新型附板式液壓爬模施工技術(shù)

劉福生

(北京市建筑工程研究院有限責(zé)任公司，北京 100039)

0 引言

液壓爬模作為一種成熟的施工技術(shù)，廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)-混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)施工中。隨著SRC巨柱結(jié)構(gòu)在超高層結(jié)構(gòu)中的廣泛使用，亟待一種新技術(shù)滿足巨柱施工中對(duì)操作平臺(tái)、安全防護(hù)及帶模板爬升和堆載的需要。

1 工程概況

武漢綠地中心項(xiàng)目原設(shè)計(jì)高度為636m，主塔樓結(jié)構(gòu)外框有SRC1，SRC2 2種勁性混凝土(SRC)巨柱各3對(duì)，每對(duì)由2個(gè)鏡像相同的柱體組成。結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)為三葉草形狀，平面布置如圖1所示。SRC1柱成對(duì)布置于葉瓣頂部，SRC2柱成對(duì)布置于葉瓣兩側(cè)，柱體間及柱體與核心筒間由復(fù)雜多變的鋼梁連接。豎向立面整體造型自下而上先向核心筒外傾斜，后向內(nèi)傾斜，且巨柱尺寸逐漸變小。巨柱爬模需2次過(guò)風(fēng)口樓層和9m層高的空中大堂樓層，還需克服環(huán)帶桁架對(duì)爬模施工的不利影響，無(wú)法正常使用附板支架施工，需設(shè)計(jì)其他附著形式，并采用特殊施工工藝保證模架一次爬升至頂。該工程爬模體系常規(guī)，附著形式多樣，爬升方式多變，施工難度巨大。

圖1 結(jié)構(gòu)平面

2 液壓爬模體系設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)

液壓爬模技術(shù)歷經(jīng)3次技術(shù)革新，逐步發(fā)展成外墻、電梯井、物料平臺(tái)液壓爬模體系。其帶模板爬升的同時(shí)可提供平穩(wěn)通暢的操作平臺(tái)和安全美觀的防護(hù)體系，減少塔式起重機(jī)吊次、節(jié)省人工成本、提高施工效率、改善施工環(huán)境，成為核心筒結(jié)構(gòu)施工的必備施工技術(shù)，是超高層結(jié)構(gòu)施工的主導(dǎo)施工工藝。

武漢綠地中心工程巨柱施工需1套完整的防護(hù)體系，該體系不僅能提供安全可靠的操作平臺(tái)，還可帶單側(cè)鋁合金模板爬升，同時(shí)滿足堆放鋼筋等材料的要求。為此對(duì)已有液壓爬模技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，研發(fā)適用于巨柱施工的附板式可變角度爬升液壓爬模體系。架體平臺(tái)梁沿結(jié)構(gòu)邊線斜向分布，機(jī)位水平間距5.4m，架體跨度8.3m。導(dǎo)軌長(zhǎng)14.5m，上架體高10m，下架體高約5m。

2.1 爬模布置

國(guó)內(nèi)類似工程巨柱施工大致分為2類：①以天津117項(xiàng)目為代表的內(nèi)澆混凝土鋼管柱；②以深圳平安項(xiàng)目為代表的位于結(jié)構(gòu)外沿的外包混凝土型巨柱。針對(duì)第1類巨柱，內(nèi)澆混凝土鋼管柱僅需在柱體內(nèi)部澆筑自密實(shí)混凝土，外部無(wú)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工，因此只需提供防護(hù)平臺(tái)滿足柱體焊接需要即可。此類巨柱外側(cè)無(wú)水平構(gòu)件，可將爬模附著于柱體表面，與傳統(tǒng)附墻型爬模體系相同，可隨結(jié)構(gòu)順利爬升。

武漢綠地中心工程巨柱形式與深圳平安項(xiàng)目巨柱相似，但柱體位于結(jié)構(gòu)內(nèi)部，柱體外側(cè)設(shè)計(jì)有300～1 000mm挑板，且挑板部分不可承力；挑板不均勻變化會(huì)阻礙爬模附著于柱體的爬升。因此，需設(shè)計(jì)一種新型附著于樓板、承力于鋼梁、為巨柱施工服務(wù)的液壓爬模體系。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及支座受力要求，爬模主要承力的下架體部分沿巨柱方向布置，以保證支架懸挑端最小，且可使支架承受的重力傳至結(jié)構(gòu)鋼梁；上架體垂直于結(jié)構(gòu)外邊線的弧形布置，使上架體距柱體位置最近，方便施工，柱平面布置如圖2所示。根據(jù)上、下架體特點(diǎn)和功能的不同，形成偏心式承力的新型爬模體系，如圖3所示。

圖3 偏心式架體構(gòu)造

2.2 新型多樣的附著方式

2.2.1穿板式附板支架

該工程巨柱截面尺寸逐漸變小，無(wú)法滿足原爬模體系2個(gè)承力點(diǎn)附著于豎向結(jié)構(gòu)的附著要求，且結(jié)構(gòu)邊緣存在凸出的不承重挑板，凸出量不斷變化。為保證爬模體系荷載安全有效地傳遞至主體結(jié)構(gòu)，研發(fā)新型附板式附著方式(見(jiàn)圖4)。通過(guò)挑梁將架體重力傳至結(jié)構(gòu)樓板和鋼梁，采用穿板螺栓固定挑梁，解決巨柱外挑板和幕墻鋼梁與結(jié)構(gòu)樓板同時(shí)施工的難題，同時(shí)避免了樓板與巨柱間位置逐層變化帶來(lái)的施工不便。以底部巨柱結(jié)構(gòu)尺寸為基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)爬模架體寬度，保證巨柱截面變化后滿足施工要求。附板支座可隨結(jié)構(gòu)外凸內(nèi)凹的變化靈活調(diào)整懸挑尺寸，從而解決架體著力點(diǎn)位置需逐層不斷變化的難題。

圖4 附板支架式附著形式

由于該工程附著于結(jié)構(gòu)樓板，用于傳遞架體內(nèi)水平力的頂墻支腿無(wú)法將其水平力傳遞至主體結(jié)構(gòu)，為此將架體支腿位置移至下一層附板支座位置，使水平力通過(guò)第2道附板支座傳至結(jié)構(gòu)樓板。為適應(yīng)結(jié)構(gòu)不同層高，加大支座前端承力頭截面，以保證支腿在不同層高時(shí)可支頂在支座上。

2.2.2抱梁式附著

該工程過(guò)風(fēng)口樓層在SRC1柱位置無(wú)樓板，僅有支承玻璃幕墻的箱形梁，為保證爬模附著點(diǎn)撐力要求，采用抱梁式附著(見(jiàn)圖5)，設(shè)計(jì)抱梁構(gòu)件，通過(guò)2根螺栓和壓板將支座與箱形梁牢固結(jié)合。

圖5 抱梁式附著形式

2.2.3拉結(jié)式附板支座

該工程環(huán)帶桁架層巨柱兩側(cè)均有桁架斜撐，阻礙附板支座安裝，為此設(shè)計(jì)拉結(jié)式附板支架，借助外挑板放置附板支座，支座前端通過(guò)鋼索與上一層的鋼梁連接板相連，拉結(jié)鋼索另一端連接長(zhǎng)度可調(diào)的調(diào)節(jié)螺栓，然后穿入支架組合的鋼索連接孔，將架體重力傳至上層鋼梁。通過(guò)控制調(diào)節(jié)螺栓長(zhǎng)度，保證架體荷載傳至上層鋼梁，解決挑板位置無(wú)法承力問(wèn)題。

2.3 可旋轉(zhuǎn)附著

該工程巨柱外立面先向外側(cè)傾斜，逐漸變垂直后，向內(nèi)側(cè)傾斜。為實(shí)現(xiàn)爬模系統(tǒng)前傾后仰的爬升姿態(tài)變化，將原有固定式附著裝置改為可調(diào)節(jié)傾角裝置，如圖6所示。附著裝置焊接在附板支座端部的面板上，附板支座與固定套間兩個(gè)斜面接觸。通過(guò)調(diào)節(jié)鎖緊銷軸插拔，控制導(dǎo)軌穿入固定套后是否旋轉(zhuǎn)。

圖6 可旋轉(zhuǎn)附著裝置

2.4 輔助旋轉(zhuǎn)的支頂裝置

當(dāng)柱體立面曲率發(fā)生較大變化時(shí)，爬模只能沿≤5°的傾角爬升，為保證架體繼續(xù)爬升，需在靜止?fàn)顟B(tài)下調(diào)節(jié)架體傾角。在架體和結(jié)構(gòu)樓板側(cè)面間通過(guò)液壓油缸支頂，為架體提供繞附著裝置旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力，同時(shí)在架體上設(shè)計(jì)一套可靈活安裝和拆卸的夾具，保證液壓系統(tǒng)可在架體間安全、平穩(wěn)地傳遞動(dòng)力。

3 新型巨柱爬模技術(shù)應(yīng)用

3.1 外傾和內(nèi)傾階段施工

該工程巨柱爬模自7層安裝后，結(jié)構(gòu)逐漸外擴(kuò)，爬模呈仰角斜向爬升，達(dá)到最遠(yuǎn)端后內(nèi)傾爬升，其傾角變化≤5°時(shí)均可依靠自身調(diào)節(jié)順利爬升。施工流程為：柱體模板開(kāi)模、綁扎上一層柱體鋼筋→安裝附板支座→爬升導(dǎo)軌→爬升架體→合模。

3.2 拐點(diǎn)處旋轉(zhuǎn)施工

根據(jù)結(jié)構(gòu)圖紙逐層模擬每次爬升傾角變化量，>5°時(shí)， 在對(duì)應(yīng)樓層的樓板側(cè)預(yù)埋埋件，由于樓層外邊線為漸變弧形，支頂位置的樓板端面到油缸距離不等，為保證兩支頂油缸伸出長(zhǎng)度相同從而受力平衡，設(shè)計(jì)輔助固定支架，一端與樓板側(cè)邊埋件連接，另一端通過(guò)銷軸與支頂油缸連接。輔助旋轉(zhuǎn)支架通過(guò)螺栓固定于架體立柱，支頂油缸連接在輔助旋轉(zhuǎn)支架與輔助固定支架間。通過(guò)控制液壓油缸出缸，帶動(dòng)架體微量旋轉(zhuǎn)，待導(dǎo)軌達(dá)到預(yù)定位置后將導(dǎo)軌頂升入附墻裝置，完成1次旋轉(zhuǎn)操作。

3.3 跨層9m層高爬升

武漢綠地中心工程設(shè)計(jì)有2道過(guò)風(fēng)口層，該部位9m層高間無(wú)任何水平構(gòu)件，爬模架體無(wú)任何受力構(gòu)件支承。為保證工期要求、避免高空架體拆改和二次安裝風(fēng)險(xiǎn)，最終采用一次爬升到位的方案，設(shè)計(jì)超長(zhǎng)導(dǎo)軌14.5m，為國(guó)內(nèi)爬模單次爬升最大高度。為保證導(dǎo)軌在提升9m高度時(shí)自身剛度和穩(wěn)定性，對(duì)導(dǎo)軌的工字形截面增加2道筋板，使其形成封閉的箱形結(jié)構(gòu)。頂升時(shí)頂端增加保險(xiǎn)繩，避免產(chǎn)生意外。導(dǎo)軌到位后改變爬升箱方向，將架體爬升至上一層附著裝置。

4 結(jié)語(yǔ)

SRC巨柱結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代超高層建筑中廣泛應(yīng)用，超高層結(jié)構(gòu)變化復(fù)雜、巨柱形式多樣、工程施工要求不同，原有爬模技術(shù)無(wú)法在巨柱結(jié)構(gòu)施工中直接應(yīng)用。武漢綠地中心項(xiàng)目巨柱施工中對(duì)已有爬模技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，首次將液壓爬模體系附著于結(jié)構(gòu)樓板，首創(chuàng)了大角度旋轉(zhuǎn)施工法，將爬模單次爬升高度提高至9m，同時(shí)配套研發(fā)了多種形式的附著機(jī)構(gòu)和配合旋轉(zhuǎn)施工的裝置，將液壓爬模成功應(yīng)用于SRC巨柱結(jié)構(gòu)施工。