可斜爬和伸縮升降平臺施工技術研究與應用

李志強，王 磊，黃京新，廖萬林，王 強

(中鐵建工集團有限公司，廣東 廣州 511400)

0 引言

近年來，超高層建筑結構設計取得了巨大發(fā)展與進步，超高層建筑物數(shù)量也在不斷增加，并且建筑結構體系和外形也越來越多樣化。建筑結構和外形由平面規(guī)則向空間曲線發(fā)展，給施工建設中的安全防護和作業(yè)平臺系統(tǒng)帶來了很大難題。

傳統(tǒng)升降平臺在平面規(guī)則的超高層建筑施工中應用廣泛，經(jīng)過多年發(fā)展，已發(fā)展成為成熟的工藝和技術，適用于平面規(guī)則的建筑中，可隨著樓層建設升高而垂直向上爬升或垂直向下降落。然而，近年來超高層建筑豐富的建筑形式和多變的外立面形態(tài)使傳統(tǒng)升降平臺難以適用，在外立面形狀改變的條件下，傳統(tǒng)升降平臺在爬升過程中難以順利垂直爬升或降落。為此，有必要針對外形變化的超高層建筑研發(fā)新型升降平臺，系統(tǒng)性地解決超高層外立面與傳統(tǒng)升降平臺的適用性問題。

1 工程概況

1.1 結構概況

長富金茂大廈總建筑面積20.66萬m2。主樓外立面呈紡錘形，地上68層，建筑高度303.8m。建筑設置3個避難層，并且避難層處外立面形狀逐漸呈曲線變化。

1.2 技術特點與難度

在結構形態(tài)上，工程主樓主體結構3～17層樓板邊緣無變化，平面尺寸為43.2m×43.2m；隨著樓層增高，18～34層外框架柱向外傾斜，傾斜角度約為1°，樓板邊緣逐漸往外偏移，平面尺寸為46.8m×46.8m，達到最大；35～47層外框架柱逐漸向外收縮傾斜，傾斜角度約為0.3°；48～52層樓板邊緣無變化；53～68層外框架柱向內傾斜，傾斜角度約為1°，樓板邊緣逐漸往內偏移，平面尺寸逐步縮小至43.2m×43.2m。結構平面4個角部為內徑2.4～4.2m圓弧形。

工程立面外形上下“擴縮收放”舒緩，立體曲線包含“波峰”，呈流態(tài)型。結構外形呈曲線變化，施工中給傳統(tǒng)升降平臺的爬升帶來難題。

2 方案研究

工程施工關鍵難點在于升降平臺需跟隨樓層外立面角度變化而調整爬升。①結構外邊緣存在向外突出及向內縮回的變化過程，最大處結構外邊緣較最小處突出約1.7m。故升降平臺爬升需經(jīng)歷垂直爬升、向外傾斜爬升及向內傾斜爬升工況。②主樓平面尺寸亦逐層發(fā)生變化，相差14.4m，傳統(tǒng)升降平臺在組裝完成后圍繞建筑外墻腳手架尺寸基本固定，不具備大幅調整的空間。

若使用傳統(tǒng)升降平臺，則在高度方向上需分段投入多種不同規(guī)格平臺，即在允許偏差角度范圍內需組裝傳統(tǒng)升降平臺運行，待超出允許偏差和角度后，拆除原有升降平臺，再重新組裝新的不同規(guī)格升降平臺投入運行，并依次循環(huán)。

工程主樓立面采用獨特的兩端小、中間大的紡錘形造型，在同時期同類型超高層建筑工況條件下，行業(yè)內還未有300m高且外立面為紡錘形造型的類似施工經(jīng)驗可借鑒，傳統(tǒng)升降平臺垂直升降技術已難以滿足此工程施工需求。為此，針對此問題，需重新研制和設計新的升降平臺，并需具備斜向爬升和伸縮功能。

3 關鍵技術

可斜爬的升降平臺關鍵技術在于如何將升降平臺垂直爬升自由調整為外傾斜爬升、將外傾斜爬升自由轉換為內爬升。主樓主體結構3～17，48～52層樓板邊緣無變化，工程施工時升降平臺采用垂直爬升的方式即可；18～47，53～68層隨著樓層增高，樓板邊緣逐漸往外偏移或向內收縮，則需研制可調整施工升降平臺導軌爬升角度裝置，使升降平臺可向外傾斜和向內收縮爬升。

18～47層樓板邊緣逐漸向外偏移，4個轉角逐漸變大；53～68層樓板又逐漸往內收縮，4個轉角逐漸變小?，F(xiàn)有技術中，升降平臺組裝完成后，由于圍繞建筑外墻的整體平臺尺寸是確定的，不能輕易隨外墻的變化而改變，若高空中調節(jié)改變升降平臺尺寸，不僅過程復雜而且難度較大，安全風險極高。針對此難點，在創(chuàng)新升降平臺中則需解決平臺伸縮問題，同樣需研制伸縮裝置，實施升降平臺自我伸縮。

4 關鍵技術應用

4.1 升降平臺爬升

1)垂直爬升 3～17層建筑外立面無變化，采用18.0m高5步架(帶2層頂框)附著式升降平臺。進行垂直爬升。

2)垂直爬升調整為外傾斜爬升 18～34層施工時，升降平臺由垂直爬升轉換為外傾斜爬升。待17層施工完畢，結構強度滿足要求后，在17層安裝定制導座(見圖1)，提升升降平臺，提升到位后葫蘆不松鏈。調整第17層導座的三角鐵件固定螺栓不擰緊，第16層導座固定牢靠，調松第15層導座的三角鐵件固定螺栓，使用頂撐將第17層導座及三角鐵件向外頂出75mm，使用手拉葫蘆將15層導座及三角鐵件向內拉75mm。然后固定好15，17層導座。調整角度為1.05°。此時斜爬角度為1.05°，以此角度繼續(xù)提升，直至完成34層施工防護。

圖1 導座結構示意

3)外傾斜爬升角度調整 35～52層向外傾斜角度逐漸變小，施工時需調整架體外傾斜角度。使用升降平臺施工防護第34層，待34層施工完畢，結構強度滿足要求后，安裝34層導座，提升升降平臺，提升到位后葫蘆不松鏈。調整34層導座的三角鐵件前后調節(jié)螺栓，并使用手拉葫蘆將第34層導座及三角鐵件向內拉50mm；33層導座及三角鐵件固定牢靠；調整32層導座三角鐵件前后調節(jié)螺栓，使用頂撐將32層導座及三角鐵件向外頂50mm。然后固定好32，34層導座。調整后架體傾斜角度為0.35°，調整后可繼續(xù)提升施工防護至52層。

4)向內爬升 53～68層隨著樓層增高，樓板邊緣逐漸往內偏移，施工時，升降平臺需沿著樓板邊緣向內傾斜爬升。待52層施工完畢，結構強度滿足要求后，安裝52層導座，提升升降平臺，提升到位后葫蘆不松鏈。調整52層導座的三角鐵件前后的調節(jié)螺栓，使用手拉葫蘆將52層導座及三角鐵件向內拉100mm；51層導座及三角鐵件固定牢靠；調整50層導座的三角鐵件前后調節(jié)螺栓，使用頂撐將50層導座及三角鐵件往外頂100mm。然后固定好50，52層導座。調整后爬升角度向內傾斜1.4°。調整后可一直提升，直至封頂。

4.2 升降平臺伸縮

針對平面結構尺寸變化，在保持傳統(tǒng)升降平臺設計基礎上，在升降平臺4個轉角處的腳手板下部各布置2個2.0m長單向伸縮架、1個2.0m長雙向伸縮架，采用銷軸、銷釘?shù)冗B接。腳手板通過下部伸縮架內滑槽可相向或反向移動，并設置限位裝置，當轉角變大時通過拔除銷軸和銷釘，升降平臺外框架組件、腳手板逐漸相對脫離拉伸；當轉角變小時亦然，升降平臺逐步內縮，如圖2所示。

圖2 伸縮架立體示意

升降平臺腳手板(見圖3中100)，至少一側內設置可自由伸縮無阻礙的伸縮架，伸縮架內含滑槽，平行于腳手板長邊設置，并內嵌安裝適合尺寸的新伸縮腳手板(見圖3中101，102)，則內嵌的新腳手板可在滑槽內自由滑動?？缮炜s的新的2塊腳手板之間通過可活動的連接片連接。

同理，升降平臺防護網(wǎng)板(見圖3中300)，其一側防護立柱上亦設置可供伸縮防護網(wǎng)框(見圖3中201，202)相向或反向移動的滑槽。伸縮防護網(wǎng)框在滑槽內自由滑動。伸縮防護網(wǎng)框在升降平臺防護網(wǎng)板內側。

伸縮腳手板和伸縮防護網(wǎng)框可通過銷軸、銷釘?shù)裙潭ㄔ趦烧呦嘟晃恢谩＜翠N軸或銷釘為二者伸縮的“一鍵開關”。

實際實施過程中，當平面結構尺寸變大時，于變化的起始樓層，啟用伸縮架和滑槽裝置，拔除連接伸縮腳手板和伸縮防護網(wǎng)框的“開關”，即銷軸或銷釘。升降平臺爬升時，因滑槽的存在，伸縮腳手板和伸縮防護網(wǎng)框自動隨結構尺寸的增大、轉角角度的變大而開始向一側自由伸出，當爬升至既定樓層時，恢復銷軸或銷釘連接，給伸縮腳手板和伸縮防護網(wǎng)框“上鎖”，防止靜止狀態(tài)意外伸縮。

當平面結構尺寸變小、轉角變小時，伸縮腳手板和伸縮防護網(wǎng)框反向收縮即可。

5 實施效果

可斜爬和伸縮的升降平臺采用片式定型鋼框架而組裝的豎向主框架和水平承重桁架結構，研制的斜爬導座裝置和伸縮架裝置嵌入其中，不改變升降平臺整體穩(wěn)定性；主框架和承重桁架采用螺栓連接，斜爬導座裝置和伸縮架裝置裝配其中，便于組裝和拆除，可很大程度節(jié)省工人勞動強度，提升勞動工效；同時可斜爬和伸縮的升降平臺能夠標準化、規(guī)范化、甚至產業(yè)化生產。

以應用的長富金茂大廈工程為例，建筑物周長為168～180m，總高度303.8m，主體結構施工工期按16個月計算，采用可斜爬和伸縮的升降平臺比傳統(tǒng)升降平臺費用綜合節(jié)約780萬元，經(jīng)濟節(jié)約率達20%。

6 結語

針對超高層不規(guī)則外立面形狀，如紡錘形外立面，創(chuàng)造性地研發(fā)出帶斜爬和伸縮功能的施工升降平臺，可隨結構邊緣不斷變化而能夠斜爬、伸縮的附著式施工升降平臺，以適應呈漸變狀結構外形的外立面建筑的施工。可解決傳統(tǒng)附著式施工升降平臺(只能垂直爬升，無法斜爬及隨結構平面伸縮)的技術難題。兼顧超高層建筑外立面的藝術美感與建筑工程施工的便捷性。