金属尖顶整体吊装施工技术

蔡斌

摘要：主题乐园中某塔尖尖顶的吊装施工，通过高空拼装和整体吊装二者的可行性分析比较，到金属尖顶、吊具设计的介绍，再到尖顶整体吊装方案最终现场实际实施的阐述，最终形成此技术方案在本工程金属尖顶吊装的成功案例，并为今后类似施工提供了有利的技术支撑。

关键词：金属尖顶；整体吊装；吊具

中图分类号：TU758.11 文献标识码：A 文章编号：1674—3024（2016）11—103—03

1工程概况

某大型主题乐园在其核心位置坐落着乐园标志性的建筑——梦幻城堡，城堡的设计灵感包罗万象，既有经典的童话故事讲述，也有欧洲古典城堡的味道，同时融合了中国传统文化的元素。城堡的各个方位、各个高度都矗立着大小不一，形状各异的铜质尖顶。其中最具代表的是位于高区塔群上的那几个尖顶，它们位于整个城堡的最高处，也是整个城堡乃至整个主题乐园的最高点，它们就像天空中的点点星光，吸引着大家的目光。

2吊装尖顶的基本情况

此次介绍的尖顶是城堡塔群尖顶中的一个，是最具代表性的尖顶之一，尖顶绝对高度65.8m，相对高度7.927m，尖顶表面材料为24K金箔，塔尖主体材料为铸铜（H58黄铜），整个尖顶由三十多个大大小小造型不同的铸铜构件组成，构件铸造完成后再将其组装拼接成形，拼接处以螺纹或焊接的方式使各个部件连接成一体，尖顶内部采用Q345B镀锌钢管连接固定，整个镀锌钢管分为7节，从底部由大至小支撑起整个铜尖顶，钢管与钢管之间采用法兰盘螺栓连接，整个尖顶最底部采用法兰、高强螺栓与建筑主体结构连接。所有铜构件及内部钢结构总重量达2.6吨。尖顶铜构件的整体平均半径350mm，但是在整个尖顶的2个区域，由于造型关系，半径均大于平均半径。（1）在2.9m～4m位置的造型最大半径630mm。（2）在5.52m～6.32m位置的造型最大半径1730mm。

3整体吊装的分析

整个尖顶的安装需要内部钢结构、铜构件分件分段进行组装，同时尖顶的外造型也比较特殊，因此脚手架在尖顶施工中需要进行多次搭设和调整，其次由于尖顶下部的塔身半径尺寸达2400mm，与尖顶的半径尺寸差异很大，到尖顶位置势必要形成下大上小的悬挑脚手架，另外在高空施工过程中，金箔的修补工作条件是必须要求脚手架外围全封闭，这就造成尖顶的脚手架在修补阶段将形成一个高度至少超过8m的细长简状结构，并且现场由于塔高度等问题，高空周边没有条件设置斜拉杆，基于以上情况的考虑，在高空搭设这样一个为满足尖顶施工的脚手架，从脚手架的整体稳定性、安全性上难度都非常之大。不仅如此，如果在高空安装，构件的吊运和安装过程需要现场的380大型吊机随时等候，机械设备资源浪费严重。鉴于此，我们在充分考虑了高空作业的诸多难度后，提出了整体吊装这一方案。

整体吊装的这一方案，对于尖顶的施工有3点优势：

（1）尖顶的整体拼装在地面完成，高空脚手架搭设中出现的所有难题在地面脚手架搭设中都可以轻易解决。

（2）铜构件的焊接以及金箔的修补工作更为方便。

（3）现场只需提供一部小型汽吊车就可以解决尖顶构件在地面拼装过程中的吊运问题。

解决了以上问题后，我们就需要着重考虑尖顶在地面拼装完成后，如何吊运整个构件至60多米高的高空，并安装就位问题。由此，我们根据尖顶的造型以及起吊尖顶时的条件，对尖顶构件进行了调整并设计出了一款尖顶起吊的专用吊具。

4金属尖顶与吊具的设计

确定了尖顶的整体吊装方案后，我们在金属尖顶和吊具的设计中需要解决3个问题，（1）尖顶在吊装时铜构件已全部安装完成，吊具如何与铜尖顶固定。（2）吊具的固定如何能确保不破坏铜表面的金箔饰面。（3）高空固定铜尖顶时，塔身饰面已经完成，需要考虑尖顶与主体结构螺栓固定时的可操作性。

针对以上问题，首先我们对金属尖顶的造型上进行了调整，我们与建筑设计师进行了沟通确认，在不影响原有整体设计方案的基础上，在尖顶底部第二节构件上增加了8个开口，增加8块明装盖板。（图1）

增加的这8块明装盖板，第一可以在尖顶整体在高空与主体结构固定过程中，为固定螺栓的工具提供操作空间。第二8个开口位置可以让吊具的连接点伸入尖顶内部与内部钢结构牢靠固定。其次是吊具的设计上（图2），（1）我们设计成一个长方体吊具，尺寸与尖顶匹配，长方体的竖向线就是我们吊具的钢框架，长方体的6个面是镂空的，方便最大截面尺寸的构件可以放置。（2）吊具顶部框架对角线位置我们增加钢结构并在中心位置焊接一个环形吊钩，作为吊具起吊的设置点。（3）由于吊具竖杆过长，我们还在适当的横向水平位置增加框架，以增加竖杆的稳定性。（4）我们在吊具构件的大部分节点上都设计成螺栓连接，以方便吊具的运输、拼装以及和铜尖顶的连接。（5）整个尖顶有8m高，光靠在底部的固定是不够的，我们还在尖顶的中上部位置与吊具设置了一个固定点。根据尖顶的造型尺寸，我们在高度5m的位置设置了4组活动杆，通过在底部的绳子拉动，活动杆可以从4个方向水平顶住尖顶的中上部，水平杆下部的斜撑杆顶住水平杆，让其不松脱，活动杆的前端放置厚海绵，在拉起顶住尖顶的同时，能够很好的保护尖顶表面金箔不被损坏（图3）。（6）最后在整个吊具设计方案成型后，我们通过结构复核，确定了吊具杆件的规格尺寸，确保吊具设计方案的安全可靠。

5吊具承载力实验

整个吊具的设计方案从理论上来说是可行的，为确保正式吊装过程中的万无一失，我们在工厂完成吊具的整体组装后，还通过实际实验来验证方案的可操作性。在实验中，我们在底部加载的配重重量是按照构件整体重量的3倍来进行的，并保持（图4）的状态长达2个小时。最终通过实际实验也证明了方案是可行的。

6现场施工

6.1地面脚手架搭设

落地脚手架的搭设分为内圈和外围，内圈脚手架用于尖顶地面拼装过程中工人的操作，外围脚手架用于吊具的部分组装、吊具与尖顶的连接固定、以及尖顶整体吊装。

6.2金属塔尖整体拼装

先拼装第1节钢结构，之后安装相对位置外侧包裹的铜构件；然后拼接第2节钢结构，并完成钢结构验收工作，之后安装相对位置外侧包裹的铜构件；再拼接第3钢结构，并完成钢结构验收工作，之后再安装相对位置外侧包裹的铜构件；以此类推，分段完成第4、5、6、7节钢结构以及相对应的外侧铜构件。在安装第1～3节铜构件的同时，需要按照图纸完成金属尖顶整体防雷接地线的连接工作。

当整个铜构件完成组装及初步验收后，需要对铜构件与铜构件之间的接缝位置（按照图纸中的标示）进行焊接，并由专业人员进行验收，检查整体导通性（满足尖顶整体防雷接地的要求）。

导通性验收合格后进行最后一道工序，焊接位置及局部破损部位的金箔修补。最终通过整体验收完成整个尖顶的组装工作。

6.3吊入吊具并连接金属尖顶

正如在拼装尖顶前脚手架搭设的方案，此时我们将拆除内侧脚手架，为吊具进入腾出空间。当吊具吊入尖顶周围后，我们先将吊具底部的连接杆通过尖顶底部的预留孔与尖顶内部钢结构连接起来。再将中部的水平稳定杆加固好，接着拉动绳子将四个方向的水平活动杆撑起，固定金属的中上部。完成吊具与尖顶的安装后，我们对吊具上所有固定螺栓再次进行了检查，确保所有螺栓都是紧固的。最后我们检查周边的脚手架以及起吊路线上的实际情况，为起吊做好最后的准备工作。

6.4起吊

试吊准备，整个吊运过程中从底部脚手架中吊出是最为关键的，为了能在正式吊运时不出现意外，我们在正式吊运前的几天进行了一次试吊准备，着重检查了地面操作脚手架的碰撞、人员的操作位置、吊机的指挥等。

正式吊运，我们在正式吊运尖顶的过程中，将施工人员分成3个小组，第1组是地面起吊的操作人员（包括操控揽风绳人员、吊机指挥人员等），第2组是高空平台的操作人员（包括固定尖顶的操作工人、吊机指挥人员等），第3组是尖顶固定过程中的测量监控人员。通过缜密细致的准备工作，我们顺利的将尖顶吊运至高空预定位置。

6.5固定过程

在高空安装固定过程中，我们在施工现场设置了两个观测点，两个观测点的位置与塔尖安装位置成90度角（图5）。在两个观测点上各有一组测量队员，使用全站仪测量塔尖是否垂直。两组测量队员配备对讲机可以与塔尖安装人员交流，调整塔尖的垂直度。

在金属尖顶吊运到高空安装位置后，我们通过揽风绳慢慢将金属尖顶底部法兰盘上的高强螺栓孔位对准主体结构基座法兰盘上的高强螺栓，套入并初拧高强螺栓和螺帽。使用对讲机与塔尖垂直度测量人员对话，若塔尖垂直度有偏差，则根据测量人员提供的信息，在尖顶法兰盘与主体结构法兰盘之间位置适当增加或减少垫片，垫片内侧与外侧厚度不一，用于调节水平（图7），直至误差调整到允许范围以内。然后使用扭矩扳手（图6）将螺帽拧紧。

6.6移除吊具

金属尖顶安装并验收通过后，我们就可以将整个吊具移除了，移除吊具的步骤与安装吊具的步骤正好相反，首先拉动活动杆的绳子，松下吊具中上部的固定装置。然后逐根拆除中部和底部金属尖顶固定杆和连接杆，接着在空中轻轻拉动揽风绳，使吊具在空中轻微的旋转一个角度，便于吊具的移除，最后使用吊车平移吊具，移出金属塔尖安装位置，并最终彻底移除吊具。（图8）

吊具移除后，我们将最后8块明装板固定在尖顶上，完成尖顶的高空安装工作。

7结语

通过这个技术方案，我们成功的整体吊装了多个尖顶，同时我们还不断完善技术方案，改良和优化了吊具设计，使吊具在固定尖顶过程中更为轻便，易操作。此技术方案在本工程中成功实施，为我们积攒了宝贵的实际经验，为今后类似施工提供有利的技术支撑。