超高层建筑核心筒整体钢平台模架装备跨越桁架层的施工关键技术

2019-01-11张秀凤扶新立

建筑施工 2018年2期

张秀凤扶新立

1.上海建工集团股份有限公司上海 200080；2.上海高大结构建造工艺与装备工程技术研究中心上海 201114

1 工程概况

1.1 项目概况

金鹰天地广场项目建设用地位于南京市建邺区的所街六号地块。总用地面积56 071.2 m2，总建筑面积919 211 m2，由裙房区域，TI、T2、T3共3栋塔楼及中间钢连廊组成（图1）。其中T1塔楼核心筒地上79层，结构高度365.5 m，平面呈长方形，塔楼为钢框架-核心筒结构体系。核心筒在43～44层设置1道伸臂桁架，届时核心筒内伸臂桁架与外框伸臂桁架相连，与空中连廊形成一个整体。T1塔楼伸臂桁架区域为避难区、设备空间及楼梯空间转换，同时还是空中连廊疏散的主要转换空间。

1.2 伸臂桁架的概况

T1塔楼伸臂桁架层位于43～44层，标高191.50～199.50 m，桁架贯穿核心筒外墙，分别设置在轴线。桁架层高度为8 m。核心筒伸臂桁架分为上弦杆、斜腹杆和下弦杆，由牛腿和钢梁组成。4个角部均有与筒外段伸臂桁架连接的外伸牛腿，轴线侧墙体中部有2个牛腿伸出（图2）。其中下弦牛腿在4个角部伸出混凝土墙面的最大距离为1.29 m，上弦牛腿伸出混凝土墙面最大距离为1.41 m，中部连接空中连廊位置的牛腿伸出墙面的最大距离为1.40 m。

图1 金鹰天地广场效果图

图2 伸臂桁架钢结构示意

1.3 整体钢平台概况

根据金鹰天地广场T1塔楼核心筒混凝土结构的特点，综合考虑塔吊选用、劲性柱、剪力钢板、伸臂桁架等因素，决定采用筒架支撑式整体钢平台模架装备[1]进行核心筒混凝土结构施工（图3）。该模架装备由钢平台系统、脚手架系统、筒架支撑系统、钢梁爬升系统和模板系统共5部分组成，本工程中模架装备共设置1套集中控制系统、8台液压子泵站和26套液压顶升油缸，筒架支撑系统底部及钢梁爬升系统各设置26个支撑点。该模架装备通过筒架支撑系统与钢梁爬升系统交互作用实现爬升，可满足2层同步施工的要求，对于含有剪力钢板、伸臂桁架的复杂结构建造适应性强。本工程核心筒采用该装备更能体现出其施工的优越性。

图3 筒架支撑式模架装备示意

2 施工难点与特点

1）伸臂桁架构件从钢平台顶部吊入核心筒进行安装，部分钢平台连系钢梁阻碍钢构件的吊装，因此需要临时拆除桁架位置的连系梁以满足桁架的吊装要求[2]。在桁架层施工过程中牵扯到大量的钢梁拆除、恢复、钢结构吊装等工作，工作量大，为保证工期，需充分考虑钢平台各个节点的优化、交叉作业等问题，确定合理的施工工序。

2）伸臂桁架结构复杂，角部上、下弦杆为十字劲性钢柱，伸出核心筒墙体距离较大，吊装时需要解除4个方向的连系钢梁的连接，减弱了角部外挂脚手的承载能力。吊装角部上弦杆时，整体钢平台在拆除局部连系钢梁的不利条件下同时承受模板荷载，不利于钢平台角部的局部稳定性。

3）伸臂桁架层高度为8 m，钢结构总高度为8.8 m，超出了标准层大模板的配置高度4.3 m，桁架层核心筒施工不能一次完成。综合考虑桁架平面、立面分段、塔吊吊装能力、钢平台架体的优势以及施工效率，伸臂桁架层分2层施工。下弦杆单独吊装，斜腹杆和上弦杆同时穿插施工。钢平台模架则通过调整爬升高度，增大平台梁底部至楼层混凝土之间的距离，为桁架的吊装及施工提供了足够的空间。

4）斜腹杆与上弦杆同时吊装时，钢平台爬升高度较高，为避免钢平台架体底部与大模板相碰，大模板需随钢平台同步提升。钢大模通过葫芦悬挂于钢平台梁上，钢大模在墙体内外两侧占据了桁架构件焊接固定的操作空间，增加了施工难度。充分考虑与其他专业的交叉影响，合理安排桁架层施工的流程，使钢平台与其他专业立体交叉施工顺利进行，是确保桁架层施工进度的重点。

3 桁架层施工技术

3.1 关键节点设计

3.1.1 平台梁合理设计

伸臂桁架层施工过程中，通过拆除钢平台的可拆钢梁、格栅板等其他平台组件，在钢平台顶部形成吊装孔洞，桁架钢构件通过孔洞吊入核心筒就位，并借助钢平台予以临时固定、安装。

钢平台设计之初，综合考虑桁架分段、平台受力等因素，将部分连系钢梁设计为可拆梁以满足桁架的吊装。同时考虑模板同步提升的因素，除受力必须贯通的主梁外，其他区域在合理范围内加大连梁间距，优化顶部钢梁截面，提升整个钢平台的承载力。

钢平台拆卸钢梁以对角顺序拆除为原则，按照与钢结构吊装单位协定的吊装顺序分批次进行拆除恢复，局部桁架钢构件吊装完毕后应立即恢复钢梁，以保证钢平台的整体性。桁架层施工过程中，可拆卸钢梁未恢复的情况下，拆卸梁附近脚手及平台禁止堆载。为减少钢平台梁的拆卸数量，部分桁架构件不直接吊装到位，通过塔吊与手拉葫芦配合将构件平移到位后进行安装，避免破坏钢平台系统的整体性。

3.1.2 角部外脚手加固措施

吊装角部桁架时，拆卸的钢平台梁较多，为保证外挂脚手有足够的承载力，在拆卸平台梁之前，需完成对钢平台外挂脚手的加固措施。核心筒转角附近的外挂脚手架，主要通过利用核心筒角部的劲性钢柱或者与墙体内预埋件焊接的型钢柱设置支撑三脚架进行加固。支撑三脚架一端与结构劲性柱或型钢柱相连，另一端通过扣件与外挂脚手的立杆连接，防止角部外挂脚手因拆除拆卸钢梁产生下挠（图4）。

在角部十字劲性钢柱的吊装中，最不利的情况为吊装上弦杆的工况。钢平台在部分钢梁拆除和外脚手局部调整的情况下，同时承受了模板载荷。为确保对外脚手的角部加固措施有效，整体钢平台系统的稳定性和安全性可靠，对调整后的钢平台以及角部支撑，进行了相关的有限元模拟分析[3]（图5、图6）。从计算结果可以看出，钢平台在最不利工况下，外脚手角部的竖向变形最大为3 cm，在最不利位置的角部支撑的最大竖向位移为7.3mm，最大应力比0.75，结果满足要求，此时外脚手有足够的承载力（图7）。

3.1.3 分段施工

伸臂桁架层的施工分2个阶段进行。第1阶段钢平台共提升5.95 m，停在43层＋3.05 m标高，为下弦杆安装阶段；第2阶段钢平台共提升6.95 m，停在44层＋2.0 m标高，为斜腹杆和上弦杆同时穿插吊装阶段，此时钢平台筒架支撑系统上部距离43层楼层混凝土面10 m，满足斜腹杆与上弦杆同时吊装施工的要求，可实现伸臂桁架快速安装。

3.1.4 带模提升

在桁架施工第2阶段，为避免钢平台提升时架体底部结构与钢大模的立面位置相碰，施工流程中大模板需同步提升。钢平台体系设计时考虑了模板同步提升的工况，钢平台的承载力足够，加之外脚手加固措施，可确保钢平台在悬空高度大、悬挂模板、拆除钢梁的工况下顺利施工。

模板通过跨墙设置的吊点梁悬挂于钢平台上不利于桁架构件的吊装，为在桁架层施工阶段既不影响桁架吊装，又满足模板悬挂需求，需对模板进行吊点转换。根据内脚手架、外脚手架与墙体的位置关系，分别在顶部钢平台梁的相应位置设置外模板吊点与内模板吊点（图8、图9）。模板同步提升前，模板顶部用手拉葫芦悬挂于平台大梁吊点上，底部用铅丝临时固定于靠近架体底部位置，既可为斜腹杆和上弦杆提供足够的吊装空间，又不影响钢构件吊入后人员操作及焊缝施焊，满足施工要求[4]。