工具式鋼平臺模架裝備在超高層塔樓施工中的應(yīng)用*

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

1 工程概況

上海靜安大中里綜合發(fā)展項目T1塔樓地處上海市靜安區(qū)南京西路、石門一路。該項目為1座高169.85 m的超高層建筑。地上35層，標(biāo)準(zhǔn)層層高為4.10 m，非標(biāo)準(zhǔn)層層高有4.20 m、5.01 m、5.03 m、5.27 m、6.20 m等多種。辦公樓核心筒平面呈長方形，筒體軸線尺寸約為30.00 m×18.00 m，共設(shè)置3道內(nèi)隔墻。每層平面內(nèi)主要包含電梯井、衛(wèi)生間、消防樓梯和管道井等。

辦公樓采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系。其核心筒結(jié)構(gòu)由核心筒筒壁、核心筒內(nèi)墻（包括暗柱）、梁和板組成。核心筒筒壁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。核心筒墻體有10個典型平面，核心筒筒壁厚度地上部分最厚為1 350 mm，內(nèi)墻厚400 mm，隨著高度變化，墻體厚度逐步減少。核心筒在21F設(shè)置1道伸臂桁架層，桁架沿外墻面貫通。核心筒墻體的施工采用工具式鋼平臺模架裝備（圖1）。

圖1 工具式鋼平臺模架裝備

2 工程特點與難點

1）本工程為超高層建筑，高空作業(yè)多，安全隱患大，模架裝備在封閉性、安全性以及降低作業(yè)人員的恐高心理方面要求較高。

2）核心筒墻體厚度經(jīng)過多次收分，為滿足墻體收分需要，外掛腳手架設(shè)計成可滑移狀態(tài)。在滑移過程中，增加了施工操作的難度。

3）核心筒墻體21F為伸臂桁架層，伸臂桁架層的施工需要較大空間，鋼平臺要進行避讓和部分構(gòu)件拆除才能滿足施工需要，對鋼平臺的穩(wěn)定性和安全性造成一定影響。

4）由于垂直運輸?shù)臅r間較長，鋼平臺需要堆載較多的鋼筋才能滿足施工要求，不影響施工進度，這要求鋼平臺要有較大的承載能力。

5）塔樓層高變化較多，存在多個非標(biāo)準(zhǔn)層高，對鋼平臺的爬升和模板的設(shè)計帶來了一定的困難。

6）大中里項目T1、T2兩座塔樓都采用同1套鋼平臺模架裝備進行施工，鋼平臺模架裝備在T2塔樓施工完畢后，重新安裝在T1塔樓核心筒上繼續(xù)施工。這要求鋼平臺具備拆除重復(fù)使用的功能[1,2]。

3 工具式鋼平臺設(shè)計

此項目中，鋼平臺模架裝備采用工具式模塊化設(shè)計理念，部件由標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件和非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件組成，非常適用于復(fù)雜超高層結(jié)構(gòu)建造。模架裝備中約95%的部件為標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計，部件周轉(zhuǎn)使用率可達(dá)90%以上，實現(xiàn)了工業(yè)化建造，大量節(jié)約了材料，符合綠色施工要求。工具式鋼平臺模架裝備由鋼平臺系統(tǒng)、筒架支撐系統(tǒng)、鋼柱爬升系統(tǒng)、腳手架系統(tǒng)、模板系統(tǒng)5部分組成（圖2）[3-5]。

圖2 工具式鋼平臺模架裝備構(gòu)成

3.1 鋼平臺系統(tǒng)

鋼平臺系統(tǒng)處于整個模架裝備的頂部，由鋼平臺框架、蓋板、格柵板、圍擋板等部分組成。鋼平臺框架由400 mm×200 mm×8 mm×13 mm的H型鋼通過焊接或螺栓連接形成整體，用于混凝土結(jié)構(gòu)工程施工的鋼骨架主體。蓋板由40 mm×60 mm方管焊接形成的型鋼骨架與厚6 mm花紋鋼板連接組成，擱置在鋼平臺框架上，作為施工人員的作業(yè)平臺和材料堆放場所。格柵板由縱向5 mm×65 mm鐵板和橫向φ6 mm扭轉(zhuǎn)圓鋼焊接而成，擱置在鋼平臺框架上，用于安全防護或施工人員作業(yè)的鋼制網(wǎng)格平臺板。圍擋板由高2 m的型鋼骨架與面板焊接組成擋板，圍擋板之間通過螺栓連接，間距為1.80 m，用于鋼平臺系統(tǒng)臨邊安全防護的擋板。鋼平臺面積約為690 m2。

3.2 筒架支撐系統(tǒng)

筒架支撐系統(tǒng)作為鋼平臺模架裝備的受力主體，主要由立柱、橫梁、水平限位支撐裝置、體外水平限位支撐裝置及豎向限位支撐裝置組成。立柱由150 mm×6 mm的方管制作，橫梁由100 mm×100 mm×6 mm×8 mm的H型鋼制作并焊接于立柱上。立柱頂端連接在鋼平臺框架底部用于支撐鋼平臺系統(tǒng)以及施工荷載，并通過其上設(shè)置的豎向限位支撐裝置以及水平限位支撐裝置將荷載傳遞給混凝土結(jié)構(gòu)。體外水平限位支撐裝置由箱體支撐架和滑輪組成。設(shè)置在已成型混凝土結(jié)構(gòu)模板頂部圍檁部位，其作用是增強整體鋼平臺模架系統(tǒng)爬升時的側(cè)向穩(wěn)定性，減小工具式爬升鋼柱柱腳彎矩。

3.3 鋼柱爬升系統(tǒng)

鋼柱爬升系統(tǒng)由爬升鋼柱、上爬升靴、下爬升靴、短行程雙作用液壓油缸動力系統(tǒng)及中央控制系統(tǒng)組成。爬升鋼柱（圖3）是提升整體鋼平臺系統(tǒng)的導(dǎo)軌，由鋼板組合焊接形成箱型鋼柱，箱形鋼柱斷面尺寸為250 mm×300 mm，長度為10 m，箱形鋼柱在短邊方向設(shè)置90 mm×90 mm的爬升孔，間距為200 mm，用于擱置上下爬升靴。爬升鋼柱為工具化構(gòu)件，可重復(fù)使用。上下爬升靴（圖4）的組成包括爬升靴箱體、換向限位塊裝置、換向控制手柄和彈簧裝置。短行程雙作用液壓油缸動力系統(tǒng)包括短行程油缸、供油管路、液壓泵站。中央控制系統(tǒng)由中央控制室、PLC控制系統(tǒng)、人機交互操控界面系統(tǒng)組成[6]。

圖3 爬升鋼柱

圖4 上下爬升靴

3.4 腳手架系統(tǒng)

腳手架系統(tǒng)由腳手吊架、走道板、圍擋板、樓梯、滑移裝置、抗風(fēng)連桿、防墜活動閘板及水平限位支撐裝置組成。腳手架系統(tǒng)（圖5）用螺栓連接并固定于平臺鋼梁底部，共6層，上3層為鋼筋、模板施工區(qū)，寬0.90 m；下3層為拆模整修區(qū)，寬0.70 m。腳手吊架由豎向50 mm×37 mm×4.50 mm槽鋼、48 mm×3.50 mm鋼管和橫向50 mm×37 mm×4.50 mm槽鋼焊接形成。走道板和圍擋板由型鋼骨架與鋼板網(wǎng)焊接形成，用螺栓固定在腳手吊架上。滑移裝置（圖6）由滑移軌道、特定行程液壓油缸、立桿滾輪座組成。抗風(fēng)連桿由型鋼制成，連接于腳手吊架內(nèi)側(cè)混凝土結(jié)構(gòu)之間，用于抵抗風(fēng)荷載。防墜活動閘板由薄鋼板制成，安裝在腳手架底層走道板上，用于在施工作業(yè)過程中防止物體墜落。

圖5 腳手架系統(tǒng)

圖6 滑移裝置

3.5 模板系統(tǒng)

模板系統(tǒng)由面板、肋、圍檁、對拉螺栓組成。模板為鋼框木模形式，面板采用18 mm×1 220 mm×2 440 mm維薩芬蘭板；圍檁采用雙拼10#槽鋼為橫向圍檁、6#槽鋼為豎向圍檁；對拉螺栓采用φ16 mm高強螺桿為拉桿螺栓，每個螺栓間距≤1 050 mm。

4 工具式鋼平臺計算分析

4.1 工況分析

鋼平臺在其使用過程中，有正常施工和爬升2種狀態(tài)?？紤]到鋼筋綁扎和模板提升不能同時進行，正常施工狀態(tài)分模板提升和鋼筋綁扎2個工況進行計算。這樣，鋼平臺在計算中，可以按模板提升、鋼筋綁扎和平臺爬升3個工況進行。

出于施工安全的考慮，按照12級風(fēng)進行正常施工狀態(tài)的受力計算，按照8級風(fēng)進行爬升狀態(tài)受力工況計算。正常施工狀態(tài)還需要考慮鋼平臺的自重、施工荷載、模板質(zhì)量、鋼筋堆載，爬升狀態(tài)需要考慮自重、爬升操作荷載。

4.2 模型建立

本工程使用Midas Gen有限元軟件對鋼平臺進行了整體建模數(shù)值模擬，計算項目包括鋼平臺架體的應(yīng)力、變形以及支座反力。鋼平臺三維有限元模型如圖7所示。

圖7 鋼平臺整體結(jié)構(gòu)模型示意

4.3 計算結(jié)果分析

經(jīng)過對鋼平臺正常施工、爬升以及臺風(fēng)情況下的受力分析計算，計算結(jié)果匯總見表1。從表中計算結(jié)果可知，鋼平臺各項數(shù)據(jù)均滿足使用要求。

表1 平臺各工況結(jié)構(gòu)受力分析結(jié)果匯總

在正常施工階段，結(jié)果顯示最大應(yīng)力達(dá)到182 MPa，該結(jié)果較為保守。在正常施工狀態(tài)的模板提升和鋼筋綁扎施工工況計算中，取各工況荷載最大值進行計算，并且考慮各層均滿布1 kN/m2的施工活荷載，而實際中這些荷載同時出現(xiàn)最大值的情況為小概率事件。另外，在計算荷載組合時，各項荷載均考慮了荷載分項系數(shù)，所以，本次計算結(jié)果有較大的安全儲備。從爬升工況的計算成果來看，最大應(yīng)力主要出現(xiàn)在導(dǎo)軌立柱與平臺銜接處，因此在平臺加工中，應(yīng)該對節(jié)點進行加強[7]。

5 結(jié)語

工具式鋼平臺模架裝備是在國家提倡環(huán)保節(jié)能和綠色低碳的環(huán)境下開發(fā)出來的。其中大部分構(gòu)件能夠周轉(zhuǎn)使用，降低了施工成本。工具式鋼平臺模架裝備在上海靜安大中里T1塔樓中的成功應(yīng)用，為超高層建筑模架裝備在工具化重復(fù)利用的發(fā)展方面提供了寶貴的經(jīng)驗，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益，可為類似工程提供借鑒。