超高层建筑电缆敷设技术指南.pdf
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1、超高层施工技术手册超高层电缆垂直敷设技术指南超高层电缆垂直敷设技术超高层电缆垂直敷设技术指南指南中国建筑一局(集团)有限公司中国建筑一局(集团)有限公司CHINACHINA CONSTRUCTIONCONSTRUCTION FIRSTFIRST BUILDING(GROUP)BUILDING(GROUP)CORPORATIONCORPORATION LIMITEDLIMITED二一六年十月二一六年十月超高层施工技术手册超高层电缆垂直敷设技术指南前前言言在国内超高层施工建设领域中,中建一局集团坐拥目前中国第一高楼深圳平安中心,并且持续承接完成了上海环球金融中心、俄罗斯联邦大厦、天津津塔、温州世贸
2、中心、中国国际贸易中心三期等诸多国内外 300 米以上的超高层建筑。通过长期的实践和总结,拥有着极其丰富和宝贵的超高层建筑施工经验,总结形成了一套相对成熟的施工技术。为了能够更好地借鉴以往工程施工经验,在不断完善、提高超高层建筑成套施工技术的同时,为今后同类工程的施工提供指导和参考。技术中心在总结大量工程实践资料及经验的基础上,选取部分超高层施工常用或典型的关键技术,集成整理成系列超高层施工技术指南,并最终汇集成超高层施工技术手册,陆续在集团科技资源平台上发布,供各子企业及项目参考。本册为超高层施工技术指南系列中的超高层电缆垂直敷设技术指南,借鉴了行业内已有的成功案例,针对超高层电缆敷设的难点
3、,从深化设计、施工方法两个层次进行了研究和总结,重点介绍了典型超高层已成功应用的“钢丝绳牵引提升敷设技术”、“电缆阻尼缓冲器顺放敷设技术”、“垂吊式电缆敷设技术”等三项施工技术,提供了广州新电视塔和上海中心大厦的垂直电缆敷设施工实例以供读者参考。超高层施工技术指南系列的编制依托于各子企业及项目无私提供的施工履约资料、科技成果总结,以及相关经验反馈。在此向超高层施工技术资料收集工作中提供支持和帮助的各子企业及项目部,以及参与或协助施工技术指南编制的单位及个人致以诚挚的感谢!并欢迎大家在施工实践过程中结合实际应用,对本系列施工技术指南提出改进和提升意见,以便于我们不断的更新和完善。主编单位:中建一
4、局集团技术中心中建一局集团安装工程有限公司编 写 人:雷仕民、曹艳明、彭琳、张晓明审 查 人:陈蕾、王楠超高层施工技术手册超高层电缆垂直敷设技术指南目目录录综综述述.1 11、技术难点与背景.12、国内典型工程.1一、超高层建筑电缆的深化设计一、超高层建筑电缆的深化设计.3 31、变电站及配电室位置深化.32、变电所及配电室内布置深化.33、竖向电缆布置的深化.3二、超高层垂直敷设的方法二、超高层垂直敷设的方法.5 51、超高层电缆敷设的特点.5(1)钢丝绳牵引法.5(2)阻尼缓冲器法.5(3)垂吊式电缆敷设.52、钢丝绳牵引敷设技术.5(1)技术原理.5(2)施工流程与操作要点.53、电缆阻
5、尼缓冲器顺放敷设技术.8(1)技术原理.8(2)施工流程与操作要点.84、垂吊式电缆敷设技术.9(1)技术原理.9(2)施工流程与操作要点.10附附 录录.15151、广州新电视塔电缆敷设实例.15(1)工程简介.15(2)竖井电缆敷设的难点及解决措施.15(3)施工步骤.172、上海中心大厦电缆敷设实例.23(1)工程简介.23(2)电缆吊装特点和难点.23(3)电缆敷设施工流程.25(4)电缆垂直敷设关键技术介绍.25超高层施工技术手册超高层电缆垂直敷设技术指南1综综述述1、技术难点与背景技术难点与背景现在的超高层建筑一般都将副变电所分布设计在大楼的不同位置,采用 10kV 电缆从建筑底层
6、高压变电所直供至相应楼层的副变电所。高压电缆垂直段布设在强电井道中,通常采用一次性超高敷设的方法,尽量减少接头,既降低了成本又节省了工期,但同时也引发了一系列施工难题。一方面,垂直段超高、电缆一次性敷设较重,造成了电缆摇摆幅度较大、易被自身重量拉伤的风险。另一方面,强电井空间相对狭窄,无法设置大吨位、大容绳量的卷扬机,施工人员也不易进出操作,在电缆数量密集的井道中,电缆绝缘皮也容易被洞口划伤破坏。通过对中央电视台新台址工程(234 米)、上海中心大厦(632 米)、广州新电视塔(600米)、上海环球金融中心(492 米)、广州国际大厦(200 米)等国内一系列超高层建筑的电缆垂直敷设技术的集成
7、研究,同时借鉴了行业内已有的研究成果,针对超高层电缆敷设的难点,从深化设计、施工方法两个层次进行了研究和总结,重点介绍了典型超高层成功应用的“钢丝绳牵引提升敷设技术”、“电缆阻尼缓冲器顺放敷设技术”、“垂吊式电缆敷设技术”等三项施工技术。最后提供了广州新电视塔和上海中心大厦的垂直电缆敷设施工实例以供读者参考。2 2、国内典型工程、国内典型工程(1)中央电视台新台址建设工程 CCTV 主楼的建筑面积为 472,998 平方米,建筑高度为 234米,地上 51 层,地下 4 层。主要由地下室、裙房、塔楼一、塔楼二和悬臂组成,是集行政管理、综合业务、新闻制播、员工服务等功能于一身的综合性大楼。10
8、层以上的变配电所 8 间,电缆垂直敷设距离在 120260m 之间,采用钢丝绳牵引法进行敷设。(2)上海中心大厦面积 433954 平方米,建筑主体为 118 层,结构高度 580 米,总高度 632米。110kV 主变电站设在 B2 层及 B1 层,从 B3 层、B2 层、B1 层至主楼 6、20、35、66、82、99、116 层共 11 座 10KV 分变电站。本工程最长电缆是到 116 层 2 根 3*185 2 电缆,长度为 824m,总重量 13678.4kg,最大截面电缆是 99 层二根 3*240 2 高压电缆,长度为 736m,总重量14057.6kg,采用钢丝绳牵引法进行敷
9、设。(3)广州新电视塔工程总建筑面积约 12.9 万平方米,建筑物高度为 600 米,由一座高达 454米的主塔体和一根高 146 米的天线桅杆构成,地下 2 层,地上 38 层。设 4 处变电所,分别位于-10.m、-5m、381.2m、386.4m 层,垂直落差最大的是高压电缆约 400 米,截面最大的电缆 400mm2,最重电缆约 5.2t,采用钢丝绳牵引法进行敷设。(4)上海环球金融中心是位于中国上海陆家嘴的一栋摩天大楼,楼高 492 米,地上 101 层。地上部分设置 10KV 副变电所 14 座。10KV 干线从 B2 层至 90 层副变电所供电干线电缆总长 708米,垂直段长 4
10、05 米,总重 14 吨,垂直段重 8 吨,为最长最重一根,本工程采用垂吊式电缆敷设方法。(5)广东国际大厦工程,动工于 1987 年,建成于 1991 年,曾经一度是 1990 年代期间中国大陆楼层最多、高度最高的大厦。广东国际大厦占地面积 1.95 万平方米,建筑面积 18.4 万平方超高层施工技术手册超高层电缆垂直敷设技术指南2米。由 5 层裙楼联结 1 座主楼、2 座副楼组成,主楼 63 层、3 层地下室,主楼高 200.18 米,副楼分别为 30 层 109.8 米的公寓楼和 33 层 117.6 米的写字楼。本工程垂直电缆采用阻尼缓冲器法敷设。(6)典型工程的技术应用情况序号工程名
11、称电缆敷设长度电缆最大重量技术应用1央视新台址电缆垂直敷设距离在120260m 之间钢丝绳牵引法2上海中心大厦最长电缆到 116 层,长度为 824m14t钢丝绳牵引法3广州新电视塔最长电缆约 400 米5.2t钢丝绳牵引法4上海环球金融中心供电干线电缆总长 708米,垂直段长 405 米干线电缆总重 14t,垂直段 8t垂吊式电缆敷设5广东国际大厦阻尼缓冲器法超高层施工技术手册超高层电缆垂直敷设技术指南3一、超高层建筑电缆的深化设计一、超高层建筑电缆的深化设计超高层电缆工程深化设计的主要目的在于降低运营和建造成本、提高施工和运营效率、方便施工。一方面可以对变电所位置的进行调整,优化区域供电范
12、围,优化电缆的垂直和水平布置,以提高运营效率并降低运营和建造成本;另一方面通过垂直和水平电缆布置的优化,方便竖直电缆、水平电缆的接驳,减少交叉,减少电缆井内垂直电缆数量,解决电缆井空间狭窄、电缆数量密集问题。1、变电站及配电室位置深化、变电站及配电室位置深化(1)通常情况下,超高层建筑变电站及配电室位置在工程实施过程中不会改变,但是在个别案例中,深化设计阶段经过综合评估后,使业主、设计方认为变电站和配电室的设计变更确实具有必要性,通过优化设计,可以提高后期运营效率、降低成本。(2)国贸三期变电所位置的设计变更原设计:主塔楼高度为 330 米,共 78 层。29 层和 54 层为设备层,原设计仅
13、在主楼 29 层设备层设有变压器,同时为中区及高区配电,导致高区垂直段配电路径过长,大截面电缆数量过多,不利于配电系统运行管理,也增加了建造成本。优化设计:把原设置在 29 层的、为高区配电的两台变压器变更至 54 层设备层,10kv 高压电缆接入 54 层变电所变压器,再向高区用电设备进行就近配电,节省了原设计 29 层为高区配电的垂直段电缆,此变更减少了大截面低压电缆的长度、截面及数量,节约了电缆投资,减小了电缆敷设难度。2、变电所及配电室内布置深化、变电所及配电室内布置深化变电所低压配电柜的布置应根据负荷性质、用电容量、工程特点、所址环境、地区供电条件和节约电能等因素,合理确定布置方案。
14、可采用建立 BIM 三维可视化模型,检查桥架及电缆交叉情况,合理布置桥架走向及桥架内电缆的布置。3、竖向电缆布置的深化、竖向电缆布置的深化(1)超高层电缆较长,电压降增大、电能损耗较大,容易引起设备故障。根据设计规范要求,供电半径大于 200m,必须考虑压降的不利影响,可以针对上述问题对竖向电缆的布置进行深化设计。(2)超高层建筑通常设计有电缆井转换的情况,可以通过结构的变更,尽可能使竖向电缆设置在同一个电缆井内,达到减少中间接头、施工方便、降低成本的目的。(3)可以对电缆井内多个竖向桥架的固定方式、排布进行深化设计,使之固定强度符合要求、减少交叉、施工方便、排布合理。根据桥架内电缆的数量及重
15、量,计算出支架承载力,合理选择支架的形式及间距要求,如果桥架固定在二次结构上,则需要编制专项施工方案,需对支架进行加固处理,以保证桥架安装的可靠性。超高层施工技术手册超高层电缆垂直敷设技术指南4(4)计算竖向电缆的最大允许拉力,根据施工和运营维护的需要,评估计算结果,并据此调整主线芯和中性线的截面。在选用机械敷设竖向电缆时,根据电缆最大允许拉力,选择合适的吊点,避免由于电缆过长,电缆自重超过允许值而造成对电缆的损伤。电缆敷设时承受的最大允许拉力计算:承受的最大允许拉力T=S(KN);T最大允许拉力;系数,当电缆是单芯时:铜导体=68N/mm2,铝导体=39N/mm2;侧压力=T/R(N/m);
16、T牵引力 N;R弯曲半径(按电缆外径 20 倍)m;对于塑料护套的电缆最大允许侧压力为 3kN/m;承受的最大允许拉力,按照单芯电缆计算。超高层施工技术手册超高层电缆垂直敷设技术指南5二、超高层垂直敷设的方法二、超高层垂直敷设的方法国内超高层建筑成功应用的电缆敷设技术主要有如下三种:钢丝绳牵引法、阻尼缓冲器法、垂吊式电缆敷设法。1、超高层电缆敷设的特点、超高层电缆敷设的特点(1 1)钢丝绳牵引法)钢丝绳牵引法在电缆垂直敷设段的上部楼层设置卷扬机,利用吊具抱箍、卡具等把电缆分段固定到钢丝绳上,卷扬机通过提升钢丝绳提升电缆,电缆垂直吊装过程中主要是钢丝绳受力,在电缆敷设到位后,依次拆除吊具、抱箍卡
17、具。这种方法对井道空间要求小,采用小型卷扬机提供牵引力,把电缆分段抱箍在钢丝绳上,解决了牵引力、电缆自重大于电缆抗拉能力而引起电缆变型或破坏。目前,钢丝绳牵引法垂直敷设技术应用最广,施工组织灵活,牵引设备易获得,但需要加主吊绳,对吊具、抱箍卡具及施工人员素质要求较高。(2 2)阻尼缓冲器法)阻尼缓冲器法阻尼缓冲器法垂直敷设是利用高位势能把电缆由上往下输送,阻尼缓冲器由 3 个轮子和型钢支架组成,分段设置阻尼缓冲器以确保安全的下放速度。阻尼缓冲器法垂直敷设所需装置简易、成本低、人工少、安全,且能有效避免电缆损伤,但对施工人员的操作熟练程度要求高,对现场条件和施工组织要求较高。在塔吊拆除前,利用塔
18、吊把电缆盘吊运至上面楼层,通常电缆盘在楼层中放置时间较长,因此保护成本提高,近期较少使用此方法。(3 3)垂吊式电缆敷设)垂吊式电缆敷设超高层垂吊式电缆是一种特殊结构电缆,电缆在垂直敷设段带有 3 根钢丝绳,并配吊装圆盘,钢丝绳用扇形塑料包覆,并与三根电缆芯绞合,水平敷设段电缆不带钢丝绳。垂吊式电缆是一种新材料,可替代传统的铠装电力电缆,自身可承受较大的拉力,缆体受力均匀,可以按常规方法敷设,不用考虑超高层因素,敷设安装所需的空间小、效率高,但垂吊式电缆采购周期长、成本高。2、钢丝绳牵引敷设技术、钢丝绳牵引敷设技术(1 1)技术原理)技术原理在电缆敷设上部楼层设置卷扬机提供牵引力,把电缆分段抱
19、卡在钢丝绳上,解决了牵引力、电缆自重大于电缆抗拉能力而引起电缆变型或破坏。(2 2)施工流程与操作要点)施工流程与操作要点1)1)井口测量井口测量电气竖井满足吊装条件后,对相应各楼层井口进行测量,做好测量记录,对宽度小于 300mm的井口做出标识。超高层施工技术手册超高层电缆垂直敷设技术指南62)2)电缆排布表电缆排布表根据项目配电系统的实际情况编制电缆排布表,标明长度、功能、回路编号等信息。3)3)选择、布置起重设备选择、布置起重设备(a)起重设备布置:吊装卷扬机布置在电气竖井的最高设备层或设备层以上楼面,除设置定滑轮外,还需在地面上设置用作电缆水平段导向的导向滑轮。对于超高层电缆吊装,卷扬
20、机除吊装最高设备层的电缆外,还要考虑吊装同一井道内其他设备层的高压或低压电缆。(b)起重设备选择:A 卷扬机及钢丝绳受力按下式计算:式中:S-钢丝绳拉力;Q 计-计算荷载,包括电缆、钢丝绳、吊索具重量,同时并考虑动载因素;n-省力倍数;m-定滑轮、动滑轮组门数之和;k-导向滑轮的个数;f-滑轮的阻力系数。对青铜轴套轴承 f=1.04;对滚珠轴 f=1.02;对无轴套轴承 f=1.06。B 根据计算受力 S,选择卷扬机,一般选择 23t 慢速卷扬机。若不能满足要求,可相应调整滑轮组的门数,同时还应考虑卷扬机的容绳量是否满足要求。C 钢丝绳选择。承载破断拉力可按 P=k*S 计算,k 为安全系数,
21、一般取 5 或 6;通过查钢丝绳规格型号表,选用合适的钢丝绳。4)4)吊具选择吊具选择(a)主吊具:在电缆起始端采用具有消除电缆及钢丝绳旋转扭力,以及垂直受力锁紧特性的旋转头网套连接器,做为主吊具一,见图 1。在上水平段与垂直段的拐弯处,采用具有垂直受力锁紧特性的覆式侧拉型中间网套连接器,做为主吊具二,如图 2,用以增加摩擦,满足二次倒缆需要。两主吊具之间的距离为上水平段电缆敷设的长度。(b)辅助吊具:隔 50m 增设一副覆式侧拉型中间网套连接器 B,见图 3,直至电缆终端。主要作用是分担主吊具的吊重,使电缆垂直段均匀受力,其具有垂直受力锁紧特性。图 1 主吊具一:旋转头网套连接器超高层施工技
22、术手册超高层电缆垂直敷设技术指南7(c)防晃型吊具:采用防晃型吊具,可控制电缆摆动幅度,见图 4。图 4 专用电缆防晃型吊具图(d)专用抱箍卡具:用以固定电缆与吊装绳的卡具。5)5)电缆敷设吊装电缆敷设吊装吊装过程中,在电气竖井的井口安装防摆动的定位装置,以控制电缆摆动。将主吊具一固定在顶部定滑轮的吊钩上,进行电缆试吊,确认各环节无误后,方可正式起吊。在吊装过程开始阶段,将电缆与主吊绳渐渐并拢。每隔 510m 用专用抱箍卡具连接用以增加摩擦力,并在专用抱箍卡具内加设胶皮保护层,以防电缆外绝缘层损伤;在主吊具二以下垂直段电缆每隔 50m 增设 1 个辅助吊具。并使电缆垂直段均匀受力。当电缆始端提
23、升到水平安装层时停止起吊,转换吊点,将主吊具二固定在吊钩上,拆除主吊具一,利用主吊具二作为新的提升吊点。随着卷扬机提升,上水平段电缆逐步进入水平安装层,依次拆除专用抱箍卡具。电缆经导向滑轮靠卷扬机牵引,需倒缆的水平段电缆,可系于周围结构柱上,电缆向前一段,相应向前固定一段,直至利用主吊具二将电缆提升到安装高度。吊装工作完成后,自下而上逐步拆除各种吊具、卡具。同时将电缆固定在电缆梯架上,并保证安装牢固、可靠。图 2 主吊具二:中间网套连接器 A图 3 辅助吊具:中间网套连接器 B超高层施工技术手册超高层电缆垂直敷设技术指南83、电缆阻尼缓冲器顺放敷设技术、电缆阻尼缓冲器顺放敷设技术(1 1)技术
24、原理)技术原理利用塔吊或其他方式先将整盘电缆吊运至高层,利用高位势能把电缆由上往下垂直输送敷设,用分段设置的“阻尼缓速器”对下放过程产生的重力加速度加以克制,确保做到既安全快捷,又保证电缆绝缘完好。阻尼缓冲器的结构由 3 个导轮和型钢支架组成,见图 5。图 5 阻尼缓冲器示意图(2 2)施工流程与操作要点)施工流程与操作要点井内桥架安装井口测量编制电缆排布表电缆盘吊装安放阻尼缓速器设置安装井道电缆顺放电缆固定拆卸阻尼缓速器在进行电缆顺放安装开始之前,竖井内桥架须安装完成,井口测量、电缆排布表要求同“钢丝绳牵引提升敷设技术”相关内容。电缆敷设架安装须靠近电缆桥架,以便于电缆从导轮处移至桥架进行排
25、列、固定,同时敷设架须固定在坚实的建筑结构上,如楼板、框架、剪力墙,在高层起点处装一个制动器。导轮装配时,导轮与轴杆配合需稍紧(可在导轮两侧加垫橡胶片,用轴端螺栓调节松紧),上下导轮位置固定不变,中间导轮可左右调整,以适应不同规格电缆允许的弯曲半径。通过导轮转动的摩擦,使电缆在导轮上转动的摩擦力加大,从而有效地衰减下放电缆的重力加速度。每根电缆敷设的基本步骤为:电缆规格位号确认绝缘检查缆盘上架缆头牵引下放垂直段电缆依次绕经各阻尼器导轮进行敷设水平段敷设终端尺寸预留自上而下将电缆从阻尼器移入桥架排列固定始端尺寸预留裁截电缆挂编号牌。电缆头到终端后,垂直段的电缆从“阻尼缓速器”导轮脱出移入桥架作排
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