建筑边柱防护平台在异形超高层建筑施工中的应用

程志军 张满江红 张 多 蓝振芳

中国建筑第二工程局有限公司深圳分公司 广东 深圳 518048

1 工程概况

腾讯滨海大厦位于广东深圳南山区，工程占地面积18 700 m2，总建筑面积为340 000 m2，地下4层，地上分为南北2座塔楼，其中南塔楼50层，建筑高度为244.10 m，北塔楼39层，建筑高度为194.85 m，项目建成后主要功能为研发、商业、食堂、文体设施等。该工程塔楼外形设计有多处变形体，其中南北2栋塔楼内侧变形最明显，立面在中区呈凸状（图1）。

腾讯滨海大厦结构形式为型钢混凝土柱＋组合梁框架＋钢筋混凝土核心筒，外框柱采用组合型钢骨混凝土柱，水平承重结构为钢梁和闭口型压型钢板组合楼板。该工程塔楼结构分为核心筒和外框2条线路组织立体流水施工，核心筒施工领先外框架钢结构柱，外框架钢结构柱施工领先压型钢板，压型钢板领先楼板和外框柱混凝土，在立面上各作业层形成不等高同步施工流水。该工程核心筒区域采用全钢大模板配合液压爬模施工工艺，塔楼外框采用附着智能升降脚手架进行外防护。

图1 项目整体结构模型示意

2 工程难点

本工程的施工难点之一是北塔南侧和南塔北侧的外框防护方案。考虑到建筑外形呈弧线形变化，分别在北塔27层、南塔31层出现转折，由外倾转为内倾，若采用附着升降脚手架斜爬，则会因爬升方向改变，需在转折处临时更改轨道，导致现场施工难度大，安全风险高，且影响外框柱施工进度[1]。

如何在北塔和南塔另外三面采用附着升降脚手架的前提下，为北塔南侧和南塔北侧外框施工选择合适的防护措施成为本工程的施工难点。

3 方案比选

针对本工程的实际情况，结合以往工程的施工经验，我们为北塔南侧和南塔北侧的外框防护提出了2种技术方案，并从施工安全、经济、工期等3个方面进行了比选研究。

3.1 悬挑式脚手架

采用悬挑脚手架可将建筑物全高范围内的脚手架分成若干段，利用悬挑工字钢作为脚手架基础，分段悬挑、搭设脚手架，可较好地适应建筑物结构楼板边线逐层变化的情况。

悬挑架的优势是灵活方便，工艺较成熟，工人对作业时间和工艺把握较准确；缺点是为适应建筑物外形变化，每次悬挑高度小，需要同时投入大量工字钢，搭、拆工作量大，对整体施工进度和成本影响较大。

3.2 建筑物边柱安全防护平台

考虑到本工程为钢框架组合结构，由钢骨混凝土柱、钢梁、压型钢板组合楼板等构成。采用这种结构类型的建筑物施工，仅在绑扎边柱钢筋、支设边柱模板、浇筑边柱混凝土时，需要站在建筑物外架上作业，其余工作均可在建筑物内侧完成，只需沿楼板边沿设置防护设施即可。受折叠式附着脚手架外防护网的构造启发，项目部开发出一种建筑物边柱安全防护平台。

在北塔南侧和南塔北侧不适宜采用附着升降脚手架的情况下，针对建筑物外围的边柱进行单独防护，每个柱体配备一个独立的防护单元，包裹住边斜柱外围3个方向，施工人员在防护单元内完成钢筋绑扎、支设边柱模板、浇筑边柱混凝土，独立边柱防护平台通过塔吊配合安拆转运，在各层间周转使用。在边柱与边柱之间的楼板边缘区域采用防护栏杆等形式进行防护。

该方案既保证了施工人员的安全，省去外脚手架搭设工序，同时也解决了搭建外脚手架过程中存在的安全隐患。因此，本工程选择此方案。

4 平台设计方案

边柱安全防护平台由竖向龙骨、冲孔钢板制成的安全防护网、走道板、米字支撑骨架、内翻板、吊耳、可调水平卡、底部固定件等组成，竖向龙骨、安全防护网、走道板通过专用连接螺栓和连接钢板相互拼接，搭建而成的呈“凹”字形的架体，拼装方法类似折叠式附着脚手架。在架体的一端设有爬梯，供工人上下走道板。在架体中部对称设置2根竖向龙骨，其顶端焊有吊耳，架体可由塔吊吊起周转使用。在架体底层走道板的两端分别设有底部固定件，通过穿过楼板的螺栓将架体底部固定，防止架体滑动[2]。位于架体内侧的竖向龙骨顶部设有可调水平卡，该卡的一端与龙骨采用螺栓连接，另一端与上部的钢梁拉接，防止架体向外倾覆。在架体底层走道板的内侧设有折叠翻板，以遮盖架体与楼板之间的空隙，翻板通过合页与走道板连接（图2、图3）。

图2 边柱防护平台示意

图3 边柱防护平台构造示意

当需要进行边柱防护的楼层的楼板混凝土已经终凝，且上部钢梁安装完毕时，将边柱安全防护平台底部的翻板收起，采用塔吊协助吊装，在需要防护的钢柱外侧就位，通过螺栓将防护平台底部固定在结构楼板上，防护平台上部通过水平卡及可调拉杆与钢梁拉结，把防护平台底部的翻板打开，即可满足外框柱临边施工作业需求。

5 平台安全性能验算

边柱防护平台中心位于结构内侧，主受力通过防护平台传递到结构钢梁与楼板面上，底部通过2根穿楼板螺杆固定，上部通过水平卡（左右各1道）与上层结构水平钢梁连接固定。穿楼板螺杆固定防护平台底部，防滑动。南北塔共有2种不同尺寸的水平钢梁，分别为400mm×750mm和600mm×580mm，可利用水平卡通过可调拉杆与边柱防护平台固定，起防倾作用（图4）。

5.1 结构受力分析

在外框柱施工过程中，主受力包括边柱防护平台受到的外部风压、上人操作的重力以及防护平台架体自重，上部2根可调拉杆受到水平拉力，下部2根穿楼板螺杆受到水平剪力（图5）。

5.2 模型建立及荷载取值

选取防护平台外部冲孔板及上下方固定构件建立计算模型，风荷载Wk=1 310.4 N/m2，迎风高度H=6 m，宽度L=4 m，架体荷载为15 kN，两侧各有1根刚性可调拉杆与M32穿楼板螺杆（图6）。

图4 边柱防护平台立面示意

图5 边柱防护平台受力示意

图6 结构受力模型

5.3 稳定性计算

在不考虑平台底部与楼板面摩擦力的情况下，根据受力平衡公式及力矩平衡公式：

式中：Fa——单根可调拉杆所受的拉力；

Fb——单根穿墙螺杆所受的剪力。

经计算，得出Fa=13 874.8 N，Fb=1 850 N。

自重G=15 kN，传递给可调拉杆的拉力为2Fc=G×3.4，得Fc=24 990 N。

5.4 安全验算

可调拉杆使用M27螺杆，应力截面积A=459 m2，极限应力为142 N/mm2，F总=Fa+Fc=38864.8N，可调拉杆在受最大风荷载工况下，可调拉杆所受的应力为：F总/A=84.7 N/mm2＜142 N/mm2，故满足要求。

6 施工流程与操作要点

施工流程为：边柱防护平台拼装→边柱防护平台吊装→边柱防护平台上端固定→边柱防护平台底部固定→边柱防护平台吊运周转→边柱防护平台拆除。

6.1 边柱防护平台拼装

在平整场地进行平台架搭设，场地的水平高差不能超过20mm，若场地不平整，则须用木方或槽钢进行水平调整。应先铺设底部走道板，将相邻的2片走道板外框用专用螺栓及钢板连接。按照平台设计图布置相应尺寸的竖向龙骨，在竖向龙骨最下端第1个孔用专用螺栓与走道板连接。安装竖向龙骨须用铅垂仪检查其与底龙骨板垂直度，确保垂直后再拧紧固定螺栓[3]。

组装好所有竖向龙骨后，开始组装第2步走道板，2道相邻的走道板间距1 800～2 000mm。第1步安全防护网底部应放置在底部走道板外侧，用专用连接件固定，竖向龙骨每间隔1 m安装1个专用网框固定件，将龙骨与防护网固定（图7）。

6.2 边柱防护平台吊装

直接利用平台内侧转角的2根竖向龙骨最上面的螺栓孔作吊耳，将吊环穿过螺栓孔，用塔吊钢丝绳吊好。

防护平台吊装到位后，将平台的顶部与底部与结构固定牢固，并将与底层走道板相连的翻板打开。检查无误后，才可以松开塔吊吊钩，并对防护平台进行验收，合格后方可使用（图8）。

图7 完成拼装的边柱防护平台

图8 吊装就位的边柱防护平台

6.3 边柱防护平台上端固定

位于平台内侧转角的2根竖向龙骨顶部分别设有1道可调水平卡，与平台上部的钢梁拉接，防止平台向外倾覆。可调水平卡包括水平卡底座、压块、可调拉杆、专用连接件等。可调拉杆的主体部件是螺杆和套筒，通过旋转螺杆，可让螺杆伸出或缩回套筒内，以达到调节长度的目的，保证防护平台在任一楼层均可与钢梁拉接。

可调拉杆的一端与竖向龙骨采用螺栓连接，另一端与水平卡底板焊接的耳板采用螺栓连接。水平卡底座的一端设有凹槽，用凹槽勾住钢梁的下翼缘，另一端设有数个螺栓孔，以适应不同宽度的翼缘，将压块用螺栓与底座连接，夹住下翼缘的另一侧，完成对防护平台上端的固定（图9）。

图9 平台上端固定示意

6.4 边柱防护平台底部固定

在架体底层走道板的两端分别设有底部固定件，通过穿过楼板的高强螺栓将架体底部固定，以防止架体滑动。该底部固定件包括带有螺栓孔的L形钢板、高强螺栓、螺帽等[4]。

预埋孔设在楼板面上，每个平台按设计位置中心线埋设2根预埋管。采用M32螺栓，由于建筑物结构各楼层的平面布置有变动，预埋管的位置应以建筑物轴心为标准进行确定。预埋管采用PVC套管，必须与钢筋捆扎牢固，以免浇筑混凝土时被振歪或移位，并将预埋管上口用胶布及海绵封堵，以免混凝土灌入。

L形钢板的一侧与走道板通过螺栓相连，另一侧与楼板相连。钢板底部必须与楼板贴近，假如楼板不平整，则可对凸出部位做稍许剔凿，对下凹部位采用垫片调整（图10）。

图10 平台下端固定示意

6.5 边柱防护平台吊运周转

施工完一层的边柱后，用塔吊将边柱防护平台整体吊运至上一楼层，重复利用。起吊前，需将平台吊耳与塔吊钢丝绳固定好，然后将平台上端的水平卡和底部固定件拆开，再将与底层走道板相连的翻板收起。吊运过程中应安排2名工人从建筑物内侧作辅助，同时塔吊指挥在一旁采用对讲机保证与塔吊司机的紧密联系，防止平台与结构剧烈撞击，尽量保证平台轻起轻落。

防护平台吊装到位后，将底层翻板打开，固定好底部穿楼板螺杆和上部防倾装置，检查无误后，才可使用。

6.6 边柱防护平台拆除

待边柱施工结束后，用塔吊将防护平台吊至室外地面进行拆除，拆除工序按照先装后拆、后装先拆的原则。

7 效益分析

对于由钢骨混凝土柱、钢梁、压型钢板组合楼板等构成的超高层钢框架组合结构的临边柱体施工，边柱防护平台较传统分段悬挑施工更简便快速，可节省材料和劳动成本，保证施工安全，施工现场干净、整洁，搭设和拆卸过程中安全可靠。完成每个平台周转用时约30 min，每个安全防护平台造价仅为38 700元，每次周转一个平台的人工费用约为60元，经济效益明显。

8 结语

本工程北塔南侧有7个临边框架柱，南塔北侧有9个临边框架柱，共设置边柱防护平台16个，平台在各楼层通过塔吊吊装使用，吊运楼层总数达40层。工程于2013年12月5日开始施工，于2015年2月6日实现结构封顶，施工整体进度满足业主要求，工程获广东省安全文明施工示范工地、AAA级安全文明标准化工地称号。

边柱安全防护平台在柱周形成全封闭防护，安全性高，结构简单、设计合理，便于快速安装及拆卸，还可灵活搬运，非常适用于由钢骨混凝土柱、钢梁、压型钢板组合楼板等构成的超高层钢框架组合结构的临边柱体施工。边柱防护平台省去了传统悬挑架和爬架没有必要的防护部分，只进行针对性的局部外防护，避免了外脚手架或外爬架搭建与拆除过程中的安全隐患，大大降低了高空施工的潜在风险，可为其他类似建筑物的施工提供借鉴。