建筑技术丨非标准吊篮在幕墙施工中的应用

1 工程背景

项目位于福建省南平市武夷新区，其建筑结构形式为组合式高层公共建筑，包含3栋主体结构与3层裙楼的衔接组合连成整体。总建筑面积为64 678.94 m²，地下建筑面积为42 890.18 m²、地上建筑面积为21 788.76 m²、地下2层，裙楼3层，地上主体两栋12层，建筑高度为50.00 m，1栋5层，建筑高度为20.60 m。项目整体结构形式为框架结构体系。外墙围护类型为横隐竖明全包裹式玻璃幕墙。

项目幕墙有铝单板和玻璃两种幕墙形式，在幕墙安装过程中需要采用电动吊篮施工，其中两栋12层主体，幕墙安装高度为53.60 m，超出屋面3.60 m，1栋5层主体，幕墙安装高度为24.65 m，超出屋面4.05 m。玻璃幕墙安装面积为20 300 m²，铝单板幕墙安装面积为24 500 m²。

2 吊篮设计

2.1 施工难点

施工中较常见的幕墙安装方法主要有登高车、搭设脚手架及电动吊篮等。现行的幕墙形式多样，异形幕墙的数量也越来越多，有包含小角度倾角单元幕墙、大角度外倾角幕墙、大悬挑结构幕墙、结构错层等多种情况。为保证横向龙骨间幕墙玻璃满足倾角要求，需调整单元幕墙结构竖向龙骨宽度。而对于存在错层设计的结构及高出屋面的幕墙结构，标准吊篮难以满足幕墙施工安装需求。

（1）登高车。登高车安装玻璃幕墙仅适用于主体层高较低的情况。对于幕墙安装高度大，主体外立面为包裹式“竖明横隐”玻璃幕墙，且存在结构错层，普通登高车安装高度并不能满足高层建筑的幕墙安装，经济性、周期性等多种因素也制约登高车在幕墙结构中的应用。

（2）脚手架。对于幕墙形式包含较多小角度倾角单元幕墙，竖向龙骨突出墙面较多情况，通过搭设脚手架方式难以预留足够的施工空间。对于存在错层的结构形式，脚手架在预留施工空间方面受到场地、安全性等较多因素限制。

（3）标准吊篮。吊篮是安装幕墙的主要形式，具有较高的灵活性、安全性。随着相关规范的出台，吊篮的规范性、标准性更加完善。虽然吊篮的工艺越来越成熟，但随着建筑本身空间及结构造型的限制，标准吊篮并不能发挥出其普适性的特点。因此需根据情况制订符合现场安装需求的吊篮。

2.2 非标准吊篮

本项目幕墙安装高度分别高出屋面3.60 m和4.05 m。标准吊篮前后支架需布设于屋面来满足幕墙结构安装，对于玻璃幕墙出屋面安装高度则较难处理，普通的吊篮无法一次性施工到位。因此考虑通过前后支架的补偿措施将幕墙架设到屋架，以解决玻璃幕墙出屋面安装问题。

在标准吊篮的基础上对吊篮后支架进行补偿加强，前支架采用矮支座通过预埋件与原结构主体连接。采用非标准增高安装将后支架补偿高度至满足需求，由于竖向龙骨突出墙面较大，吊篮的前挑尺寸需调整为1.70 m，前后支点距离为4.40 m，根据计算，吊篮悬挂结构选用80 mm×80 mm×3.75 mm方管和70 mm×70 mm×3.75 mm方管，吊篮配重选用每块25 kg的水泥配重块。

对于建筑多层间存在局部错层情况，采用外倾幕墙轨道式吊篮进行作业，通过与预埋件连接伸出的矩形钢管或工字钢上焊接耳板架设钢丝绳导轨，钢丝绳与错层角度平行，使吊篮沿钢丝绳导轨移动。此种形式吊篮适用于结构错层较多的位置及大角度外倾式幕墙结构。相对于普通吊篮其在单轴轨道上可自由移动，能够较好地提高吊篮使用的经济性。

2.3 悬挂平台

结合实际情况选择安全性较高、安拆灵活性以及较方便的移动性的ZLP630型电动吊篮悬挂平台。

3 吊篮稳定性分析

吊篮前端支架直接作用于屋架层悬挑梁端部连梁，后支架进行了补偿加强，作用于屋面。考虑吊篮满载同时运行情况，悬挑梁的端部将承受最大倾覆力矩。为保证吊篮使用时结构的稳定性，需对吊篮支架及主体进行结构计算。吊篮的相关技术参数详见表1。

表1 吊篮主要技术参数

3.1 吊架稳定性

吊架结构自身的稳定性通常以悬挂结构抗倾覆力矩与倾覆力矩之比来确定。通过满载情况计算吊架结构受到的最不利荷载。

3.2 吊架风荷载

由于吊篮设置于屋面层，通常情况风力达到5级时不允许进行施工作业，且风力随着结构高度增加而增大，因此需要对吊篮在风荷载标准值和正常工作状态下的受力情况进行复核。

3.3 屋架荷载

通过吊架结构在正常运行下的最大荷载计算可得到屋面各点位受力情况，以复核在最不利施工荷载下主体结构的受力。

3.4 屋架承载力复核

吊篮前端支架作用于屋架层悬挑梁端部连梁，通过计算，可得到吊篮在最不利荷载作用下悬挑梁端部连梁承受吊篮前端支架最大集中荷载为7.58 kN。在幕墙安装阶段，主体结构需考虑此部分荷载带来的影响。结构满挂24副吊篮，通过结构设计软件建立模型（图1），分析在最不利荷载工况下悬挑梁前端连梁满载运行结构的承载能力，以便对主体结构进行复核计算。

图1 屋面框架模型示意

吊篮整机主要包含吊架、悬吊平台、提升机、钢丝绳及相关电路控制系统等，为保证机械使用的安全性减少施工过程中机械的移动，吊架通过横向间隔0.5 m满挂布设，表2为非标准吊篮的布设台数及相关参数。

表2 非标准吊篮安装参数

通过结构计算软件对主体框架进行复核，模拟屋架层在同时受到幕墙荷载及吊篮最不利施工荷载下的工况。由于幕墙结构整体悬挂于主体建筑中，因此考虑将主体部分受到的幕墙荷载等效为扭转力与均布荷载作用，吊篮前支架作用在结构上的荷载等效为集中荷载。根据计算得到结构连梁配筋，通过屋面板配筋与原结构配筋相对比进行结构加固，使主体建筑同时满足幕墙、装修及吊篮施工荷载作用。

3.5 双重安全保障

在幕墙施工过程中，为降低主体结构受到施工荷载影响，避免因施工荷载影响导致结构主体受到损伤，通过结构配筋计算的同时满足幕墙、装修及吊篮施工荷载，保证结构的稳定性、耐久性。另外可通过悬挑梁底部增设支撑体系，对结构主体的荷载传递方式进行优化，减少悬挑梁结构受到的扭转作用，赋予结构双重安全保障。

作用于悬挑梁端次梁上的吊篮荷载通过悬挑梁传递给相邻框架柱。将连梁竖向荷载通过斜向支撑直接传递给框架柱，从而减少悬挑梁根部受到的扭转。使其结构体系、传力方式更加合理（图2）。

图2 悬挑梁回顶支撑立面示意

4 结论

基于异形幕墙结构，以不同结构形式为基础对标准吊篮进行改进，通过相关计算，对非标准吊篮的适用性进行了评价，结论如下。（1）后支架补偿加强及轨道式非标准吊篮可较好地应用于部分异形幕墙。架体自身和风荷载下结构的稳定性能较好地满足使用要求。（2）建立主体结构模型，分析在最不利荷载下主体结构的承载能力，避免了因施工荷载导致的结构损坏。（3）建立双重安全保障加固措施，确保了非标准吊篮使用的安全性。虽然吊篮的结构形式及作用方式有一定的局限性，但面临日益新颖的幕墙形式，仍具有较高的参考意义。