一种分段拼装的高层建筑管井竖向管道结构及其施工方法
技术领域
本发明属于高层建筑管道铺设技术领域，具体的说是一种分段拼装的高层建筑管井竖向管道结构及其施工方法。
背景技术
近年来，我国城市高层建筑日益朝向功能复杂的方向发展，同一栋高层建筑内常常包含有购物中心、办公楼和酒店，这导致空间狭小的管井内不得不密集布置各种类型的竖向管道，以满足丰富的建筑功能需求。管井立管逐根、逐段现场加工和吊装连接的传统施工方法，需要大量的现场加工制作，场地紧张，加工条件有限，立管制作工艺水准低，此外，还需要大量的现场吊装和焊接，垂直运输设备占用时间长，施工难度大，效率低，工期长，高层建筑机电施工存在短板。因此，如何提升立管的制作工艺水平，提高施工效率，降低施工难度，保证施工质量，是施工企业面临的一道难题，迫切需要尽快解决。
重庆建工第三建设有限责任公司依托实际工程项目，基于传统施工经验，以问题为导向，积极探索，大胆创新，引入建筑工业化理念，以一个或几个楼层高度的管井管道作为一个模块单元节段，节内所有管道及支架均在工厂加工制作并组合装配，然后运至现场进行整体吊装。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，以解决背景技术所描述的问题，本发明提出了一种分段拼装的高层建筑管井竖向管道结构及其施工方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种分段拼装的高层建筑管井竖向管道施工方法，其施工方法包括以下步骤：
S1：收集与整理立管相关资料，确认各层立管管架与主体结构梁的固定连接方式，确认荷载计算、强度计象补偿量计算方式，确认不同管径、不同材质和保温与否情况下管道、套管和支架的连接方式，确认支管的连接规范，确认给排水、消防和空调，以及每层三通支管的管道直径、位置标高和水平位置朝向；
S2：管井立管模块构造设计验算
(1)、根据具体建筑结构及运输和吊装条件，采取每一管井内每1-2层的全部立管做为单元节段，管道通过框架上的管卡与管道框架形成一个完成的立管模块；
(2)、管井立管初步排布，根据收集与整理的管井立管相关资料，明确全部需要考虑的影响因素，确定各个因素对于立管排布的影响，并依据《预制立管技术规范》GB50682的相关设计条款进行管井的合理化初步排布；
(3)、管井立管排布精细化调整，结合现场测量的土建及钢结构专业的具体施工情况，对管井内各立管的位置进行粗调整，以及对自身管组的组件及配件进行合理布置，并将各类复杂情况结合起来再次对管井内的各管道实施精细化调整；
(4)、初步确定管井内立管的位置排布后，对管组在空载及系统运行两种情况下进行受力复核计算，并结合建筑设计给予的结构楼板受力上下限最终确定管组的最优化排布，构造设计与计算主要是立管模块支架上所有荷载组合的计算、立管模块的支架强度及变形计算和立管模块对结构的受力计算；
S3：管井立管深化设计，根据施工作业排布立管上个管件的具体安装位置；依照设计规范确定管组的组件大小、数量、材质和连接方式；利用AUTOCAD和REVIT建筑制图绘制各组件的加工制作图；
S4：立管模块工厂制作，先是根据立管模块管架加工图，计算出各类管道、钢板、型钢需用总量，然后根据施工进度计划提前储备材料，材料到工厂后，由加工制作部根据预制立管制作指导书及相应验收规范邀请监理单位对材料进行验收，最后对套管、型钢骨架、板材和加强肋进行加工，以及对立管模块管架焊接、立管模块管道加工和预制管组安装；
S5：待S1-S4步骤中各项任务准备好后，开设安装施工，将立管模块运输至施工区域，通过吊装设备将立管模块吊装到指定位置，然后对立管模块进行焊接以及焊接探伤验收。
优选的，所述S1中管井立管资料包括各区段内的立管数量、规格、材质、管线转井情况，以及各立管上的管件、规格、材质和连接方式以及立管零部件。
优选的，所述S5中立管模块吊装到指定位置过程中需保证管组在转立过程中拥有充足的操作空间，还需运用自制工具保证管组在转吊过程中的稳定性及管组的完整性；在建筑外吊装中采用土建塔吊及自制吊装用平衡梁直接将预制管组运输至指定吊装楼层的卸料平台上方，通过自制管组转运车及卷扬机设备将预制管组转运至核心筒内的指定吊装点，通过行车吊及手拉葫芦工具将管组转立并成功运送至管井内相应位置后，各楼层安装人员同时对管组进行固定，完成整个预制管组的吊装过程。
一种分段拼装的高层建筑管井竖向管道结构，所述分段拼装的高层建筑管井竖向管道结构适用于上述分段拼装的高层建筑管井竖向管道的施工方法，该分段拼装的高层建筑管井竖向管道结构包括竖向管道和用于固定多个并排竖向管道的吊装架；所述吊装架包括U形钢架、挡板、套管和固接板；所述U形钢架个数为二，每个U形钢架的两端平面侧壁各通过两个挡板焊接一起，U形钢架与挡板围成矩形形状的框架，两个U形钢架的之间焊接有多个套管；所述套管的一端高于U形钢架一端面，套管的另一端与U形钢架的另一端面齐平，套管的一端对称焊接有固接板，固接板沿U形钢架的长度方向设置，且每块固接板上对称开设通孔。
优选的，所述套管的内直径大小依据竖向管道的外直径大小设计，竖向管道的外圈与套管的内圈间隙配合；所述挡板的长度与框架内外圈直径较大的套管外圈直径相同。
优选的，小于所述挡板长度的套管外圈侧壁上对称设有连接块；所述连接块有一端开设圆弧面，且圆弧面与套管外圈侧壁相适应，连接块一端面焊接在套管的外圈侧壁上，连接块的另一端面焊接在U形钢架上。
优选的，每个所述套管的外圈侧壁上对称设有限位板；所述限位板沿挡板长度方向设置，限位板的一板面贴附在U形钢架的一端面，限位板的一端焊接在套管的外圈侧壁上。
优选的，每个所述U形钢架的两端凹部侧壁上各设有吊耳，且吊耳焊接在U形钢架上。
优选的，每个所述U形钢架的两端凹部侧壁上设有多个紧固螺栓；所述紧固螺栓的端部贯穿U形钢架和连接板并伸入套筒内部。
本发明的技术效果和优点：
通过分段拼装的高层建筑管井竖向管道的施工方法，模块化工厂加工，制作精度高，加工质量好、效率高，模块化现场安装，吊装次数少，现场焊接少，施工简便、效率高，质量好，现场施工安全性好，施工过程作业风险低，材料损耗少，工期短，经济性好，节能环保，管井立管模块自带支架，在一定程度上减少了施工现场模板及压型钢板的使用量，集中化的工厂批量生产减少了设备材料的损耗，符合国家提倡的节能环保理。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
图1是本发明中施工工艺流程图；
图2是本发明中吊装架的立体图；
图3是本发明中吊装架的俯视图；
图4是本发明中吊装架的仰视图；
图中：吊装架1、U形钢架11、吊耳111、紧固螺栓112、挡板12、套管13、连接块131、限位板132、固接板14、通孔141。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图4所示，本发明所述的一种分段拼装的高层建筑管井竖向管道施工方法，其施工方法包括以下步骤：
S1：收集与整理立管相关资料，确认各层立管管架与主体结构梁的固定连接方式，确认荷载计算、强度计象补偿量计算方式，确认不同管径、不同材质和保温与否情况下管道、套管13和支架的连接方式，确认支管的连接规范，确认给排水、消防和空调，以及每层三通支管的管道直径、位置标高和水平位置朝向；
S2：管井立管模块构造设计验算
(1)、根据具体建筑结构及运输和吊装条件，采取每一管井内每1-2层的全部立管做为单元节段，管道通过框架上的管卡与管道框架形成一个完成的立管模块；
(2)、管井立管初步排布，根据收集与整理的管井立管相关资料，明确全部需要考虑的影响因素，确定各个因素对于立管排布的影响，并依据《预制立管技术规范》GB50682的相关设计条款进行管井的合理化初步排布；
(3)、管井立管排布精细化调整，结合现场测量的土建及钢结构专业的具体施工情况，对管井内各立管的位置进行粗调整，以及对自身管组的组件及配件进行合理布置，并将各类复杂情况结合起来再次对管井内的各管道实施精细化调整；
(4)、初步确定管井内立管的位置排布后，对管组在空载及系统运行两种情况下进行受力复核计算，并结合建筑设计给予的结构楼板受力上下限最终确定管组的最优化排布，构造设计与计算主要是立管模块支架上所有荷载组合的计算、立管模块的支架强度及变形计算和立管模块对结构的受力计算；
S3：管井立管深化设计，根据施工作业排布立管上个管件的具体安装位置；依照设计规范确定管组的组件大小、数量、材质和连接方式；利用AUTOCAD和REVIT建筑制图绘制各组件的加工制作图；
S4：立管模块工厂制作，先是根据立管模块管架加工图，计算出各类管道、钢板、型钢需用总量，然后根据施工进度计划提前储备材料，材料到工厂后，由加工制作部根据预制立管制作指导书及相应验收规范邀请监理单位对材料进行验收，最后对套管13、型钢骨架、板材和加强肋进行加工，以及对立管模块管架焊接、立管模块管道加工和预制管组安装；
S5：待S1-S4步骤中各项任务准备好后，开设安装施工，将立管模块运输至施工区域，通过吊装设备将立管模块吊装到指定位置，然后对立管模块进行焊接以及焊接探伤验收。
作为本发明的一种具体实施方式，所述S1中管井立管资料包括各区段内的立管数量、规格、材质、管线转井情况，以及各立管上的管件、规格、材质和连接方式以及立管零部件。
作为本发明的一种具体实施方式，所述S5中立管模块吊装到指定位置过程中需保证管组在转立过程中拥有充足的操作空间，还需运用自制工具保证管组在转吊过程中的稳定性及管组的完整性；在建筑外吊装中采用土建塔吊及自制吊装用平衡梁直接将预制管组运输至指定吊装楼层的卸料平台上方，通过自制管组转运车及卷扬机设备将预制管组转运至核心筒内的指定吊装点，通过行车吊及手拉葫芦工具将管组转立并成功运送至管井内相应位置后，各楼层安装人员同时对管组进行固定，完成整个预制管组的吊装过程。
一种分段拼装的高层建筑管井竖向管道结构，所述分段拼装的高层建筑管井竖向管道结构适用于上述分段拼装的高层建筑管井竖向管道的施工方法，该分段拼装的高层建筑管井竖向管道结构包括竖向管道和用于固定多个并排竖向管道的吊装架1；所述吊装架1包括U形钢架11、挡板12、套管13和固接板14；所述U形钢架11个数为二，每个U形钢架11的两端平面侧壁各通过两个挡板12焊接一起，U形钢架11与挡板12围成矩形形状的框架，两个U形钢架11的之间焊接有多个套管13；所述套管13的一端高于U形钢架11一端面，套管13的另一端与U形钢架11的另一端面齐平，套管13的一端对称焊接有固接板14，固接板14沿U形钢架11的长度方向设置，且每块固接板14上对称开设通孔141；吊装设备将竖向管道吊装到指定位置过程中，若竖向管道逐一吊装到指定位置时，该竖向管道吊装作业效率低下，浪费时间，以及吊装设备所用能源的浪费，提高吊装作业成本；为此通过设计一种用于固定多个并排竖向管道的吊装架1，在保证吊装作业安全的同时，提高吊装竖向管道的作业效率；竖向管道插入套管13内，然后将竖向管道的螺栓连接端通过螺栓连接在固接板14上，此时多个竖向管道固定在吊装架1上，然后在通过吊装设备将吊装架1与竖向管道一齐升高吊起，吊装到指定位置；通过该吊装架1，可以同时吊装多个竖向管道，减少吊装次数，提高吊装效率，节省时间和成本，以及通过固接板14将竖向管道固定在吊装架1，避免竖向管道在吊装时出现竖向管道脱离吊装架1现象的发生，保证吊装作业安全。
所述套管13的内直径大小依据竖向管道的外直径大小设计，竖向管道的外圈与套管13的内圈间隙配合；所述挡板12的长度与框架内外圈直径较大的套管13外圈直径相同。
作为本发明的一种具体实施方式，小于所述挡板12长度的套管13外圈侧壁上对称设有连接块131；所述连接块131有一端开设圆弧面，且圆弧面与套管13外圈侧壁相适应，连接块131一端面焊接在套管13的外圈侧壁上，连接块131的另一端面焊接在U形钢架11上；由于竖向管道的直径不同，在设计套管13的内圈直径时考虑到竖向管道与套管13的配合，使得吊装架1可以吊装外直径不同的竖向管道，套筒的内圈直径要根据该吊装架1上外圈直径最大的竖向管道设计，同时挡板12的长度根据外圈直径最大的套管13设计，以提高吊装架1的适应性。
作为本发明的一种具体实施方式，每个所述套管13的外圈侧壁上对称设有限位板132；所述限位板132沿挡板12长度方向设置，限位板132的一板面贴附在U形钢架11的一端面，限位板132的一端焊接在套管13的外圈侧壁上；在每个套管13的外圈上安置限位板132，提高套管13与U形钢架11之间的稳定性；若套管13与U形钢架11焊接点出现松动现象，竖向管道的重力下压套管13，导致竖向管道脱离吊装架1，造成吊装事故，为此通过限位板132为竖向管道的吊装作业提供双层保障。
作为本发明的一种具体实施方式，每个所述U形钢架11的两端凹部侧壁上各设有吊耳111，且吊耳111焊接在U形钢架11上；通过吊耳111，使得吊装架1在吊装作业时，吊装钢丝绳不仅栓在吊装架1的矩形框架内，同时吊装钢丝绳也可以栓在吊耳111上，一方面为竖向管道的吊装作业提供双层保障，另一方面，根据吊装作业现场空间，选择更多的吊装竖向管道角度，提高吊装架1的适应性。
作为本发明的一种具体实施方式，每个所述U形钢架11的两端凹部侧壁上设有多个紧固螺栓112；所述紧固螺栓112的端部贯穿U形钢架11和连接板并伸入套筒内部；通过旋转紧固螺栓112，再次增大竖向管道与套筒之间的牢固性，提高吊装作业的安全性。
工作原理：竖向管道插入套管13内，然后将竖向管道的螺栓连接端通过螺栓连接在固接板14上，此时多个竖向管道固定在吊装架1上，然后在通过吊装设备将吊装架1与竖向管道一齐升高吊起，吊装到指定位置；通过该吊装架1，可以同时吊装多个竖向管道，减少吊装次数，提高吊装效率，节省时间和成本，以及通过固接板14将竖向管道固定在吊装架1，避免竖向管道在吊装时出现竖向管道脱离吊装架1现象的发生，保证吊装作业安全。
由于竖向管道的直径不同，在设计套管13的内圈直径时考虑到竖向管道与套管13的配合，使得吊装架1可以吊装外直径不同的竖向管道，套筒的内圈直径要根据该吊装架1上外圈直径最大的竖向管道设计，同时挡板12的长度根据外圈直径最大的套管13设计，以提高吊装架1的适应性；以及在每个套管13的外圈上安置限位板132，提高套管13与U形钢架11之间的稳定性；若套管13与U形钢架11焊接点出现松动现象，竖向管道的重力下压套管13，导致竖向管道脱离吊装架1，造成吊装事故，为此通过限位板132为竖向管道的吊装作业提供双层保障；同时通过吊耳111，使得吊装架1在吊装作业时，吊装钢丝绳不仅栓在吊装架1的矩形框架内，同时吊装钢丝绳也可以栓在吊耳111上，一方面为竖向管道的吊装作业提供双层保障，另一方面，根据吊装作业现场空间，选择更多的吊装竖向管道角度，提高吊装架1的适应性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
