既有佛塔增設(shè)祈福鐘的改造施工

李智慧 謝曉嵐 楊小娟 劉 慶

廣廈建設(shè)集團有限責(zé)任公司 浙江 杭州 310005

1 工程概況

金華市高山頭古城萬佛塔及地宮工程為一類仿古建筑（圖1），其中主體結(jié)構(gòu)萬佛塔檐口標(biāo)高為74.1 m，塔剎頂標(biāo)高為97.6 m，地下1層，地上18層，中間核心筒現(xiàn)澆框剪力墻＋外圍鋼結(jié)構(gòu)，塔身六面飛檐，自6層起每2層分6次漸進內(nèi)收，屋頂為六角坡屋面。

圖1 項目實景

項目整體驗收前，方案發(fā)生變更，要求在塔標(biāo)高68.10 m處增設(shè)質(zhì)量為10.5 t的祈福鐘，因此必須先進行荷載驗算和加固，再進行吊裝作業(yè)。吊裝方案確定先采用外部吊車將祈福鐘吊至標(biāo)高為60.83 m的樓層，通過水平導(dǎo)軌滑移至萬佛塔內(nèi)后，再垂直吊至預(yù)定位置。

2 工程重點與難點

1）新增荷載較大，原結(jié)構(gòu)不滿足承載要求。原設(shè)計核心筒中部為直徑4.2 m的洞口，因增設(shè)祈福鐘，需在68.10 m樓層中心處增設(shè)承重鋼梁，并在鋼梁中點位置設(shè)置滿足要求的吊掛點。祈福鐘、吊裝托盤和輔助用品總質(zhì)量達到14 t，且因GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》于2018年進行了部分修訂，使得原設(shè)計的屋頂消防水箱容積由18 m3變更為36 m3，因此需驗算增設(shè)祈福鐘和擴容消防水箱對結(jié)構(gòu)的共同影響，2項荷載較原設(shè)計結(jié)構(gòu)恒荷載增加12.5%。

2）吊裝不利條件多、環(huán)境復(fù)雜。佛塔底部為擴大基座，場地狀況不適合大起重量吊機安放。佛塔主體每2層內(nèi)收造型和外圍飛檐的構(gòu)造大大增加了吊裝作業(yè)的難度，導(dǎo)致必須采用將等腰三角形吊繩逐漸變?yōu)橹苯侨切涡螤钔扑推砀ｇ姷姆椒?，這對吊裝作業(yè)的精準(zhǔn)度要求極高。

3）動荷載的不均勻性給結(jié)構(gòu)及附屬支撐結(jié)構(gòu)帶來較大挑戰(zhàn)。吊裝時，祈福鐘在標(biāo)高為60.83 m的樓層水平運動，軌跡內(nèi)荷載對下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力影響變化較為復(fù)雜，且進入層外圍鋼主梁及圈梁為懸挑結(jié)構(gòu)，不具備支撐大荷載條件。此外，塔內(nèi)將側(cè)臥的祈福鐘豎起垂直起吊，存在塔內(nèi)空間狹小、不可控因素多等難題[1-2]。

3 實施步驟

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計和改造

由于安裝祈福鐘的核心筒中部位置原設(shè)計為直徑4.2 m的洞口，因此必須增設(shè)中心交叉鋼梁（圖2）、連接節(jié)點板和祈福鐘吊掛連接板。

圖2 標(biāo)高為68.10 m的樓層中心增設(shè)交叉鋼梁

根據(jù)結(jié)構(gòu)驗算結(jié)果，標(biāo)高為68.10 m的吊掛層構(gòu)件承載力不滿足超載需求；吊裝導(dǎo)軌支撐于標(biāo)高為60.83 m樓層的核心筒混凝土連梁處，連梁能夠滿足祈福鐘在塔內(nèi)水平運輸?shù)囊?。因此，針對增設(shè)祈福鐘后標(biāo)高為68.10 m樓層的徑向鋼梁、鋼柱承載力不滿足超載要求的情況，須在標(biāo)高65.10～68.10 m樓層間新增6根支撐及徑向框架梁的支承斜柱，斜柱上部與原框架柱間距為1.196 m，減少柱間梁支撐跨度，從而使原有框架柱內(nèi)力增加比例大幅降低。

中心交叉梁及斜柱在施工前，采取如下措施：

1）對上部樓層荷載進行卸荷，如清除消防水箱內(nèi)存水、吊頂及臨時施工荷載等。

2）對標(biāo)高70.85 m樓層已施工的鋼梁平面中心處焊縫節(jié)點進行加固補強，修補該處以下其他可能存在的缺陷。

3）在標(biāo)高為60.83 m的樓層搭設(shè)中心支撐架，并采用可調(diào)節(jié)壓力撐桿，使標(biāo)高為68.10 m的樓層環(huán)梁整體起拱1.0～2.0 mm，結(jié)構(gòu)改造完畢后拆除臨時支撐。

3.2 吊裝前支撐搭設(shè)和結(jié)構(gòu)處理

標(biāo)高為60.83 m的樓層混凝土核心筒連梁臨時加固，具體措施為在標(biāo)高為60.83 m的樓層和其下標(biāo)高為58.02 m的樓層連梁之間增加豎向臨時支頂支撐頂緊（圖3），使得在豎向荷載作用下，上下2層連梁共同受力；豎向臨時支撐上下兩端采用枕木和100 mm×6 mm角鋼保護。

圖3 連梁間支撐示意

標(biāo)高為60.83 m的樓層核心筒混凝土連梁支撐跨距為9.5 m，垂直于連梁沿南北方向設(shè)置2根H型鋼（圖4），鋼梁型號為HM250 mm×250 mm×9 mm×10 mm，長12 m，平行間距2 m，兼作祈福鐘滑移導(dǎo)軌和垂直起吊支撐梁。

圖4 飛檐平面及導(dǎo)軌布置

3.3 祈福鐘吊裝

祈福鐘高2.60 m，直徑2.20 m，吊運?？康乃菍痈?.30 m，樓層上側(cè)飛檐超出?？繉又瘟?.80 m，超出導(dǎo)軌1.03 m，因此除采用特殊的吊放方法外，須定制加長的祈福鐘托盤（圖5）。托盤架采用16#槽鋼，吊耳為厚20 mm鋼板，孔徑30 mm。采用柔性材料將鐘體固定在托盤上，在祈福鐘下側(cè)托盤面四周用木板、方木和三角木墊塞牢固。

圖5 托盤結(jié)構(gòu)示意

使祈福鐘在標(biāo)高為60.83 m的樓層進行水平運動，驗算吊裝過程的滾筒、牽引鋼絲繩、索具倒鏈和鋼梁等承載力，選用相應(yīng)的規(guī)格和型號，最后確定采用10根φ11 mm滾筒，6（37）-140-11-順繞牽引鋼絲繩、6×37＋FC-1670的φ34.0 mm起吊鋼絲繩、使用5 t吊鏈牽引以及HM250 mm×250 mm×9 mm×10 mm的H型鋼。

1）清除原有建筑斜撐，打開祈福鐘水平進入通道。吊裝作業(yè)前，為使祈福鐘能夠進入塔內(nèi)，拆除標(biāo)高為60.83～65.10 mm的樓層④—⑤軸間原有建筑的柱間斜撐ZC15（圖6）。

圖6 ZC15斜撐拆除示意

2）祈福鐘吊運至標(biāo)高60.83 m的明閣樓外側(cè)。托盤外側(cè)掛繩采用鋼絲繩，內(nèi)側(cè)掛繩采用可起到松緊作用的倒鏈，起吊時兩側(cè)鋼絲繩長度一致，呈等腰三角形狀態(tài)。起重設(shè)備采用500 t液壓吊機，先將祈福鐘吊至標(biāo)高為60.83 m的明閣樓外側(cè)，在離明閣樓外墻的近點，開始收緊托盤上的水平掛繩，嚴(yán)密觀察祈福鐘及托盤姿態(tài)，緩慢將祈福鐘托盤內(nèi)側(cè)一端靠放在導(dǎo)軌端部的搬運車上（圖7）。

圖7 祈福鐘吊至明閣樓鉆洞

3）祈福鐘進入明閣樓。水平葫蘆始終收緊，豎向掛繩葫蘆放松，吊機趴臂收繩，三者協(xié)同，將祈福鐘由外向內(nèi)移動，使鋼絲繩由等腰三角形向直角三角形轉(zhuǎn)變（圖8）。

圖8 祈福鐘進入明閣樓

4）祈福鐘落至明閣樓地面導(dǎo)軌。放松豎向掛繩倒鏈，收緊水平倒鏈，直到托盤2/3以上到達樓層內(nèi)的地面，當(dāng)?shù)鯔C的鋼絲繩掛點與吊機位于同一根垂直線位置時，另一根掛繩倒鏈全部松開，此時托盤4.97 m處于導(dǎo)軌上，祈福鐘本體也完全進入導(dǎo)軌，可完全松開吊機上的鋼絲繩和倒鏈掛繩，收緊水平倒鏈將祈福鐘盤移到明閣樓中心（圖9）。

圖9 祈福鐘落至明閣樓地面

5）祈福鐘塔內(nèi)垂直吊裝。祈福鐘運入塔中心放置妥當(dāng)后，立即恢復(fù)拆除的柱間支撐，ZC15斜撐恢復(fù)并驗收合格后，方可吊裝塔內(nèi)的祈福鐘。懸掛樓層下2個輔助吊掛點，用葫蘆倒鏈方式將祈福鐘整體提升至離地2 m高度后，放松鐘底部一端倒鏈，抬高鐘頂部一端倒鏈，將側(cè)放的祈福鐘豎起，中心吊點拴住鐘頂，然后一邊托住祈福鐘底部一邊提升，直至提升至中心掛點處，最終將祈福鐘荷載從水平托盤轉(zhuǎn)移至懸吊層中心吊點，完成祈福鐘安裝（圖10）。托盤及導(dǎo)軌撤出后，拆除吊運樓層處的臨時支撐。

圖10 塔內(nèi)垂直吊裝示意

4 其他措施

1）標(biāo)高為70.85 m的樓層鋼梁平面中心處焊縫節(jié)點加固。先進行局部樓板剔鑿工作，露出中心節(jié)點，對上下翼緣等強熔透焊縫修補，全部滿焊合格后，用混凝土封閉。

2）500 t液壓汽車吊停放所需寬度是現(xiàn)場道路寬度的2.5倍，須挖除地下室紅線北側(cè)東西向的土方3 m3。

3）對標(biāo)高60.83 m樓層④—⑤軸和①—②軸間的混凝土連梁下部采用角鋼臨時護角。

4）導(dǎo)軌鋼梁與橫梁間采用枕木墊襯，使鋼梁與整個鐘體機組質(zhì)量均承載于橫梁與立柱梁上，用以保護樓板。

5）全部構(gòu)件加固改造和吊裝完成后進行防腐、防火涂裝工作，防護標(biāo)準(zhǔn)同原設(shè)計要求。

5 結(jié)語

本項目通過可靠計算和精確控制，尤其是分階段的高精度協(xié)同吊裝，最終順利完成祈福鐘的增設(shè)安裝。安裝過程的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和位移監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，本施工工藝安全可靠，能保證安裝質(zhì)量，將原有結(jié)構(gòu)的破壞降至最低限度，降低了施工成本，取得了良好的社會和經(jīng)濟效益。