南京金鷹廣場T2塔樓鋼柱支撐式整體鋼平臺桁架層施工技術(shù)

馬 靜 扶新立

1. 上海建工集團股份有限公司 上海 200080；2. 上海高大結(jié)構(gòu)建造工藝與裝備工程技術(shù)研究中心 上海 201114

1 工程概況

1.1 結(jié)構(gòu)概況

南京金鷹廣場項目地處南京市建鄴區(qū)的所街6號地塊，工程T2塔樓是1座69層、高322.3 m的塔樓，地上標準層層高為4.3 m，為框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系。核心筒平面為長方形，筒體外包尺寸約為25.4 m×20.2 m，共設(shè)置2道內(nèi)筒隔墻，呈四宮格形式。

1.2 整體鋼平臺概況

T2塔樓核心筒采用鋼柱筒架交替支撐式液壓爬升整體鋼平臺模架體系施工，整體鋼平臺設(shè)計時考慮了伸臂桁架層施工過程中的重、難點問題，能適應(yīng)復雜核心筒建造需求。

該體系由5個部分組成，分別為鋼平臺系統(tǒng)、鋼柱爬升系統(tǒng)、腳手系統(tǒng)、筒架支撐系統(tǒng)和鋼大模系統(tǒng)，施工時筒架支撐系統(tǒng)與鋼柱爬升系統(tǒng)交替支撐于結(jié)構(gòu)，架體操作區(qū)總高度約12 m，可覆蓋2.5個結(jié)構(gòu)層高。本項目中筒架支撐系統(tǒng)底部共設(shè)20個牛腿支撐點，爬升鋼柱共設(shè)18根。

1.3 伸臂桁架概況

伸臂桁架（圖1）在平面上由兩部分組成，一部分設(shè)置在核心筒墻體中，一部分在核心筒外框架結(jié)構(gòu)中并與外圍鋼柱相連。T2塔樓核心筒內(nèi)的伸臂桁架位于43～44層，標高191.50～199.50 m，桁架層高8 m，貫穿核心筒外墻。核心筒內(nèi)伸臂桁架由上弦結(jié)構(gòu)、斜腹桿以及下弦結(jié)構(gòu)組成，桁架鋼梁橫置于混凝土墻內(nèi)，上、下弦結(jié)構(gòu)共5個部位有牛腿伸出，分別位于4個角部以及軸線交界位置 ，下弦牛腿伸出混凝土墻面長度最大為1.2 m，上弦牛腿伸出混凝土墻面長度最大為1.70 m。

圖1 桁架模型示意

2 施工重點和難點

1）伸臂桁架施工時要從鋼平臺頂部吊入核心筒進行安裝，平面上如何處理伸臂桁架構(gòu)件與鋼平臺跨墻鋼梁之間的關(guān)系、立面上如何處理伸臂桁架構(gòu)件與爬升鋼柱的關(guān)系，是實現(xiàn)整體鋼平臺與伸臂桁架層協(xié)同施工的關(guān)鍵。

2）伸臂桁架結(jié)構(gòu)復雜，桁架上、下弦桿的角部均為十字形，外伸長度較大。吊裝時需要拆卸鋼平臺角部4個方向的連系鋼梁，對角部鋼梁整體性破壞較大，降低了角部外腳手的承載能力。

3）上、下弦角部十字牛腿吊裝就位后，在鋼平臺爬升過程中，角部外掛腳手部分走道板會與外伸牛腿相沖突，需采取措施避讓。

4）伸臂桁架各分段之間采用牛腿形式連接，下弦桿及斜腹桿吊裝完畢并澆筑混凝土后，其對接焊縫位置高出混凝土面，部分沿外墻布置的鋼柱爬升時的支撐點會與桁架空間位置沖突，導致鋼柱無法支撐在核心筒墻體上，影響鋼平臺爬升。

5）伸臂桁架層施工時，桁架吊裝、鋼筋綁扎、模板封閉、混凝土澆筑等工序依托鋼平臺在空間立體交叉，因此，合理安排工序是保證鋼平臺順利通過桁架層的重點。

3 桁架層施工關(guān)鍵技術(shù)

綜合考慮伸臂桁架結(jié)構(gòu)特點、鋼平臺模架體系施工特點、塔吊起吊能力、焊接工藝及制作運輸?shù)纫螅毂坭旒茇Q向分下弦桿、斜腹桿、上弦桿共3段。鋼平臺的爬升高度結(jié)合桁架層分段確定，施工時鋼平臺爬升3次，伸臂桁架構(gòu)件分3次吊裝，遵循先下弦、再斜腹桿、后上弦的順序。

3.1 鋼平臺梁設(shè)計

鋼平臺鋼梁設(shè)計時，通過計算，在合理部位設(shè)置部分可拆卸梁用于滿足桁架吊裝分塊的施工空間。施工時根據(jù)構(gòu)件分塊，分區(qū)拆除影響吊裝的可拆卸梁以及其他平臺構(gòu)件，在鋼平臺頂部形成空洞，利用塔吊將相應(yīng)位置的桁架構(gòu)件吊裝就位并臨時固定。

本項目鋼梁拆除按照對角順序進行。角部節(jié)點復雜，最不利工況需要同時拆除角部4根鋼梁（圖2），角部牛腿吊裝完畢后鋼梁立即恢復，且在角部鋼梁未恢復以前，角部區(qū)域嚴禁堆載；中間部分鋼梁按照與鋼結(jié)構(gòu)施工單位協(xié)調(diào)的吊裝順序逐一拆除、恢復。施工時對角處每次只能拆除一個區(qū)域的鋼梁，此區(qū)域相應(yīng)的構(gòu)件就位后立即恢復，恢復后繼續(xù)進行下一處拆除，保證結(jié)構(gòu)整體性[1-2]。

圖2 角部可拆鋼梁示意

3.2 外掛腳手處理

同時拆除角部4根鋼梁，對角部承載力削弱較大，為保證施工安全，外掛腳手在角部牛腿吊裝前必須進行加固。本項目采用斜撐形式加固，每個角部設(shè)置7道斜撐，斜撐位于已澆筑混凝土面頂部，一端用扣件連接在下掛吊架的立桿上，另一端焊接于核心筒勁性柱上，無勁性柱的位置則在混凝土頂部設(shè)置埋件，埋件上焊接長約1 m的短柱作為連接點，將豎向荷載通過斜撐傳遞到核心筒結(jié)構(gòu)上（圖3）。利用有限元計算軟件對外腳手加固下的角部鋼梁拆除工況建模分析，計算架體角部變形、應(yīng)力及支撐點反力，結(jié)果表明在增加斜撐的情況下角部具有足夠的承載力。伸臂桁架上、下弦外伸牛腿部分吊裝時，外伸牛腿區(qū)域的外掛腳手走道板也會與桁架沖突。隨著鋼平臺爬升，每一步都需提前拆除相沖突位置的走道板，預留出施工空間以免鋼平臺爬升時與走道板相碰，待鋼平臺爬升通過后立即恢復。

3.3 鋼柱臨時支座焊接

桁架的下弦桿及斜腹桿會影響鋼柱支撐，為解決鋼平臺鋼柱無法支撐的難題，通過對鋼柱支撐空間放樣，確定支撐點在桁架上的位置，桁架制作時在下弦及斜腹桿上增加臨時支座作為支撐點，以滿足鋼平臺爬升的需要。

本工程中桁架鋼梁橫置于混凝土墻內(nèi)，無法直接在桁架翼緣上焊接支座。設(shè)計時在桁架構(gòu)件兩側(cè)翼緣處水平焊接支撐板，臨時支座焊接于支撐板上，支座支撐于桁架翼緣兩側(cè)，桁架對接焊縫位置不受支座影響。對臨時支座進行計算分析，荷載取值450 kN，按照均布面荷載布置，支座最大變形1.3 mm，最大應(yīng)力比0.75，計算結(jié)果均滿足要求（圖4）。

3.4 鋼柱柱腳固定

鋼平臺體系爬升時，筒架底部牛腿收回，鋼柱底座支撐在混凝土墻體上，支撐整個鋼平臺的質(zhì)量。標準層施工時，鋼柱底座通過地腳錨栓或結(jié)構(gòu)鋼筋與混凝土墻體鉸接。桁架構(gòu)件安裝后，結(jié)構(gòu)鋼筋受桁架結(jié)構(gòu)影響無法全部伸出混凝土面，地腳錨栓受桁架結(jié)構(gòu)影響無法達到錨固長度。為保證爬升階段鋼柱底座滿足約束條件，施工時根據(jù)流程在桁架上、下弦安裝完畢后，在桁架腹板相應(yīng)位置焊接錨筋，錨筋高出混凝土墻面200 mm。

圖3 外腳手角部加固

圖4 鋼柱臨時支座

3.5 施工工藝流程

核心筒伸臂桁架位于43～44層，結(jié)構(gòu)施工至42層時，從標準層施工流程進入桁架層施工流程。結(jié)合伸臂桁架水平分段和豎向分節(jié)，調(diào)整鋼平臺爬升高度、鋼柱回提高度，具體流程如下[3-4]：

1）鋼平臺和導軌通過油缸及爬升靴相互交替頂升，爬升至42層＋1 150 mm的標高，完成核心筒41框的施工。

2）為了使下弦桿安裝有足夠的空間，鋼平臺爬升4 900 mm高度，爬升至43層＋1 750 mm標高，鋼平臺擱置在核心筒墻體上。

3）鋼柱回提：空間位置與下弦桿不沖突的鋼柱回提4 300 mm高度，空間位置與下弦桿相沖突的鋼柱，根據(jù)下弦牛腿節(jié)點的尺寸及臨時支座設(shè)置的位置，分別回提不同高度。

4）鋼平臺爬升到位，利用設(shè)置于42層標高的預埋件進行外腳手角部加固，同時按照施工順序拆除與外伸牛腿相沖突的走道板。

5）根據(jù)桁架吊裝施工流程，鋼平臺梁分區(qū)拆除、恢復，待下弦桿安裝就位，拆除外腳手角部加固（圖5）。

圖5 下弦桿安裝

6）綁扎42框鋼筋、設(shè)置鋼柱柱腳固定錨栓、設(shè)置預埋件、提升大模板、澆筑42框核心筒墻體混凝土，下弦部分施工完畢。

7）斜腹桿部分施工：鋼平臺爬升4 400 mm高度，爬升至43層＋6 150 mm標高；空間位置與斜腹桿不沖突的鋼柱回提4 000 mm高度，空間位置與斜腹桿相沖突的鋼柱分別回提不同高度；分區(qū)拆除鋼梁，吊裝、焊接斜腹桿；綁扎43框下半段層鋼筋、設(shè)置預埋件、提升大模板、澆筑43框下半段混凝土（圖6）。

圖6 斜腹桿安裝

8）上弦桿部分施工：鋼平臺爬升3 600 mm高度，爬升至44層＋1 750 mm標高；鋼柱回提至同一標高；其余步驟與下弦桿施工類似，43框上半段核心筒墻體混凝土澆筑完畢后，完成桁架層施工（圖7）。

圖7 上弦桿安裝

4 結(jié)語

依托整體鋼平臺體系在超高層結(jié)構(gòu)核心筒中的工程應(yīng)用，闡述了核心筒伸臂桁架層施工這一關(guān)鍵節(jié)點的施工方法。整體鋼平臺設(shè)計時即考慮桁架的吊裝、外伸牛腿等因素并提前優(yōu)化，施工過程中合理安排工序，并在特殊節(jié)點施工時對鋼平臺局部進行加固，無需分體組合，解決了桁架層施工難題。實踐表明，該方法可有效保證施工安全，大幅提高施工效率，縮短施工工期，可供類似工程借鑒。