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倒装竖井风管提升一体施工技术

2023-08-05 66 上传者：管理员

摘要：本文以衡水市哈励逊医院项目为例，分析了狭小竖井内的竖向风管正装法安装存在的问题，提出竖井风管倒装提升一体施工技术，对其进行软件模拟校核、现场复核实验，为确保倒装提升过程的安全稳定，研发了风管防脱滑限位装置。通过现场实施，从工效、成本、质量三个方面进行对比，竖井风管倒装提升一体施工技术优势较明显。

关键词：
倒装提升
施工工艺
模拟校核
降本增效
风管竖井
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狭小竖井内的竖向风管安装，在施工工艺上存在多项可优化的内容。在传统的建筑施工方法中，竖向通风管道必须一节一节从下往上安装，施工人员需逐层把风管运输到指定竖井，消耗大量人力。施工时，操作工人位于竖井周边或上铺钢板，人员安全性得不到有效保障。为解决传统竖井风管安装存在的安全性、可操作性、经济性以及建筑施工速度缓慢等实际问题，采用可以提升竖井风管安装效率、增强操控性、降低施工成本的倒装提升一体施工技术，优势较明显。

1、工程概况

哈励逊国际和平医院南部新院区建设项目位于河北省衡水市，是一家综合三级甲等医院，包括综合门诊医技、医生培养基地、办公、科研、住院、污水处理站、人防急救医院、人防人员掩蔽等。占地面积6.3万m2，建筑面积20万m2，地上13层，地下2层，建筑高度53.7m，风管竖井共计25个，涉及地下室通风、厨房排油烟、机房通风、消防排烟、加压送风等系统，竖向风管面积共计3900m2。项目地下室管线复杂、密集且设置多个夹层，地上风管井空间狭小，深化、施工维保难度均很大。

2、问题原因分析

2.1风管立管安装质量问题

风管立管垂直度偏差问题，主要原因在于管井狭小，且部分风管井中设有多个并排竖向风管。经现场测量，部分风管法兰间距仅2cm，导致工人难以施工操作。且土建浇筑风管竖井垂直方向精度存在偏差，对风管安装的垂直度存在一定影响。

2.2风管立管施工效率问题

通过测算现场施工工效，风管逐层进行安装，材料需逐层进行布置，倒运风管造成的多余工作量导致风管安装效率低下。工效调查中现场倒运风管需2人，耗费大量人工工时，占总安装时间的15.5%。

2.3风管立管施工安全问题

传统正装法施工需要施工人员位于风管井周边操作，或在风管井上搭设钢板，站在钢板上施工，且全程需系挂安全带。由于现场部分风管竖井外墙处于未封闭状态，可系挂安全带的固定物也较为有限，现场存在较大安全隐患，施工现场管理人员需全程旁站监督。

3、风管倒装提升技术

3.1操作步骤

针对传统正装法存在的问题，结合以往经验及现场实际情况，计划采取竖井风管倒装提升一体施工技术[1]，具体操作步骤见图1。

(1）根据竖井的位置，将该竖井内需安装的全部风管运至竖井底部。

(2）竖井顶部楼板固定卷扬机或其他提升装置，将第一节风管固定在钢丝绳上。

(3）首先将第一节风管提升至适当的位置，然后连接第二节风管，再将其提升至适当的标高，顺序安装，使风管的拼装一直处于底层，施工人员不需要逐层搬运风管，从而有效提高施工的速度和工程质量。

(4）风管倒装提升整体就位后，逐层对风管进行支架固定安装。

图1风管倒装提升示意图

3.2受力过程分析

(1）单节风管在倒装提升过程中受力为上方拉力、自身重力和下方全部风管重力。倒装提升时，承担最大荷载的为第一节提升的风管。因此，只要满足第一节风管承担的荷载小于自身强度，整体提升过程的安全性与稳定性可受到保障，风管倒装提升方法即为可行。

(2）本项目风管竖井内为消防排烟、加压送风系统，风管连接方式为角钢法兰连接。风管和法兰通过铆钉铆合。上下段相邻的两节风管通过螺栓连接，固定在角钢法兰上。风管重力通过螺栓、法兰、铆钉、风管逐节往上传递。

(3）对承担载荷最大的第一节风管进行受力分析，需要校核螺栓抗拉强度、法兰屈服强度、铆钉受剪强度、风管抗拉强度。

3.3材质选择

根据GB 50738-2011《通风与空调工程施工规范》选取风管制作加工采用的材料规格（见表1）。在此基础上，为加强风管的连接强度，将螺栓间距和铆钉间距设置的更近，提升了整体的承载能力[2]。

表1材料规格表

3.4仿真软件校核计算

(1）采用Solidworks软件，将风管、法兰、螺栓、铆钉等按照实际尺寸进行1:1仿真建模[3]，将各个零部件在Solidworks软件中绘制完成后，进行装配组合。

(2）选取现场尺寸为800mm×500mm的竖向风管进行建模[4]，单节风管长1250mm。为计算出风管之间的螺栓荷载情况，建模时绘制两节风管作为一个受力整体，在其下方以拉力的形式施加全部风管的重力。

(3）利用Solidworks软件，将各零部件设定相应的材质与属性，将两节风管之间螺栓与铆钉的预紧力设定好，固定第一节风管上部的角钢法兰，将竖直向下的荷载施加在第二节风管下部法兰的螺栓上。

(4）经计算和现场实际测量，800mm×500mm、长1250mm的单节镀锌钢板风管重262N。项目竖向风管最大长度为65m，约为52节风管，计算中模拟60节风管作为荷载，总重60×262=15,720N。

经Solidworks软件计算模拟显示，该风管各零部件均满足15,720N的荷载要求。模拟计算见图2。

图2 Solidworks模拟计算图

3.5现场风管倒装受力复核

为确保倒装提升过程中的安全稳定，在仿真软件模拟计算的基础上，在项目现场加工车间对风管荷载情况进行试验测试。取用现场已经制作好的两节800mm×500mm角钢法兰风管，两节风管螺栓连接后竖向固定于结构梁下，在风管底部制作安装承重托篮，在托篮内逐根添加尺寸为DN70的6m长镀锌钢管，单根DN70钢管重50kg，共计添加35根钢管，总重1.75t，大于模拟计算中施加的15,720N。静置3h后检查，风管、螺栓、法兰、铆钉均无可见变形。将钢管拆卸后检查风管内部，各部件连接处均无可见变形。经现场验证，仿真模拟计算结果准确，风管倒装提升一体施工方式安全可行。

3.6风管倒装防脱滑限位装置

随着风管不断向上提升安装，风管的重量增加，若某个连接件连接不牢固，易发生风管坠落风险。风管使用卷扬机或其他机具提升过程中，会产生晃动，导致风管法兰卡在洞口处，卷扬机未及时停止提升，易造成卷扬机烧坏或钢丝拉断等问题。研发出风管倒装防脱滑限位装置，可固定在风管竖井楼板或结构墙上，起到防脱滑限位作用，有效解决了上述问题。在风管倒装提升过程中，限位装置处于活动状态，对风管提升不作限制；风管出现脱滑情况时，限位装置会顶住风管法兰，处于锁死状态，有效防止风管继续脱滑下坠。风管倒装防脱滑限位装置示意图见图3，该装置在每层风管竖井进行安装，可拆卸拼装，便于运输；也可在不同风管竖井、不同项目之间循环使用。

图3风管倒装防脱滑限位装置示意图

4、现场实施情况

4.1工效对比

选取两个尺寸相同的加压送风管竖井，竖井内部安装风管尺寸均为800mm×500mm，风管每节长度1.25m，连接方式为角钢法兰连接，两个竖井内部均为20节风管。正装法施工工效见表2，倒装提升法施工工效见表3。

表2正装法施工工效表

表3倒装法施工工效表

4.2成本对比

经成本对比分析（见表4），同样提升800mm×500mm竖向风管，采用正装法的单位面积人工成本为14.862元；采用倒装法的单位面积人工成本为12.692元。相比于正装法，倒装法施工成本节约14.6%。

表4成本对比表

4.3质量对比

采取倒装提升的竖向风管安装质量明显提升，通过对两个对照管井风管逐层检查，风管垂直度和支架固定的质量一次合格率由85%提升为95%，避免出现返工和整改。

5、结语