浅析超高层型钢混凝土巨型柱爬模在悬挑构件及架空层处的附着方式

刘炫辰 朱文婧

中国华西企业有限公司 广东 深圳 518034

为追求建筑物大空间、大视野，巨型角柱多用于超高层建筑设计中。其施工方式主要采用配套爬模单独进行，然而对于架空层及挑板位置，无法设置附着挂座或附着处结构构件受力情况无法满足设计要求时，往往会造成爬模使用受限，影响巨型柱施工，甚至造成结构安全隐患。本文针对上述2种情况，结合案例工程实际应用情况，就如何解决架空层及挑板上爬模附着挂座设置的问题作出探讨。

1 案例工程概况

深圳市某工程为超高层建筑，建筑高度300 m，为核心筒＋巨型柱＋环带桁架形式，层高4.5 m，局部楼层架空1层（无结构构件），建筑物四周为型钢混凝土巨型柱，巨型柱外扩300 mm为结构边，整个外立面为玻璃幕墙。

工程建筑高度较高，核心筒先行施工，巨型柱采用专用爬模独立施工，外侧非工作面不设置整体外防护。针对上述结构特点，施工单位将巨型柱爬模附着节点施加于结构的荷载条件提请设计单位复核后，得出结论是该处挑板无法承受该荷载，且由于楼层存在架空层无法设置附着点，因此常规附着方式无法满足设计、施工要求，如图1所示。

2 挑板处附着支座处理

设计单位在对结构构件进行计算时，只考虑了自身自重产生的恒载及后期使用荷载，而作为悬挑构件，尤其是悬挑板，其受力条件往往不是很好，也就造成了在由于施工需要而对其施加竖向荷载时，其受力情况往往不满足要求。本文所述的巨型柱爬模常规附着方式是通过附着挂座，将整个爬模质量及施工荷载、材料堆载、风荷载等传递到该挑板上，但挑板受力不满足要求。因此，为消除此施工荷载造成结构施工过程中的安全隐患，尽量考虑不让挑板受力，同时需考虑满足爬模使用。

图1 巨型柱爬模支座与主体结构位置关系

按照上述思路，对于该处挂座，采用了斜拉桥挂座的形式，即通过在悬挑支座处垫高挂座，让挂座不与挑板进行接触[1-2]。对于外挑部分挂座，由于悬挑段增长，对应力臂也相应增长，可以采用提高挂座型材强度，使其满足端部受力要求的方式解决。考虑经济性及操作性，可采用增设斜拉杆配合增设的中间立柱，实现将荷载统一由立柱传递到挑板支座处的目的，从而保证结构安全。斜拉桥式挂座构造如图2所示，荷载传递如图3所示。

图2 斜拉桥式挂座构造示意

图3 斜拉桥式挂座荷载传递示意

在图3中，爬模在挂座端部施加向下的竖向荷载F0（受压），由于③节点处垫高，因此①节点处与楼板无接触，不会使挑板承受荷载，同时该处荷载通过拉杆①传递到中间立柱及拉杆②，由于②节点处受拉，沿拉杆②会产生如F2方向的力，可以抵消部分F1的分力，剩余分力连同F1对中间立柱的分力通过中间巨柱形成F3竖向荷载传递至支座梁，从而在满足爬模受力需要的同时保证挑板结构安全。而对于此工况，设计单位仅需复核F3对支座梁产生的影响是否满足要求即可。

斜拉桥挂座采用高强螺杆及配套螺母、垫片，通过穿楼板的方式与主体结构固定牢固，安装方式为在浇筑混凝土楼板前，按照预埋点位图提前放线定位，按定位在楼板之上预埋PVC套管（套管直径较高强螺杆直径大一级），并将套管与楼板钢筋固定。板面混凝土浇筑完成后，先进行孔位检测，保证孔位偏差在误差范围内，再利用高强螺杆穿过楼板及挂座固定孔，两侧使用双螺母及垫片将挂座固定稳定。完成后吊线保证轨道与挂座端部卡口对中即可。需注意的是，为防止挑板受力，不让挑板与挂座接触，需在挑板支座处利用木板或钢片垫高，使挂座竖向荷载通过垫板传递到下层可靠支座上。

3 架空层处挂座处理

在架空层位置，最大的难题是没有结构构件用于爬模附墙附着，而使爬模无法爬升。为此，采用了加高楼层挂座（简称“加高挂座”）的方式进行处理。

加高挂座的基本原理是利用一个稳定的支撑，将原附着支座置于该支撑上并与其有效连接，使其稳定，作为爬模固定点，但不单独承受竖向荷载，只作为爬升过程中的安全富余受力点考虑。架体爬升完成后，荷载靠其上、下相邻楼层附着挂座传递至对应楼板。支撑由1根主撑杆、1根副撑杆及3根斜撑杆组成，主撑杆架高（高出下层附着挂座）立于下层挂座上方用于承受主要荷载，副撑杆固定于主撑杆上，用于支撑挂座固定件端部，斜撑杆分别设置于主立杆后侧及左右两侧，所有杆件设置螺杆活动头用于标高控制及调平，主撑杆设置预埋螺栓孔，用于加高挂座固定，具体如图4、图5所示。

图4 加高挂座平面

图5 加高挂座立面

在图5中，主撑杆、副撑杆及斜撑杆形成一个稳定的三角支撑架，挂座通过挂座固定件与支撑架固定在一起，这种稳定的空间三角钢架结构在原本需要设置附墙而无法设置的位置提供了可附着的点，从而解决结构架空处架体无构件可附着爬升的问题。采用加高挂座的爬架爬升的具体爬升步骤如图6所示。

图6 采用加高挂座的爬架爬升示意

在图6中，由左至右分别为爬架爬升的第1阶段、第2阶段和第3阶段，此时的工况为施工完成N层结构构件，N＋1层为架空层，无结构构件并已设置加高挂座。

在第1阶段，利用N层及N－1层梁板作为架体附着的主要受力点进行N层结构构件施工，待N层结构构件混凝土浇筑完成后，进行退模并开始爬升。在爬升过程中，N层梁板为主要附着受力点，N＋1层的加高挂座作为爬升过程中的安全富余受力点，此爬升工况一直持续到第2阶段，即N＋2层附着点附着完毕。

在第2阶段，由于N＋1层架空无结构构件需进行施工，因此，该阶段理解为爬升过程中的中间过渡阶段，在N＋2层附着完毕后即松开N层附着，使架体继续爬升。在此爬升过程中，N＋2层梁板为主要附着受力点，N＋1层的加高挂座作为爬升过程中的安全富余受力点，此爬升工况一直持续到第3阶段，即N＋3层附着点附着完毕。

第3阶段为N＋2层结构构件施工阶段。在结构构件施工过程中，N＋2层梁板及N＋3层梁板作为架体主要附着受力点，N＋1层的加高挂座作为爬升过程中的安全富余受力点。待N＋2层结构构件施工完成后，松开N＋1层附着，利用N＋2层及N＋3层梁板作为爬升附着受力点进行爬升，进入正常楼层附着及爬升阶段，从而解决架空层处没有构件可附着时的爬架爬升问题。

4 安全管理

对于上述2种爬架挂座的安全管理，除需遵循爬架常规的安全管理外，还需从设计方案实施是否正确及产品材质是否合格两方面进行把控，具体总结如下：

1）斜拉桥挂座及加高挂座的设计加工形式、定位需符合方案设计要求。

2）挂座、空间三角支撑架等所使用的各类钢材产品需保留产品合格证及材质检测书，对于高强螺杆等重要受力部件，除应有钢材生产厂家产品合格证及材质证明外，必要时还应进行复检，确保材料质量符合安全要求。相关构件进入施工现场时，项目部应组织监理、专业单位等相关方对产品验收后再进行安装。

3）作为受力的结构构件（混凝土梁板等），需按设计要求（爬架受力）达到相应强度后，方能实施附着受力。

4）爬架爬升后，对于新产生的临空面、临边等需及时防护。

另外，可在结构支座梁及加高支座支架上定点观察其沉降情况，有条件的可进行应力监测，设计单位可提供相应预警值，由专业单位实施具体监测，确保结构安全。

5 结语

斜拉桥挂座、加高挂座的应用解决了超高层巨型柱在施工过程中遇楼层挑板及架空层位置时，无法设置附着挂座的问题，有效节约了施工工期，在保证施工安全的同时也确保了结构安全。

斜拉桥挂座的处理方式从本质上来讲是通过优化力的传递方式，在挂座附着处寻找更有利的受力支座，从而达到保护结构构件的目的。但对于优化后的支座受力情况，仍需将相应荷载条件提请设计单位复核确认，满足要求后才能使用。

对于加高挂座，其处理思路为在架空处爬模需要设置附着点的位置通过人为增设钢架附着点。由于应用工程架空位置具有一定的特例性（楼层架空间隔为1层），对于其他更高的架空高度，可以通过提高挂座材质强度的方式来解决，不过提高材质强度后是否经济需重新测算。对于更多的架空层数时（如楼层架空间隔为2层或更多），此种方式是否适用以及是否经济，还需具体分析。由于加高挂座过重带来的原结构楼板受力复核及相应的加固方式也是可以进行后续研究分析的课题。