超高层建筑核心筒内爬塔吊底部的封闭安全防护平台设计和运用

章燕清      蒋俊志      张兰滔      陈宇能

1. 中建五局第三建设有限公司 长沙 410004；2. 中建五局上海建设有限公司 杭州 310000

1 项目概况和背景

长沙保利国际广场B2、B3栋位于天心区书院南路与湘江路交会处，建筑面积约2×105m2。B3栋地下3层，地上50 层，建筑总高度约235 m。B3栋为混合结构，核心筒共分为5个内筒，建筑面积约500 m2。本项目策划施工组织设计时，采用了不等高同步攀升施工技术，核心筒竖向结构剪力墙先行施工，外围钢结构柱、梁落后剪力墙约6层，组合楼板和核心筒内外水平结构落后钢结构约3层。施工部署时，在钢结构与核心筒内安装了2台中联TCR6055内爬动臂吊，以及采用了德国引进全液压自爬模技术，核心筒内的水平结构先不施工，按不等高同步攀升技术要求稍后组织施工。

未安装内爬塔吊的核心筒内的爬模系统自行设计有顶平台（上平台）和底部封闭平台（下平台）。但是安装有内爬动臂吊的南北两端的第1个和第5个核心筒内，因内爬塔吊的标准节穿越了爬模系统的上平台和下平台，爬模系统设计时上平台预留塔吊洞口，下平台取消，如图1所示。因此这2个内核心筒无法全封闭，必须采取全封闭措施，确保该筒内下部水平结构施工作业安全[1,2]。

基于以上项目概况和背景，需要研究或开发一套能够随内爬式动臂塔吊爬升而自动爬升的防护系统或平台，使安装有内爬式动臂塔吊的核心筒爬模底部完全封闭，为核心筒内后续水平结构施工提供立体交叉作业的顶部安全防护平台。经过工程技术人员研究发现，核心筒是一个弧形的扇叶，外弧长度为51.53 m，内弧长度为48.75 m，安装内爬动臂吊的核心筒截面尺寸净空为（8.7～9.2）m×9.2 m，为国内第一大跨度核心筒（图2）。根据结构形式及工程需要，研发一套下挂于内爬式动臂塔吊标准节上的底部封闭防护平台，既依附于塔吊，又与爬模系统、内爬式动臂塔吊的3道承重钢梁及其牛腿相互独立，随内爬式动臂塔吊爬升，且能够避开塔吊爬升步距，实现同步爬升功能，有效解决了安装有内爬式动臂塔吊所在核心筒内的立体交叉作业安全防护问题。

图1 塔吊、爬模、防护平台相互关系示意

图2 爬模核心筒内外与装有塔吊的平面示意

2 防护平台的设计原理

在考虑如何设计这个安全防护平台时，我们主要基于以下6个方面来确定设计原理和原则，确保该安全防护平台的可靠度、适用性和实用性。

1）防护平台必须固定在可靠的内爬动臂吊的标准节上，使其能够实现随塔吊爬升而爬升的功能，无需重复搭设，节约材料和人工。

2）防护平台下挂在内爬动臂吊的标准节上，作为一个独立系统，又必须兼顾爬模系统和内爬塔吊系统，相互独立又相互作用。

3）本工程核心筒内筒跨度最大为9.2 m，属于超大跨度，防护平台自身的安全可靠度设计非常重要，且必须满足一定荷载要求，同时必须考虑特殊情况下可能的20人左右的恒载。目的是为了保证下挂在塔吊标准节上的该防护平台系统在塔吊的承载范围之内。

4）该防护平台必须每次爬升都处于塔吊最底部的第3道承重钢梁的下方且在承重钢梁的牛腿预埋件下方约1 m高度，既保证爬模、塔吊、防护平台3个系统的相对独立，又为核心筒内下部水平结构施工提供最大的工作面，同时为塔吊承重钢梁往上翻运后的牛腿预埋件拆除提供人工作业平台。

5）该防护平台静止状态时必须全封闭，在随塔吊爬升时必须保证与核心筒内壁有一定的距离，才能保证下挂悬臂式的该平台不碰撞核心筒内壁，因此防护平台的截面尺寸应小于核心筒内净空尺寸，并采取翻板形式，便于静止状态的全封闭。

6）该防护平台安装在塔吊标准节上，对内爬塔吊液压顶升系统受力有一定影响，该平台的自重荷载是恒载，因此设计时应减轻自重，并应对安装防护平台后内爬塔吊的液压顶升系统进行受力分析验算。

根据以上6个方面的原则，防护平台下挂在塔吊标准节立柱预留孔上，采用螺栓连接。下挂高度为13.6 m，即为塔吊的一个爬升行程（3层标准层层高）加1 m：3×4.2 +1=13.6 m，使每次爬升正好位于最底部的第3道承重钢梁的正下方。防护平台主梁截面尺寸为7.5 m×7.6 m，两端各距离核心筒内壁约700 mm，用薄型钢板加活页形式侧盖在内墙面上，实现全封闭。

3 设计方案

水平主钢梁和立柱采用方钢90 mm×60 mm×5 mm，立柱与纵横方向水平梁满焊连接，立柱上部采用销栓与塔吊标准节底部孔口连接。外边框梁采用方钢90 mm×60 mm×1 mm，与水平主钢梁满焊连接。同时边框梁上设置龙骨框梁，采用等边角钢50 mm×5 mm和14 mm的HRB400钢筋，上铺标准平铺板1 m×2 m，在标准平铺板上铺设一道白色薄铁皮，防止细小零件坠落[3]。封闭平台四周与核心筒体间距700 mm处，采用薄型钢板进行封闭。每次核心筒底部封闭平台与塔吊一起爬升时，人工翻开薄型活页钢板，待塔吊爬升完毕后再将薄型活页钢板封闭复原。为保证底部封闭防护平台的安全和稳定，采用6×19A16钢丝绳与塔吊牛腿下方环口扣接。每次爬升完成后将钢丝绳移动至上层牛腿环口处[4]。同时为保证施工过程中焊接部位牢固，除立柱与水平主梁连接部位满焊外，再在外层采用50 mm×5 mm角钢进行焊接，增加立柱与水平主梁焊接面积。在立柱与水平主钢梁下端，采用400 mm×300 mm×3 mm铁板作为底部加强板，减少剪力对立柱焊缝的影响，增加焊缝长度，确保关键节点部位安全、可靠（图3～图6）。

经核算，该平台挂在塔吊（TCR6055-32）标准节下方，在防护平台最大载荷不大于2.3 t的恒载情况下，塔吊顶升载荷满足现场使用要求[5]。

图3 防护平台平面示意

图5 方钢立柱与塔吊标准节连接节点示意

图6 方钢立柱与方钢节点剖面示意

4 现场制作、安装

完成材料与技术准备工作后，在核心筒内进行平台各节点的焊接，主要控制2条主梁的焊接质量，选用技术娴熟的焊工进行操作，确保焊缝质量，平台的平面和立柱接长全部在地面完成焊接及焊接质量的检查，所有的焊缝涂刷防锈漆进行防锈处理。然后将方钢立柱起吊，将立柱吊起与平台主梁节点焊接，起吊立柱和平台。起吊前将2 t水泥均衡堆放在平台上，起吊高度约0.5 m，静载约1 h，验证平台可上人个数及平台稳定性，检查平台的主梁变形等平台受力情况。静载堆载试验无异常情况后将立柱和平台一次吊装到位，用销轴将立柱栓接在塔吊标准节上，最后对防护平台系统进行全面检查，完成最后的检测和验收，最后投入使用。防护平台的制作安装流程为：材料准备→平台焊接→立柱起吊→立柱与平台焊接→堆载试验→平台起吊到位→绳索拉杆安装→安装翻板→检测验收→投入使用。

5 防护平台的运用探讨

结合方案制定、制作安装以及运行过程中的实践，我们认为方案制定阶段应当对方案可行性进行充分研究分析，且必须召集爬模、塔吊等专业分包单位参与讨论确定，确保防护平台与爬模、塔吊既独立又相互作用；主梁设计时，坚持“强主梁和节点、轻龙骨和自重”的原则；在制作加工过程中，注意焊接焊缝质量，对焊缝的高度、饱满度及观感等全数检查，有条件的进行探伤检查，合格后涂刷防锈漆；在随塔吊爬升过程中，防护平台是一个下挂悬臂构件，有一定摆动幅度，因此必须由专人看护，缓慢爬升，确保平台不碰撞核心筒内壁；平台作为塔吊承重钢梁拆除的操作平台时，所有需要经过平台的零配件临时堆载时间不得超过6 h，确保平台长期处于空载状态；管理制度方面，制定防护平台专项管理制度，确保防护平台运行正常。

基于塔吊、爬模两大系统的防护平台系统经过实施运行后，经历了数次随内爬式动臂塔吊爬升而爬升，均运行正常。该防护平台在长沙保利国际广场B3栋超高层的成功实施，取得了良好的社会效益和经济效益，且已经申报实用型发明专利。在使用过程中通过对防护平台的验收、检查、爬升看护等工作的跟进，已经实现了防护平台、操作平台、安全通道的三重功能，将为同类工程内爬动臂塔吊和爬模系统的核心筒内的底部封闭防护提供有益借鉴[6-8]。