固件或者埋件，安全性高、可靠性好、適應(yīng)性強(qiáng)，安拆方便快捷，能反復(fù)無損耗周轉(zhuǎn)使用，經(jīng)濟(jì)效益極好，如圖3～圖5所示。

圖3 鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)平面

圖4 鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)前視

圖5 吊裝實(shí)景

現(xiàn)場配置有3套上述撐桿式卸料鋼平臺(tái)，每臺(tái)載重10 t，得益于其安拆方便的特性，合理安排工序插入時(shí)間和現(xiàn)場布局可同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)、幕墻、裝修和機(jī)電施工時(shí)倒運(yùn)材料的需求，無需為機(jī)電設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)單獨(dú)配置平臺(tái)，可節(jié)省措施費(fèi)用。在分析了現(xiàn)場既有的卸料平臺(tái)性能后，經(jīng)過對(duì)機(jī)電設(shè)備的外形尺寸和平臺(tái)尺寸比對(duì)，確定通用型4 014 mm（寬）×4 500 mm（長）尺寸平臺(tái)可滿足變壓器的轉(zhuǎn)運(yùn)需求。其主要承重構(gòu)件為20#槽鋼和16#槽鋼，底板通長鋪設(shè)厚5 mm鋼板，側(cè)板三面加裝成品模塊化鋼制護(hù)欄。

3.8 吊裝轉(zhuǎn)運(yùn)流程

本方案由于卸車位置選在建筑物東南側(cè)，綜合考慮塔吊的回轉(zhuǎn)范圍，以及結(jié)構(gòu)、幕墻預(yù)留尺寸，將撐桿式卸料鋼平臺(tái)安裝在41層7—8/E—F軸位置，懸挑5 m，內(nèi)置4 m支撐框架，如圖6所示。

圖6 平臺(tái)位置示意

用塔吊先將設(shè)備由自卸車位置A吊裝至撐桿式卸料鋼平臺(tái)B上，然后通過二次運(yùn)輸?shù)竭_(dá)指定位置。

3.9 設(shè)備二次運(yùn)輸技術(shù)

3.9.1 運(yùn)輸路線選擇及處理

設(shè)備二次運(yùn)輸路線以鋼平臺(tái)位置為路由起始，機(jī)房為路由結(jié)束。提前規(guī)劃二次搬運(yùn)路線，根據(jù)設(shè)備尺寸預(yù)留二次結(jié)構(gòu)門洞。在轉(zhuǎn)運(yùn)前對(duì)地面進(jìn)行平整并鋪設(shè)薄鋼板，在保護(hù)樓板表面的同時(shí)減少載重小車和樓板地面的摩擦力。

3.9.2 牽引設(shè)備的選型

使用卷揚(yáng)機(jī)和倒鏈相互配合將設(shè)備牽引至安裝位置。為確保牽引過程重設(shè)備平穩(wěn)，應(yīng)選擇額定速度小于10 m/min的慢速卷揚(yáng)機(jī)，額定拉力應(yīng)大于75 kN。

3.9.3 設(shè)備運(yùn)輸方法

在正式搬運(yùn)前，提前策劃選定線路上各方向的卷揚(yáng)機(jī)和倒鏈固定位置，牽引著力點(diǎn)應(yīng)在變壓器中下部位置，確保卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩與地面夾角小于15°，以避免設(shè)備在運(yùn)輸過程中發(fā)生傾斜甚至傾倒，整個(gè)牽引過程應(yīng)保持緩慢均勻的速度，保證設(shè)備平穩(wěn)前進(jìn)。

4 注意事項(xiàng)

4.1 吊裝時(shí)機(jī)選擇

吉隆坡氣候?qū)儆跓釒ШＱ蠹撅L(fēng)氣候，常年平均風(fēng)速7.5 km/h，200 m高空風(fēng)速可達(dá)20 km/h。為確保吊裝安裝，吊裝前根據(jù)設(shè)備移交計(jì)劃表和現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)度，兼顧幕墻封閉計(jì)劃，提前制定詳細(xì)的吊裝計(jì)劃，同時(shí)提前觀測查詢天氣狀況，必須選擇無風(fēng)天氣吊裝。

4.2 正式吊裝前試吊

變壓器就位后開始起吊時(shí)，應(yīng)先將設(shè)備吊離地面200～300 mm后停止起吊，并檢查起重機(jī)的穩(wěn)定性、制動(dòng)裝置的可靠性、設(shè)備的平衡性和綁扎的牢固性，待確認(rèn)無誤后，方可繼續(xù)起吊。

4.3 吊裝準(zhǔn)備措施

在鋼平臺(tái)上提前放好載重小車（地牛車），由塔吊將設(shè)備緩慢提升到41層鋼平臺(tái)上方，緩慢落鉤，直到設(shè)備底座完全落到載重小車上后，再將塔吊松鉤，拆除吊索。

4.4 安全防護(hù)

吊裝開始前對(duì)吊裝機(jī)械的索具、夾具、卡環(huán)、卡具等關(guān)鍵部件進(jìn)行細(xì)致檢查或試驗(yàn)，各部位正常后才可進(jìn)行正式吊裝。同時(shí)做好防止高空墜落措施，吊裝人員應(yīng)戴安全帽，吊裝工作區(qū)設(shè)有明顯標(biāo)志，并設(shè)專人警戒。

撐桿式卸料鋼平臺(tái)在安裝完畢后，需經(jīng)過當(dāng)?shù)卣踩块TJKKP驗(yàn)收合格后方可使用。

4.5 設(shè)備尺寸和型號(hào)的提前確認(rèn)

本工程之所以遇到上述困境，主要是因?yàn)轫?xiàng)目前期受到當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)習(xí)慣和專業(yè)圖紙深化效率的影響，未能及時(shí)確定大型機(jī)電設(shè)備的型號(hào)，而這些信息對(duì)塔吊選型非常重要。因此，在以后的工程項(xiàng)目中：首先，應(yīng)在進(jìn)場伊始就提前以正式書信向設(shè)計(jì)顧問和業(yè)主索要相關(guān)信息，制定詳細(xì)的負(fù)荷確認(rèn)和設(shè)備確認(rèn)計(jì)劃表，留好過程記錄，作為索賠依據(jù)；其次，為了避免耽誤整體進(jìn)度，可采用相似工程類比法，預(yù)估可能的設(shè)備尺寸和質(zhì)量，在留有余量的基礎(chǔ)上綜合考慮鋼結(jié)構(gòu)、幕墻、結(jié)構(gòu)施工的吊裝荷載分布情況，從而確定塔吊型號(hào)。

5 結(jié)語

本文依托的應(yīng)用實(shí)例具有地域特性，在面對(duì)行業(yè)共性問題時(shí)，項(xiàng)目部慎重策劃并對(duì)比分析后，通過采用“分拆法”將設(shè)備由大化小，以滿足現(xiàn)場既定工況要求；同時(shí)克服場地不利因素，借助現(xiàn)場已有的撐桿式卸料鋼平臺(tái)，通過驗(yàn)算和校核，采用“平臺(tái)轉(zhuǎn)運(yùn)法”將設(shè)備吊裝就位，在解決了吊裝問題的同時(shí)，節(jié)省了費(fèi)用。