工具式钢平台模架装备在超高层塔楼施工中的应用*

2015-09-20

建筑施工 2015年11期

上海建工集团股份有限公司上海 200080

1 工程概况

上海静安大中里综合发展项目T1塔楼地处上海市静安区南京西路、石门一路。该项目为1座高169.85 m的超高层建筑。地上35层，标准层层高为4.10 m，非标准层层高有4.20 m、5.01 m、5.03 m、5.27 m、6.20 m等多种。办公楼核心筒平面呈长方形，筒体轴线尺寸约为30.00 m×18.00 m，共设置3道内隔墙。每层平面内主要包含电梯井、卫生间、消防楼梯和管道井等。

办公楼采用框架-核心筒结构体系。其核心筒结构由核心筒筒壁、核心筒内墙（包括暗柱）、梁和板组成。核心筒筒壁为钢筋混凝土结构。核心筒墙体有10个典型平面，核心筒筒壁厚度地上部分最厚为1 350 mm，内墙厚400 mm，随着高度变化，墙体厚度逐步减少。核心筒在21F设置1道伸臂桁架层，桁架沿外墙面贯通。核心筒墙体的施工采用工具式钢平台模架装备（图1）。

图1 工具式钢平台模架装备

2 工程特点与难点

1）本工程为超高层建筑，高空作业多，安全隐患大，模架装备在封闭性、安全性以及降低作业人员的恐高心理方面要求较高。

2）核心筒墙体厚度经过多次收分，为满足墙体收分需要，外挂脚手架设计成可滑移状态。在滑移过程中，增加了施工操作的难度。

3）核心筒墙体21F为伸臂桁架层，伸臂桁架层的施工需要较大空间，钢平台要进行避让和部分构件拆除才能满足施工需要，对钢平台的稳定性和安全性造成一定影响。

4）由于垂直运输的时间较长，钢平台需要堆载较多的钢筋才能满足施工要求，不影响施工进度，这要求钢平台要有较大的承载能力。

5）塔楼层高变化较多，存在多个非标准层高，对钢平台的爬升和模板的设计带来了一定的困难。

6）大中里项目T1、T2两座塔楼都采用同1套钢平台模架装备进行施工，钢平台模架装备在T2塔楼施工完毕后，重新安装在T1塔楼核心筒上继续施工。这要求钢平台具备拆除重复使用的功能[1,2]。

3 工具式钢平台设计

此项目中，钢平台模架装备采用工具式模块化设计理念，部件由标准构件和非标准构件组成，非常适用于复杂超高层结构建造。模架装备中约95%的部件为标准模块化设计，部件周转使用率可达90%以上，实现了工业化建造，大量节约了材料，符合绿色施工要求。工具式钢平台模架装备由钢平台系统、筒架支撑系统、钢柱爬升系统、脚手架系统、模板系统5部分组成（图2）[3-5]。

图2 工具式钢平台模架装备构成

3.1 钢平台系统

钢平台系统处于整个模架装备的顶部，由钢平台框架、盖板、格栅板、围挡板等部分组成。钢平台框架由400 mm×200 mm×8 mm×13 mm的H型钢通过焊接或螺栓连接形成整体，用于混凝土结构工程施工的钢骨架主体。盖板由40 mm×60 mm方管焊接形成的型钢骨架与厚6 mm花纹钢板连接组成，搁置在钢平台框架上，作为施工人员的作业平台和材料堆放场所。格栅板由纵向5 mm×65 mm铁板和横向φ6 mm扭转圆钢焊接而成，搁置在钢平台框架上，用于安全防护或施工人员作业的钢制网格平台板。围挡板由高2 m的型钢骨架与面板焊接组成挡板，围挡板之间通过螺栓连接，间距为1.80 m，用于钢平台系统临边安全防护的挡板。钢平台面积约为690 m2。

3.2 筒架支撑系统

筒架支撑系统作为钢平台模架装备的受力主体，主要由立柱、横梁、水平限位支撑装置、体外水平限位支撑装置及竖向限位支撑装置组成。立柱由150 mm×6 mm的方管制作，横梁由100 mm×100 mm×6 mm×8 mm的H型钢制作并焊接于立柱上。立柱顶端连接在钢平台框架底部用于支撑钢平台系统以及施工荷载，并通过其上设置的竖向限位支撑装置以及水平限位支撑装置将荷载传递给混凝土结构。体外水平限位支撑装置由箱体支撑架和滑轮组成。设置在已成型混凝土结构模板顶部围檩部位，其作用是增强整体钢平台模架系统爬升时的侧向稳定性，减小工具式爬升钢柱柱脚弯矩。

3.3 钢柱爬升系统

钢柱爬升系统由爬升钢柱、上爬升靴、下爬升靴、短行程双作用液压油缸动力系统及中央控制系统组成。爬升钢柱（图3）是提升整体钢平台系统的导轨，由钢板组合焊接形成箱型钢柱，箱形钢柱断面尺寸为250 mm×300 mm，长度为10 m，箱形钢柱在短边方向设置90 mm×90 mm的爬升孔，间距为200 mm，用于搁置上下爬升靴。爬升钢柱为工具化构件，可重复使用。上下爬升靴（图4）的组成包括爬升靴箱体、换向限位块装置、换向控制手柄和弹簧装置。短行程双作用液压油缸动力系统包括短行程油缸、供油管路、液压泵站。中央控制系统由中央控制室、PLC控制系统、人机交互操控界面系统组成[6]。

图3 爬升钢柱

图4 上下爬升靴

3.4 脚手架系统

脚手架系统由脚手吊架、走道板、围挡板、楼梯、滑移装置、抗风连杆、防坠活动闸板及水平限位支撑装置组成。脚手架系统（图5）用螺栓连接并固定于平台钢梁底部，共6层，上3层为钢筋、模板施工区，宽0.90 m；下3层为拆模整修区，宽0.70 m。脚手吊架由竖向50 mm×37 mm×4.50 mm槽钢、48 mm×3.50 mm钢管和横向50 mm×37 mm×4.50 mm槽钢焊接形成。走道板和围挡板由型钢骨架与钢板网焊接形成，用螺栓固定在脚手吊架上。滑移装置（图6）由滑移轨道、特定行程液压油缸、立杆滚轮座组成。抗风连杆由型钢制成，连接于脚手吊架内侧混凝土结构之间，用于抵抗风荷载。防坠活动闸板由薄钢板制成，安装在脚手架底层走道板上，用于在施工作业过程中防止物体坠落。

图5 脚手架系统

图6 滑移装置

3.5 模板系统

模板系统由面板、肋、围檩、对拉螺栓组成。模板为钢框木模形式，面板采用18 mm×1 220 mm×2 440 mm维萨芬兰板；围檩采用双拼10#槽钢为横向围檩、6#槽钢为竖向围檩；对拉螺栓采用φ16 mm高强螺杆为拉杆螺栓，每个螺栓间距≤1 050 mm。

4 工具式钢平台计算分析

4.1 工况分析

钢平台在其使用过程中，有正常施工和爬升2种状态。考虑到钢筋绑扎和模板提升不能同时进行，正常施工状态分模板提升和钢筋绑扎2个工况进行计算。这样，钢平台在计算中，可以按模板提升、钢筋绑扎和平台爬升3个工况进行。

出于施工安全的考虑，按照12级风进行正常施工状态的受力计算，按照8级风进行爬升状态受力工况计算。正常施工状态还需要考虑钢平台的自重、施工荷载、模板质量、钢筋堆载，爬升状态需要考虑自重、爬升操作荷载。

4.2 模型建立

本工程使用Midas Gen有限元软件对钢平台进行了整体建模数值模拟，计算项目包括钢平台架体的应力、变形以及支座反力。钢平台三维有限元模型如图7所示。

图7 钢平台整体结构模型示意

4.3 计算结果分析

经过对钢平台正常施工、爬升以及台风情况下的受力分析计算，计算结果汇总见表1。从表中计算结果可知，钢平台各项数据均满足使用要求。

表1 平台各工况结构受力分析结果汇总

在正常施工阶段，结果显示最大应力达到182 MPa，该结果较为保守。在正常施工状态的模板提升和钢筋绑扎施工工况计算中，取各工况荷载最大值进行计算，并且考虑各层均满布1 kN/m2的施工活荷载，而实际中这些荷载同时出现最大值的情况为小概率事件。另外，在计算荷载组合时，各项荷载均考虑了荷载分项系数，所以，本次计算结果有较大的安全储备。从爬升工况的计算成果来看，最大应力主要出现在导轨立柱与平台衔接处，因此在平台加工中，应该对节点进行加强[7]。