超高层建筑塔楼全钢集成架的斜面爬升

2020-03-18谭先雨

建筑施工 2020年11期

杨军刘秘胡铭谭先雨杨婷

中国建筑第二工程局有限公司四川成都 610016

1 工程概况

1.1 工程简介

泸州碧桂园超高层建筑工程6#楼45层塔楼项目位于泸州酒谷大道三段碧桂园·生态城，该工程项目总建筑面积为69 894 m2，在行政区域上属于江阳区泰安街道，周围有配套的大型商业、办公、酒店，东邻新建医院、农贸市场，北邻中学、幼儿园、公园绿地等，地下3层、地上45层，总建筑高度为150 m，建筑结构形式为钢筋混凝土框架剪力墙结构，其南北立面形式如图1所示。该建筑工程项目外立面构造复杂，核心筒施工难度大，属于一座集办公、科研、商务为一体的现代化综合建筑体[1-7]。

1.2 工程特点及施工难点

1）外立面双曲渐变：从工程外立面（图2）来看，泸州碧桂园超高层建筑工程6#楼45层塔楼项目属于在水平和垂直两个方向以双曲线形式渐变的八边形，建筑物和楼层外轮廓随着楼层的由下到上先增大后变小，再增大，垂直方向上的直边和斜边一长一短，这种复杂的立面变化趋向随着建筑物高度的升高而变得异常明显。

图1 45层塔楼项目施工效果图

图2 塔楼项目外立面渐变示意

2）异形变截面：该高层建筑角部4个正立面、外立面分别与“倒梯形”和“梯形”类似，且四角以“3°”夹角一直向外倾斜。由于每个楼层外边线尺寸大小各异，且通过悬挑结构变化实现双曲渐变八边形构造设计，因此，这种异形变截面施工结构复杂。每个楼层每层悬挑结构1层、4层、14层、38层面积分别为1 558、1 509、1 602、1 305 m2，该异形变截面的最大和最小八角形角部尺寸随每个楼层外边线尺寸的增大而逐渐变小，其中，1层、4层、14层、38层斜边尺寸依次为13.396、13.068、8.667、2.278 m。施工平面布置情况如表1所示。

表1 施工平面布置

2 技术实施思路与方案设计

2.1 技术实施思路

1）结合泸州碧桂园超高层建筑工程6#楼45层塔楼项目复杂立面设计工况，在7层时6#塔楼进入标准层施工，随着楼层的升高，需通过深化设计附着式爬架，使其由9层开始搭设至附着式脚手架提升施工面。

2）在6#楼45层塔楼项目主体施工时，在不影响附着式脚手架爬升施工安全的前提下，尽可能留足空间，使爬架斜向爬升，保持一定爬度，使爬架与复杂南北外立面大限度贴合，以满足爬架爬升渐变施工要求。

3）在爬升架爬升施工时，通过对预埋件位置进行调整，实现斜向爬升，减少翻板使用量，降低爬架施工安全风险。同时需要利用南北立面调节牛腿，对挑梁预留活动空间进行调整和设置，控制架体斜向爬升过程。

4）8—15层双曲渐变八边形外立面结构变化差异大，由于脚手架扭转和斜爬角度超过最大允许值，因此在施工时，应通过爬架结合钢管悬挑架，采用全钢集成架倾角斜面爬升架施工技术进行施工。15层施工时，需采用爬架重新替换钢管脚手架区域的集成架。16层、17层及以上楼层施工时，应提前预留全钢集成架倾角斜面爬升架施工机位，并通过预埋件对爬架斜爬角度进行调整。

5）浇筑混凝土施工完毕后，17层及以上楼层复杂外立面的钢管悬挑架可拆除[8-9]。

2.2 方案设计

1）爬架设备机位布置：超高层建筑工程6#楼45层塔楼项目全钢集成架倾角斜面爬升架施工共设有10组、38个机位，爬架机位架体高17 m，直线转角、最大跨度分别为4.6、5.2 m，架体共覆盖4.6倍楼层高，最大悬挑长度为3 m，共设走道板7层（图3）。

图3 爬架设备机位布置示意

2）钢承板安装：因本建筑工程项目6#塔楼9—26层结构边线变化已超全钢集成架架体斜向爬升范围，因此在南北立面结构变化较大区域处，除设有4个爬架设备机位之外，还专门布置了用于临时封闭施工的钢承板，通过悬挑钢管脚手架和悬挑梁支撑进行架体爬升施工。钢承板铺设时，按照5.4 m的间距拉设2～3根涂塑钢丝绳或无油钢丝绳作生命绳，直径9.2～12.1 mm。

3）外框钢结构垂直和水平通道设置：全钢集成架倾角斜面爬升架施工时，本体系分别设有外框结构垂直与水平通道，距离梁面高分别为800、1 500 m。

4）架体端部“门”字形防护网布置：在超高层或高层建筑全钢集成架倾角斜面爬升架施工时，安全防护极为重要，由于6#楼45层塔楼项目建筑规模大、作业点多、立面复杂，为保证各专业交叉立体施工，还在内外侧水平通道主梁上、架体端部拉设“门”字形防护网，一端用夹头固定，另一端用铅丝封口，确保高处作业人员安全作业。

同时，防护网框架两侧还设有水平方向销轴孔，当现场因过度变形或预埋偏差导致无法准确安装定位销轴时，可用水平方向连接销轴与架体框架上设置的水平销轴套管连接作为补偿连接，以确保防护网的安装可靠、稳固。

3 全钢集成架倾角斜面爬升架施工技术分析

3.1 全钢集成架倾角斜面爬升架施工体系

1）在高层建筑施工中，全钢集成架倾角斜面爬升架架体主要由水平支撑和竖向主支撑框架、防坠落、防倾覆、卸荷装置、地爬式水平钢梁、基于计算机同步控制的电动提升葫芦等组成（图4）。

2）该高层建筑施工中全钢集成架倾角斜面爬升架架体分别由5种不同长度的若干个小型标准单元体组成，这些集成架架体单元长度分别为60、70、90、110、140 cm。小型单元体拼装快捷方便，拆分灵活，可充分满足不同高层、超高层建筑工程项目双曲渐变八边形复杂立面外形尺寸变化调整要求。

图4 全钢集成架倾角斜面爬升架架体示意

3）施工时，本工程分别设置了58个电动葫芦和58套升降速度为13 cm/min的提升机位，架体最大跨度、高度分别为4.9、21.0 m，电动葫芦起重量7.5 t、起升高度5.0 m，架体步距、宽度、最大悬挑长度分别为1.9、1.0、2.5 m。

4）为了保证该高层建筑施工中全钢集成架倾角斜面爬升架架体整体构造稳定、均衡、合理，本研究按照不同工况，分别基于3D3S钢结构、PKPM空间结构安全设计计算软件，对全钢集成架结构内力与变形、负荷承载力情况等进行验算，通过反复试验及模拟测试，保证全钢集成架结构构造均满足超高层建筑现场变形、稳定性及强度施工要求等[10]（图5）。

图5 全钢集成架倾角斜面爬升架安全保障体系

3.2 关键施工技术

1）全钢集成架倾角斜面爬升架架体地爬式水平钢梁施工调节控制。全钢集成架倾角斜面爬升架架体地爬式水平钢梁施工时，应选用由钢板（厚11 mm）焊接而成的格构式钢梁（截面为125 mm×125 mm），基于穿板螺栓将2根12#槽钢背靠背水平固定于混凝土楼板上，架体与固定格构式钢梁外端的附墙支座连接。然后根据现场施工工况，分别对地爬式水平钢梁的水平方向进行移动和内外伸缩调整，确保通过对地爬式水平钢梁主体结构与全钢集成架倾角斜面爬升架架体尺寸的控制与调节，实现高层建筑施工中不同角度架体外立面倾角斜面爬升（图6）。

图6 全钢集成架钢梁构造示意

2）附墙支座和导轨防倾覆。在高层建筑全钢集成架倾角斜面爬升架架体施工时，主要通过导轨与附墙支座之间的共同作用来实现架体防倾覆。首先应采用穿墙螺栓将附墙支座固定于高层建筑框架剪力墙主体结构双曲渐变八边形复杂立面中，同时应在附墙支座端部装设导轨，使其与主框架连接，经上下运动实现防倾覆。

3）卸荷装置传递卸荷。当高层建筑全钢集成架倾角斜面爬升架架体处于正常工作状态时，需通过卸荷装置向附墙支座上传递架体荷载；当全钢集成架倾角斜面爬升架架体处于“提升施工”状态时，应按照如图7所示卸荷原理将卸荷装置打开，实现提升施工。

图7 全钢集成架卸荷功能构造示意

4）基于防坠装置偏心原理防坠落。在高层建筑全钢集成架倾角斜面爬升架架体提升施工时，可基于防坠摆针偏心原理，采用防坠技术装置实现架体防坠落。当非正常状态下架体提升施工出现异常坠落故障时，系统可将焊接于背靠背槽钢间的导轨卡杆，在125 mm的间隔下，利用分别附着于3个附墙支座上的防坠摆针自动托住。通常情况下，架体提升爬架坠落制动距离在80～100 mm，从而为高层建筑全钢集成架倾角斜面爬升架架体提升施工创造了安全、可靠的施工环境[11]。

4 施工技术应用

4.1 全钢集成架倾角斜面爬升

1）在全钢集成架倾角斜面爬升施工时，首先应对地爬式水平钢梁进行内（外）调整，一般不宜将螺丝全部松开，但至少留三丝，应确保钢梁可自由移动，并使附墙支座能够在倾角斜面结构上稳定固定；其次，需作适当调整，并对螺丝进行紧固，同时应在调节槽内放入特制模块，避免地爬式水平钢梁内外移动。

2）对上层和下层楼层中的每根钢丝绳进行同步调节，使下层、上层钢丝绳保持“一松一紧”状态，待钢梁保持平稳后，将钢丝绳紧锁。

3）将上、下3层附墙支座采用刚度加强器连接成统一整体，以中间附墙支座为支点，对全钢集成架倾角斜面爬升架架体姿态进行内外调整。

4.2 全钢集成架架体空中拆拼单元体变幅调整

1）吊装前需确保全钢集成架倾角斜面爬升架架体向内（外）倾角，吊装时，应采用定位绳将全钢集成架架体底部与顶部固定于附墙支座结构上，对塔吊钢丝绳作预紧处理后，方可将架体定位绳缓慢松开，待其保持平稳后拆卸。

2）完全拆开整体单元变幅后，根据现场施工实际情况，在直面架体中安装转角拆开部位，由于边梁同架体上部紧贴，所以应事先按由下到上的顺序分别对下部和上部地爬式水平钢梁进行安装施工。塔吊松钩后，应使全钢集成架架体由内向外自然倾斜适当角度，然后连接固定架体，安装倾角。

3）拆除全钢集成架架体整体单元体变幅时，由于上层和下层地爬式水平钢梁架体自然安全防护体系存在较大洞口，所以为了保证能够安全拆装整体单元，应先于整体单元体底部区域搭设能够发挥“空中增减机位”作用的硬防护平台。

4）在施工时，考虑到架体空中拆拼单元体变幅8个角的直面部位和转角部位会逐渐增大或逐渐减小，因此需要采用开门式网片合叶作为固定外立面钢网片的施工防护体系。在全钢集成架架体爬升施工时，将开门式网片合叶全部打开，而在多变复杂的外立面进行施工时，可将其安全封闭[12]。

4.3 全钢集成架架体拆除

1）拆除全钢集成架架体前，应对各单元、架体构件、连接支架、连接支撑节点等进行严密检查，若有异常，则应妥善处理。

2）根据全钢集成架架体相对位置及实际吊装施工参数，确定整体单元体吊装和拆除质量，在拆除整体架体单元时，应确保架体横跨距≤6 m，尽可能减少空中作业，提高施工效率，降低施工风险。

3）应严格按照超高层建筑集成式电动爬升模板或电动式集成化模架施工专项顺序，依次拆除整体架体。塔吊吊装时为了防止架体摆动，应将定位绳牢固绑扎于架体单元上下侧。

5 结语

泸州碧桂园超高层建筑工程6#楼45层塔楼项目，南北外立面为“呈螺旋式上升、模仿海浪形状设计”的复杂工况。传统的施工脚手架翻板使用量大，与塔楼南北外立面异形变截面的立面结构难以完美贴合，爬升施工前需要做大量准备工作，防护安全性、可靠性是施工者必须考虑的指标。鉴于常规的施工技术方案难以满足施工要求，且施工效率不高，因此，本项目结合工程实践，创新性地提出一种“附着式升降脚手架体系”。这种新型脚手架应用技术以“全钢集成架”为基础，通过“倾角斜面爬升”与“左右斜向、俯仰斜向”结合施工。施工应用表明，基于全钢集成架倾角斜面爬升架的高层建筑施工技术可缩短爬升准备时间，防护安全性大大提高，结构可靠性强，有效避免了建筑主体施工期间因防护不当而引发的高处坠落和物体打击事故，对于高层、超高层建筑异形变截面等复杂立面工况施工安全有极大的参考价值。