建筑邊柱防護(hù)平臺(tái)在異形超高層建筑施工中的應(yīng)用

程志軍 張滿(mǎn)江紅 張 多 藍(lán)振芳

中國(guó)建筑第二工程局有限公司深圳分公司 廣東 深圳 518048

1 工程概況

騰訊濱海大廈位于廣東深圳南山區(qū)，工程占地面積18 700 m2，總建筑面積為340 000 m2，地下4層，地上分為南北2座塔樓，其中南塔樓50層，建筑高度為244.10 m，北塔樓39層，建筑高度為194.85 m，項(xiàng)目建成后主要功能為研發(fā)、商業(yè)、食堂、文體設(shè)施等。該工程塔樓外形設(shè)計(jì)有多處變形體，其中南北2棟塔樓內(nèi)側(cè)變形最明顯，立面在中區(qū)呈凸?fàn)睿▓D1）。

騰訊濱海大廈結(jié)構(gòu)形式為型鋼混凝土柱＋組合梁框架＋鋼筋混凝土核心筒，外框柱采用組合型鋼骨混凝土柱，水平承重結(jié)構(gòu)為鋼梁和閉口型壓型鋼板組合樓板。該工程塔樓結(jié)構(gòu)分為核心筒和外框2條線路組織立體流水施工，核心筒施工領(lǐng)先外框架鋼結(jié)構(gòu)柱，外框架鋼結(jié)構(gòu)柱施工領(lǐng)先壓型鋼板，壓型鋼板領(lǐng)先樓板和外框柱混凝土，在立面上各作業(yè)層形成不等高同步施工流水。該工程核心筒區(qū)域采用全鋼大模板配合液壓爬模施工工藝，塔樓外框采用附著智能升降腳手架進(jìn)行外防護(hù)。

圖1 項(xiàng)目整體結(jié)構(gòu)模型示意

2 工程難點(diǎn)

本工程的施工難點(diǎn)之一是北塔南側(cè)和南塔北側(cè)的外框防護(hù)方案?？紤]到建筑外形呈弧線形變化，分別在北塔27層、南塔31層出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，由外傾轉(zhuǎn)為內(nèi)傾，若采用附著升降腳手架斜爬，則會(huì)因爬升方向改變，需在轉(zhuǎn)折處臨時(shí)更改軌道，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高，且影響外框柱施工進(jìn)度[1]。

如何在北塔和南塔另外三面采用附著升降腳手架的前提下，為北塔南側(cè)和南塔北側(cè)外框施工選擇合適的防護(hù)措施成為本工程的施工難點(diǎn)。

3 方案比選

針對(duì)本工程的實(shí)際情況，結(jié)合以往工程的施工經(jīng)驗(yàn)，我們?yōu)楸彼蟼?cè)和南塔北側(cè)的外框防護(hù)提出了2種技術(shù)方案，并從施工安全、經(jīng)濟(jì)、工期等3個(gè)方面進(jìn)行了比選研究。

3.1 懸挑式腳手架

采用懸挑腳手架可將建筑物全高范圍內(nèi)的腳手架分成若干段，利用懸挑工字鋼作為腳手架基礎(chǔ)，分段懸挑、搭設(shè)腳手架，可較好地適應(yīng)建筑物結(jié)構(gòu)樓板邊線逐層變化的情況。

懸挑架的優(yōu)勢(shì)是靈活方便，工藝較成熟，工人對(duì)作業(yè)時(shí)間和工藝把握較準(zhǔn)確；缺點(diǎn)是為適應(yīng)建筑物外形變化，每次懸挑高度小，需要同時(shí)投入大量工字鋼，搭、拆工作量大，對(duì)整體施工進(jìn)度和成本影響較大。

3.2 建筑物邊柱安全防護(hù)平臺(tái)

考慮到本工程為鋼框架組合結(jié)構(gòu)，由鋼骨混凝土柱、鋼梁、壓型鋼板組合樓板等構(gòu)成。采用這種結(jié)構(gòu)類(lèi)型的建筑物施工，僅在綁扎邊柱鋼筋、支設(shè)邊柱模板、澆筑邊柱混凝土?xí)r，需要站在建筑物外架上作業(yè)，其余工作均可在建筑物內(nèi)側(cè)完成，只需沿樓板邊沿設(shè)置防護(hù)設(shè)施即可。受折疊式附著腳手架外防護(hù)網(wǎng)的構(gòu)造啟發(fā)，項(xiàng)目部開(kāi)發(fā)出一種建筑物邊柱安全防護(hù)平臺(tái)。

在北塔南側(cè)和南塔北側(cè)不適宜采用附著升降腳手架的情況下，針對(duì)建筑物外圍的邊柱進(jìn)行單獨(dú)防護(hù)，每個(gè)柱體配備一個(gè)獨(dú)立的防護(hù)單元，包裹住邊斜柱外圍3個(gè)方向，施工人員在防護(hù)單元內(nèi)完成鋼筋綁扎、支設(shè)邊柱模板、澆筑邊柱混凝土，獨(dú)立邊柱防護(hù)平臺(tái)通過(guò)塔吊配合安拆轉(zhuǎn)運(yùn)，在各層間周轉(zhuǎn)使用。在邊柱與邊柱之間的樓板邊緣區(qū)域采用防護(hù)欄桿等形式進(jìn)行防護(hù)。

該方案既保證了施工人員的安全，省去外腳手架搭設(shè)工序，同時(shí)也解決了搭建外腳手架過(guò)程中存在的安全隱患。因此，本工程選擇此方案。

4 平臺(tái)設(shè)計(jì)方案

邊柱安全防護(hù)平臺(tái)由豎向龍骨、沖孔鋼板制成的安全防護(hù)網(wǎng)、走道板、米字支撐骨架、內(nèi)翻板、吊耳、可調(diào)水平卡、底部固定件等組成，豎向龍骨、安全防護(hù)網(wǎng)、走道板通過(guò)專(zhuān)用連接螺栓和連接鋼板相互拼接，搭建而成的呈“凹”字形的架體，拼裝方法類(lèi)似折疊式附著腳手架。在架體的一端設(shè)有爬梯，供工人上下走道板。在架體中部對(duì)稱(chēng)設(shè)置2根豎向龍骨，其頂端焊有吊耳，架體可由塔吊吊起周轉(zhuǎn)使用。在架體底層走道板的兩端分別設(shè)有底部固定件，通過(guò)穿過(guò)樓板的螺栓將架體底部固定，防止架體滑動(dòng)[2]。位于架體內(nèi)側(cè)的豎向龍骨頂部設(shè)有可調(diào)水平卡，該卡的一端與龍骨采用螺栓連接，另一端與上部的鋼梁拉接，防止架體向外傾覆。在架體底層走道板的內(nèi)側(cè)設(shè)有折疊翻板，以遮蓋架體與樓板之間的空隙，翻板通過(guò)合頁(yè)與走道板連接（圖2、圖3）。

圖2 邊柱防護(hù)平臺(tái)示意

圖3 邊柱防護(hù)平臺(tái)構(gòu)造示意

當(dāng)需要進(jìn)行邊柱防護(hù)的樓層的樓板混凝土已經(jīng)終凝，且上部鋼梁安裝完畢時(shí)，將邊柱安全防護(hù)平臺(tái)底部的翻板收起，采用塔吊協(xié)助吊裝，在需要防護(hù)的鋼柱外側(cè)就位，通過(guò)螺栓將防護(hù)平臺(tái)底部固定在結(jié)構(gòu)樓板上，防護(hù)平臺(tái)上部通過(guò)水平卡及可調(diào)拉桿與鋼梁拉結(jié)，把防護(hù)平臺(tái)底部的翻板打開(kāi)，即可滿(mǎn)足外框柱臨邊施工作業(yè)需求。

5 平臺(tái)安全性能驗(yàn)算

邊柱防護(hù)平臺(tái)中心位于結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，主受力通過(guò)防護(hù)平臺(tái)傳遞到結(jié)構(gòu)鋼梁與樓板面上，底部通過(guò)2根穿樓板螺桿固定，上部通過(guò)水平卡（左右各1道）與上層結(jié)構(gòu)水平鋼梁連接固定。穿樓板螺桿固定防護(hù)平臺(tái)底部，防滑動(dòng)。南北塔共有2種不同尺寸的水平鋼梁，分別為400mm×750mm和600mm×580mm，可利用水平卡通過(guò)可調(diào)拉桿與邊柱防護(hù)平臺(tái)固定，起防傾作用（圖4）。

5.1 結(jié)構(gòu)受力分析

在外框柱施工過(guò)程中，主受力包括邊柱防護(hù)平臺(tái)受到的外部風(fēng)壓、上人操作的重力以及防護(hù)平臺(tái)架體自重，上部2根可調(diào)拉桿受到水平拉力，下部2根穿樓板螺桿受到水平剪力（圖5）。

5.2 模型建立及荷載取值

選取防護(hù)平臺(tái)外部沖孔板及上下方固定構(gòu)件建立計(jì)算模型，風(fēng)荷載Wk=1 310.4 N/m2，迎風(fēng)高度H=6 m，寬度L=4 m，架體荷載為15 kN，兩側(cè)各有1根剛性可調(diào)拉桿與M32穿樓板螺桿（圖6）。

圖4 邊柱防護(hù)平臺(tái)立面示意

圖5 邊柱防護(hù)平臺(tái)受力示意

圖6 結(jié)構(gòu)受力模型

5.3 穩(wěn)定性計(jì)算

在不考慮平臺(tái)底部與樓板面摩擦力的情況下，根據(jù)受力平衡公式及力矩平衡公式：

式中：Fa——單根可調(diào)拉桿所受的拉力；

Fb——單根穿墻螺桿所受的剪力。

經(jīng)計(jì)算，得出Fa=13 874.8 N，F(xiàn)b=1 850 N。

自重G=15 kN，傳遞給可調(diào)拉桿的拉力為2Fc=G×3.4，得Fc=24 990 N。

5.4 安全驗(yàn)算

可調(diào)拉桿使用M27螺桿，應(yīng)力截面積A=459 m2，極限應(yīng)力為142 N/mm2，F(xiàn)總=Fa+Fc=38864.8N，可調(diào)拉桿在受最大風(fēng)荷載工況下，可調(diào)拉桿所受的應(yīng)力為：F總/A=84.7 N/mm2＜142 N/mm2，故滿(mǎn)足要求。

6 施工流程與操作要點(diǎn)

施工流程為：邊柱防護(hù)平臺(tái)拼裝→邊柱防護(hù)平臺(tái)吊裝→邊柱防護(hù)平臺(tái)上端固定→邊柱防護(hù)平臺(tái)底部固定→邊柱防護(hù)平臺(tái)吊運(yùn)周轉(zhuǎn)→邊柱防護(hù)平臺(tái)拆除。

6.1 邊柱防護(hù)平臺(tái)拼裝

在平整場(chǎng)地進(jìn)行平臺(tái)架搭設(shè)，場(chǎng)地的水平高差不能超過(guò)20mm，若場(chǎng)地不平整，則須用木方或槽鋼進(jìn)行水平調(diào)整。應(yīng)先鋪設(shè)底部走道板，將相鄰的2片走道板外框用專(zhuān)用螺栓及鋼板連接。按照平臺(tái)設(shè)計(jì)圖布置相應(yīng)尺寸的豎向龍骨，在豎向龍骨最下端第1個(gè)孔用專(zhuān)用螺栓與走道板連接。安裝豎向龍骨須用鉛垂儀檢查其與底龍骨板垂直度，確保垂直后再擰緊固定螺栓[3]。

組裝好所有豎向龍骨后，開(kāi)始組裝第2步走道板，2道相鄰的走道板間距1 800～2 000mm。第1步安全防護(hù)網(wǎng)底部應(yīng)放置在底部走道板外側(cè)，用專(zhuān)用連接件固定，豎向龍骨每間隔1 m安裝1個(gè)專(zhuān)用網(wǎng)框固定件，將龍骨與防護(hù)網(wǎng)固定（圖7）。

6.2 邊柱防護(hù)平臺(tái)吊裝

直接利用平臺(tái)內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)角的2根豎向龍骨最上面的螺栓孔作吊耳，將吊環(huán)穿過(guò)螺栓孔，用塔吊鋼絲繩吊好。

防護(hù)平臺(tái)吊裝到位后，將平臺(tái)的頂部與底部與結(jié)構(gòu)固定牢固，并將與底層走道板相連的翻板打開(kāi)。檢查無(wú)誤后，才可以松開(kāi)塔吊吊鉤，并對(duì)防護(hù)平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)收，合格后方可使用（圖8）。

圖7 完成拼裝的邊柱防護(hù)平臺(tái)

圖8 吊裝就位的邊柱防護(hù)平臺(tái)

6.3 邊柱防護(hù)平臺(tái)上端固定

位于平臺(tái)內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)角的2根豎向龍骨頂部分別設(shè)有1道可調(diào)水平卡，與平臺(tái)上部的鋼梁拉接，防止平臺(tái)向外傾覆?？烧{(diào)水平卡包括水平卡底座、壓塊、可調(diào)拉桿、專(zhuān)用連接件等?？烧{(diào)拉桿的主體部件是螺桿和套筒，通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺桿，可讓螺桿伸出或縮回套筒內(nèi)，以達(dá)到調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的目的，保證防護(hù)平臺(tái)在任一樓層均可與鋼梁拉接。

可調(diào)拉桿的一端與豎向龍骨采用螺栓連接，另一端與水平卡底板焊接的耳板采用螺栓連接。水平卡底座的一端設(shè)有凹槽，用凹槽勾住鋼梁的下翼緣，另一端設(shè)有數(shù)個(gè)螺栓孔，以適應(yīng)不同寬度的翼緣，將壓塊用螺栓與底座連接，夾住下翼緣的另一側(cè)，完成對(duì)防護(hù)平臺(tái)上端的固定（圖9）。

圖9 平臺(tái)上端固定示意

6.4 邊柱防護(hù)平臺(tái)底部固定

在架體底層走道板的兩端分別設(shè)有底部固定件，通過(guò)穿過(guò)樓板的高強(qiáng)螺栓將架體底部固定，以防止架體滑動(dòng)。該底部固定件包括帶有螺栓孔的L形鋼板、高強(qiáng)螺栓、螺帽等[4]。

預(yù)埋孔設(shè)在樓板面上，每個(gè)平臺(tái)按設(shè)計(jì)位置中心線埋設(shè)2根預(yù)埋管。采用M32螺栓，由于建筑物結(jié)構(gòu)各樓層的平面布置有變動(dòng)，預(yù)埋管的位置應(yīng)以建筑物軸心為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確定。預(yù)埋管采用PVC套管，必須與鋼筋捆扎牢固，以免澆筑混凝土?xí)r被振歪或移位，并將預(yù)埋管上口用膠布及海綿封堵，以免混凝土灌入。

L形鋼板的一側(cè)與走道板通過(guò)螺栓相連，另一側(cè)與樓板相連。鋼板底部必須與樓板貼近，假如樓板不平整，則可對(duì)凸出部位做稍許剔鑿，對(duì)下凹部位采用墊片調(diào)整（圖10）。

圖10 平臺(tái)下端固定示意

6.5 邊柱防護(hù)平臺(tái)吊運(yùn)周轉(zhuǎn)

施工完一層的邊柱后，用塔吊將邊柱防護(hù)平臺(tái)整體吊運(yùn)至上一樓層，重復(fù)利用。起吊前，需將平臺(tái)吊耳與塔吊鋼絲繩固定好，然后將平臺(tái)上端的水平卡和底部固定件拆開(kāi)，再將與底層走道板相連的翻板收起。吊運(yùn)過(guò)程中應(yīng)安排2名工人從建筑物內(nèi)側(cè)作輔助，同時(shí)塔吊指揮在一旁采用對(duì)講機(jī)保證與塔吊司機(jī)的緊密聯(lián)系，防止平臺(tái)與結(jié)構(gòu)劇烈撞擊，盡量保證平臺(tái)輕起輕落。

防護(hù)平臺(tái)吊裝到位后，將底層翻板打開(kāi)，固定好底部穿樓板螺桿和上部防傾裝置，檢查無(wú)誤后，才可使用。

6.6 邊柱防護(hù)平臺(tái)拆除

待邊柱施工結(jié)束后，用塔吊將防護(hù)平臺(tái)吊至室外地面進(jìn)行拆除，拆除工序按照先裝后拆、后裝先拆的原則。

7 效益分析

對(duì)于由鋼骨混凝土柱、鋼梁、壓型鋼板組合樓板等構(gòu)成的超高層鋼框架組合結(jié)構(gòu)的臨邊柱體施工，邊柱防護(hù)平臺(tái)較傳統(tǒng)分段懸挑施工更簡(jiǎn)便快速，可節(jié)省材料和勞動(dòng)成本，保證施工安全，施工現(xiàn)場(chǎng)干凈、整潔，搭設(shè)和拆卸過(guò)程中安全可靠。完成每個(gè)平臺(tái)周轉(zhuǎn)用時(shí)約30 min，每個(gè)安全防護(hù)平臺(tái)造價(jià)僅為38 700元，每次周轉(zhuǎn)一個(gè)平臺(tái)的人工費(fèi)用約為60元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

8 結(jié)語(yǔ)

本工程北塔南側(cè)有7個(gè)臨邊框架柱，南塔北側(cè)有9個(gè)臨邊框架柱，共設(shè)置邊柱防護(hù)平臺(tái)16個(gè)，平臺(tái)在各樓層通過(guò)塔吊吊裝使用，吊運(yùn)樓層總數(shù)達(dá)40層。工程于2013年12月5日開(kāi)始施工，于2015年2月6日實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)封頂，施工整體進(jìn)度滿(mǎn)足業(yè)主要求，工程獲廣東省安全文明施工示范工地、AAA級(jí)安全文明標(biāo)準(zhǔn)化工地稱(chēng)號(hào)。

邊柱安全防護(hù)平臺(tái)在柱周形成全封閉防護(hù)，安全性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理，便于快速安裝及拆卸，還可靈活搬運(yùn)，非常適用于由鋼骨混凝土柱、鋼梁、壓型鋼板組合樓板等構(gòu)成的超高層鋼框架組合結(jié)構(gòu)的臨邊柱體施工。邊柱防護(hù)平臺(tái)省去了傳統(tǒng)懸挑架和爬架沒(méi)有必要的防護(hù)部分，只進(jìn)行針對(duì)性的局部外防護(hù)，避免了外腳手架或外爬架搭建與拆除過(guò)程中的安全隱患，大大降低了高空施工的潛在風(fēng)險(xiǎn)，可為其他類(lèi)似建筑物的施工提供借鑒。