超高大型上人轻钢龙骨模块化提升施工技术

摘  要：随着超高层建筑的发展，超高层建筑的内部往往设计有核心筒，以提高建筑的整体刚度。核心筒通常设计有高大中庭，而中庭的四周大多为剪力墙结构，因此中庭的采光受到限制。为改善中庭的照明条件，往往将中庭天花设计为上人轻钢龙骨，作为安装灯具的平台，同时也作为后期检修和维护的操作平台。对于一些设计有大型装饰天花或维修马道的超高层高大中庭，或对设计有设备平台的大型钢筋混凝土屋盖的场馆，采用该技术可保证施工安全，缩短施工周期和节约施工成本，应用前景广阔。

关键词：超高； 高大中庭； 大型； 上人轻钢龙骨； 模块化

1  概述

随着超高层建筑的发展，超高层建筑的内部往往设计有核心筒，以提高建筑的整体刚度。核心筒通常设计有高大中庭，而中庭的四周大多为剪力墙结构，因此中庭的采光受到限制。为改善中庭的照明条件，往往将中庭天花设计为上人轻钢龙骨，作为安装灯具的平台，同时也作为后期检修和维护的操作平台。

华南国际港航服务中心项目（以下简称“该项目”）（如图1），地下4层，地上52层，建筑高度242.8m，采用框架-核心筒结构。该项目在18至29层设计有高大中庭，中庭底部为三段不同标高、不同面积、错层分布的楼面平台，分别为18层、19层和21层。中庭天花设计为上人轻钢龙骨，龙骨主要由10#槽钢、□100×100、∟50×4及钢格板组成，长度20.6m、宽度10.6m，重10t，吊装高度49.5m。

由于上人轻钢龙骨重量重、面积大、安装高度高，且地面拼装平台位于不同楼层，给施工带来了很大难度。按照传统施工方法，在18～29层中庭范围内搭设满堂脚手架，作为上人轻钢龙骨高空散装的操作平台，由于采用单件高空散装，不仅高空焊接量大、焊接质量难以保证，且作业效率低、工期难以保证，同时搭拆大量的满堂脚手架，必将造成施工风险和人力物力的增加。

采用本施工技术可避免满堂脚手架的搭拆及搭拆过程所冒的安全风险[1]，提高上人轻钢龙骨整体施工工效，缩短建设周期；减少在施工过程中防护措施的费用，节约施工成本，降低施工能耗；保证轻钢龙骨模块提升过程的同步性和安全性，使上人轻钢龙骨杆件在提升过程中的内力和变形符合规范要求，轻钢龙骨在提升后仍满足使用功能要求；设备可重复利用，符合绿色施工的要求。

2  超高大型上人轻钢龙骨模块化提升施工技术特点

2.1  “地面拼装、一次提升、高空合成”，避免了满堂脚手架的搭设及搭拆过程所冒的安全风险，节省了大量的人力物力，缩短了工期。

2.2  “同步控制电动卷扬机组”[2]，保证了电动卷扬机组提升的灵活性，使轻钢龙骨模块在提升过程中稳定、安全、可靠。

2.3  “兜底设置‘井字’扁担梁”，增加了模块的整体刚度，确保上人轻钢龙骨杆件在提升过程中的内力和变形符合规范要求，使轻钢龙骨在提升后仍满足使用功能要求。

2.4  本施工技术具有安全可靠、施工快速方便、经济合理、设备可重复利用、减少大型施工机械能耗等优点，符合绿色施工要求。

3  施工工艺流程及操作要点

3.1  施工工艺流程

施工准备→测量放线→拼装轻钢龙骨模块→吊装18层轻钢龙骨模块→高空临时固定→手动葫芦微调→与原结构永久固定→按前述步骤吊装19层轻钢龙骨模块→高空焊接接轨→与原结构永久固定→按前述步骤吊装21层轻钢龙骨模块→检查验收→拆除临时钢梁及卷扬机→完成上人轻钢龙骨安装→清理场地→施工完毕

3.2  操作要点

（1）地面拼装、一次提升、高空合成

①该项目18到29层中庭天花设计为上人轻钢龙骨，龙骨主要由10#槽钢、100×100、∟50×4及钢格板组成，长度20.6m、宽度10.6m，重10t，吊装高度49.5m。

②针对中庭底部存在三段不同标高、不同面积、错层分布的楼面平台情况，分别在18层、19层和21层楼面上拼装轻钢龙骨模块，模块重量分别为5.5t、1.5t和3t。

③模块在地面拼装完成后，立即进行校正、检测和固定，以形成空间稳定体系。模块提升前，需确定吊点位置、数量及卷扬机型号，以保证各模块提升前后的中心位置一致。计算如下：

1）18层平台模块共设置四个平衡对称吊点，吊点位于模块底部的“井字”扁担梁上，每个吊点平均受拉力：5500kg×9.8N/kg×1.5/4=20213N≈20.2kN；

2）19层平台模块共设置两个平衡对称吊点，每个吊点平均受拉力：1500kg×9.8N/kg×1.5/2=11025N≈11kN；

3）21层平台模块共设置四个平衡对称吊点，每个吊点平均受拉力：3000kg×9.8N/kg×1.5/4=11025N≈11kN。

综上所述，模块的最大吊点受力为20.2kN，采用JM5T电控慢速卷扬机（最大运行速度为9m/min），以6×37-12型钢丝绳作为承重索具，钢丝绳额定拉力为50kN（大于20.2kN），满足提升受力要求。

④采用电动卷扬机组对轻钢龙骨模块有序、单次提升到顶。电动卷扬机组根据吊点位置牢固布置在29层楼面上，用于控制模块的提升。18层平台上的轻钢龙骨模块由4台卷扬机控制，卷扬机将模块单次提升至设计高度，用布置在29层楼面的手动葫芦进行临时固定，以保证模块高空吊装的安全[3]。当模块提升至设计高度，局部出现挠度较大问题时，用手动葫芦微调处理，待模块各点标高处于同一水平面时，将模块的主龙骨（L2方钢管）与原结构钢梁焊接在一起，形成整体受力。

⑤同理，按前述步骤吊装19层、21层平台上的轻钢龙骨模块，与提升后的18层轻钢龙骨模块高空焊接接轨，并与原结构永久固定，完成上人轻钢龙骨的安装。

（2）同步控制电动卷扬机组技术

①由多台电动卷扬机共同提供提升动力。为保证电动卷扬机同步提升，在每台电动卷扬机上设置一个独立控制开关，以调整提升过程中偏差。将电动卷扬机组并联到一个主控制柜上[4]，作为提升的总控制开关。

②正式提升前，电动卷扬机组需进行提升系统预加载，即将模块提升至离地面5cm处，空中停留、观察30分钟，在确保提升设备、临时设施等安全的情况下，正式开始提升。

③保证提升过程中卷扬机的同步性。当模块出现姿态倾斜时，通过操控电动卷扬机升降控制器，降低或增加某个吊点的提升速度，实现对吊点的“单点动”，使模块在提升过程中的整体水平度控制在10mm以内，从而达到同步提升的目的。

（3）兜底设置“井字”扁担梁

①为保证轻钢龙骨在提升过程中的内力和变形符合规范要求，且提升后仍满足使用功能要求，采用Midas软件对轻钢龙骨模块进行仿真分析，所建模型考虑兜底设置“井字”扁担梁。“井字”扁担梁为18#工字钢（如图16），长度3.5m，与模块焊接固定[5]，起到加固钢架、增加模块整体刚度的作用。

②通过Midas仿真分析，得到各模块在提升工况下的受力、变形情况，根据受力、变形结果，调整模块的吊点位置和数量，以得到最优的吊点布置方案。模型说明如下：

1）钢材材料等级为Q235，下弦杆采用10号槽钢，竖向腹杆采用角钢L50×4，横向腹杆和斜撑采用角钢L40×4，上弦采用方钢管□100×100。

2）钢丝绳直径为12mm，扁担梁采用18号工字钢。

3）采用焊接连接，焊条为E43型，所有焊缝为坡口焊或者角焊缝。

4）采用铰接约束，钢丝绳在扁担梁的吊点位置设定铰支座约束。

③18层轻钢龙骨模块

1）计算模型及吊点布置

吊点布置方案：模型共设置四个吊点，第一个吊点位于左边边界往右2000mm，上边边界往下1500mm；第二个吊点位于左边边界往右2000，下边边界往上1500mm；第三个吊点位于右边边界往左2000mm，上边边界往下1500mm；第四个吊点位于右边边界往左2000，下边边界往上1500mm。

2）仿真分析结果

根据位移分布图，最大位移为4.94mm，4.94/2060<1/400，满足《钢结构设计标准》GB 50017-2017的挠度变形要求[6]。根据应力分布图，最大应力为115.9N/mm2，小于Q235钢材的许用应力205N/mm2，满足《钢结构设计标准》GB 50017-2017的承载力要求。

因此，以上吊点布置方案满足变形和承载力要求，可作为模块提升实际吊点布置的理论依据，可保证模块提升后满足使用功能要求。

④19层、21层轻钢龙骨模块

同理，采用以上仿真分析方法，得到19层、21层模块的最优吊点布置方案：

1）19层模块吊点布置方案：共设置两个吊点，第一个吊点位于左边边界往右2000mm，第二个吊点位于右边边界往左2000mm。

2）21层模块吊点布置方案：共设置四个吊点，第一个吊点位于左边边界往右1500mm，上边边界往下1000mm；第二个吊点位于左边边界往右1500，下边边界往上1000mm；第三个吊点位于右边边界往左1000mm，上边边界往下1000mm；第四个吊点位于右边边界往左1500，下边边界往上1000mm。

⑤综上所述，兜底设置“井字”扁担梁，提高了模块吊装过程的整体刚度，同时为吊点的布置提供了可行条件。采用Midas软件对轻钢龙骨模块进行仿真分析，可很好的反映轻钢龙骨模块在提升工况下的受力和变形情况，从而得到最优吊点布置方案，作为实际施工的理论依据。

4  应用效果

本施工技术应用于华南国际港航服务中心项目，对于一些设计有大型装饰天花或维修马道的超高层高大中庭，或对设计有设备平台的大型钢筋混凝土屋盖的场馆，同样适用。采用该技术可避免满堂脚手架的搭拆及搭拆过程中所冒的安全风险，减少安全防护措施的费用，缩短建设周期，具有显著的社会及经济效益。

参  考  文  献

[1] GB 50870-2013  建筑施工安全技术统一规范[S]

[2] GB/T 1955-2019  建筑卷扬机[S]

[3] JGJ 33-2012  建筑机械使用安全技术规程[S]

[4] JGJ 46-2005  施工现场临时用电安全技术规范[S]

[5] GB 50205-2020  钢结构工程施工质量验收标准[S]

[6] GB 50017-2017  钢结构设计标准[S]