超高層塔樓核心筒采用鋼平臺退臺施工斜墻技術(shù)

閆雁軍 鄧勇平 楊萬鋒

[摘? 要]：液壓爬升整體鋼平臺工藝由于其具備施工速度快、安全性高等特點，其在超高層建筑核心筒施工中廣泛使用。文章以上海某超高層建筑為例，詳細(xì)介紹了在高空斜墻處對液壓爬升整體鋼平臺進(jìn)行補(bǔ)充與拆改施工斜墻的施工工藝，同時考慮了斜墻所在筒倉部位布置了內(nèi)爬塔吊的工況，在核心筒繼續(xù)向上施工時，施工荷載及風(fēng)荷載對核心筒穩(wěn)定性分析以及針對不利工況的加固措施。

[關(guān)鍵詞]：液壓爬升整體鋼平臺; 退臺; 斜墻; 穩(wěn)定性; 加固措施

TU755.2B

超高層建筑施工時，如何保證高質(zhì)、高效、安全、少成本完成施工任是整個項目實施的控制重點。經(jīng)過三十余年的摸索、改進(jìn)、提高我國的液壓爬升整體鋼平臺工藝廣泛應(yīng)用于超高層建筑的核心筒、橋塔、高聳構(gòu)筑物等工程中[1-3]，而隨著建筑樣式的不同，液壓爬升整體鋼平臺的施工工藝也在根據(jù)不同的工程需要在不斷的突破更新。本文結(jié)合實際案例詳細(xì)介紹了在高空斜墻處對液壓爬升整體鋼平臺進(jìn)行補(bǔ)充與拆改施工斜墻的施工工藝，同時考慮了斜墻所在筒倉部位布置了內(nèi)爬塔吊的工況，在核心筒繼續(xù)向上施工時，施工荷載及風(fēng)荷載對核心筒穩(wěn)定性分析以及針對不利工況的加固措施。

1 工程概況

1.1 應(yīng)用項目簡況

塔樓地上總建筑面積170 772 m2，共59層，建筑總高度320 m。塔樓結(jié)構(gòu)形式采用混凝土核心筒鋼外框結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)下插至基礎(chǔ)底板。標(biāo)準(zhǔn)層層高4.5 m，其中10/20/30/40/49層為避難層，層高為6 m。塔樓核心筒外圍剪力墻自1 300 mm厚逐步收分為400 mm厚，核心筒內(nèi)腹墻自600 mm厚逐步收分為250 mm厚，混凝土等級C60高層后變?yōu)镃50。核心筒平面呈9宮格型的正方形，邊長29.2 m，外框邊長51 m，有9個筒倉（圖1），外框設(shè)置勁性巨柱16根，其中包含多根多角度斜柱。

為滿足施工質(zhì)量、施工安全、項目工期等要求，采用液壓爬升整體鋼平臺施工核心筒。液壓爬升整體鋼平臺根據(jù)核心筒墻體的布置共分為13個架體，其中核心筒外架體4塊、筒內(nèi)架體9塊，架體平面布置如圖2所示。根據(jù)施工工藝要求及項目策劃部署，塔樓核心筒豎向結(jié)構(gòu)先施工，水平構(gòu)件與外框水平結(jié)構(gòu)同步施工，其中塔樓核心筒豎向結(jié)構(gòu)領(lǐng)先外框鋼結(jié)構(gòu)約10層，外框領(lǐng)先樓承板鋪設(shè)2層，樓承板領(lǐng)先栓釘焊接2層，栓釘焊接領(lǐng)先鋼筋綁扎1層，鋼筋綁扎領(lǐng)先樓承板澆筑1層，總體核心筒豎向結(jié)構(gòu)領(lǐng)先外框結(jié)構(gòu)混凝土澆筑面15個樓層左右。

1.2 核心筒斜墻概況

根據(jù)設(shè)計要求，核心筒南側(cè)剪力墻體從F50層樓面開始向內(nèi)以7°斜收縮，直到F57層樓面收縮完成。核心筒剪力墻從距軸線5 650 mm收至距軸線1 750 mm，共向內(nèi)收縮3 900 mm，平均每層收縮557.1mm，逐層漸變斜收分，形成一個梯形立面（圖3）。

斜墻厚度隨樓層增高也在變化，F(xiàn)50～F52層樓面南側(cè)斜墻部分剪力墻厚度為500 mm，F(xiàn)52～F57層樓面剪力墻厚度為400 mm。內(nèi)腹墻F50～F51厚度為300 mm，F(xiàn)52～UPRF墻厚250 mm;外墻F50～F51厚500 mm，F(xiàn)52～UPRF厚400 mm。豎向施工縫處水平分布筋為C10/12/14。

2 核心筒斜墻施工部署

考慮斜墻施工時，在240 m以上的高空對液壓爬升整體鋼平臺架體拆改、重新安裝的難度和危險性較大。核心筒F50～F57層樓面的斜墻處采取液壓爬升整體鋼平臺退臺，斜墻同外框結(jié)構(gòu)同步施工的施工工藝。如圖4所示，虛線區(qū)域的剪力墻后施工。

2.1 F50層以上核心筒施工工藝流程

鋼平臺施工至核心筒F49層頂—爬升鋼平臺至F50層頂—施工核心筒板墻及連梁（除后施工區(qū)域），同步塔吊配合穿插拆除后施工區(qū)域鋼平臺架體—補(bǔ)缺鋼平臺后施工區(qū)域走道板及滑移外掛腳手—澆筑F50-F51層剪力墻及連梁（除后施工區(qū)域）—核心筒繼續(xù)往上施工，逐層補(bǔ)缺后施工區(qū)域鋼平臺架體—利用鋼平臺施工核心筒至機(jī)房層頂（311.5 m標(biāo)高）—最后拆除鋼平臺。

2.2 斜墻施工工藝流程

外框勁性柱及核心筒內(nèi)外梁板水平結(jié)構(gòu)澆筑至F50樓面—搭設(shè)核心筒內(nèi)斜墻連梁及梁板水平結(jié)構(gòu)排架—綁扎鋼筋及模板支設(shè)加固—澆筑F50核心筒南側(cè)斜墻、連梁（外框鋼梁預(yù)埋件就位）及F51核心筒內(nèi)梁板水平結(jié)構(gòu)—施工F50外框柱及F51外框鋼梁、樓板，澆砼養(yǎng)護(hù)—重復(fù)工序流程至F59頂。

核心筒及外框澆筑至F50樓面，外爬架爬升至F50樓面以上。外框鋼結(jié)構(gòu)北側(cè)、東側(cè)、西側(cè)不受斜墻施工限制按正常工況施工，南側(cè)外框鋼結(jié)構(gòu)（鋼柱）施工至F51層樓面。斜墻施工工況1如圖5所示。

接著進(jìn)行核心筒F51梁板及南側(cè)F50-F51斜剪力墻施工，外爬架爬升至F51樓面以上，綁扎外框柱鋼筋。如圖6的斜墻施工工況2。

施工技術(shù)與測量技術(shù)閆雁軍， 鄧勇平， 楊萬鋒： 超高層塔樓核心筒采用鋼平臺退臺施工斜墻技術(shù)

待核心筒南側(cè)F50～F51斜剪力墻達(dá)設(shè)計強(qiáng)度后，吊裝斜墻區(qū)域F51外框鋼梁，施工外框F50框，如圖7?？紤]剪力墻強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度有施工間隙，可在外框樓板上搭設(shè)2層高落地腳手架，施工斜墻F51～F52。

后續(xù)樓層斜墻施工按上述施工步驟循環(huán)作業(yè)，逐層有序完成斜墻施工。

斜墻按鋼平臺退臺方案施工工藝施工，此時需留設(shè)的施工縫為東西向貫通整個核心筒的豎向施工縫，施工縫留設(shè)在收分后后施工區(qū)域剪力墻內(nèi)側(cè)邊線，為確保后續(xù)施工時滿足鋼筋搭接要求，應(yīng)按圖集規(guī)范在施工縫處預(yù)留不少于0.5 m長的綁扎搭接鋼筋 [4]。

2.3 斜墻排架搭設(shè)流程

搭設(shè)落地排架腳手體系，驗收—綁扎鋼筋、支設(shè)模板、加固—隱蔽工程驗收后澆混凝土—養(yǎng)護(hù)—拆模、檢查—排架腳手體系拆除—清理場地。注意配置至少3套排架支撐體系，確?；炷翗前鍙?qiáng)度形成及養(yǎng)護(hù)時間。

3 核心筒鋼平臺退臺施工

3.1 鋼平臺拆分施工管理

3.1.1 拆除原則

鋼平臺拆除過程需要滿足分塊拆除后剩余單元的整體穩(wěn)固性要求，并根據(jù)核心筒體型特征、構(gòu)件受力特點以及分塊分段位置情況制定合理的拆除順序，根據(jù)拆除過程的受力要求采取有效的臨時支撐措施。后施工區(qū)域鋼平臺架體拆除分塊如圖8所示。

3.1.2 拆除總體流程

鋼平臺拆分總體施工流程如下：結(jié)構(gòu)施工至51F（251.450 m）—拆除提升鋼柱及液壓管線—雜物及垃圾清理—拆除剪力墻鋼大模板—拆除外掛腳手及其上部平臺梁—按核心筒南側(cè)三個筒倉自西向東順序依次進(jìn)行拆分。

3.2 退臺施工要求

鋼平臺模架體系拆分時，拆除施工按照分塊順序拆除。每拆除一吊，現(xiàn)場隨即用鋼管做好臨時防護(hù)，拉好警戒線。

同時，綜合考慮場布、塔吊的吊裝性能及拆除的安全性等因素，外腳手部分采取平臺梁+下部腳手整體吊裝方式進(jìn)行拆除，內(nèi)筒部分采用平臺梁+內(nèi)掛腳手+底梁整體吊裝方式進(jìn)行拆除。不需要拆除區(qū)域的核心筒可正常施工，以減少鋼平臺退臺對核心筒豎向結(jié)構(gòu)工期的影響。

4 核心筒斜墻后施工工況穩(wěn)定分析

4.1 分析概況

由于核心筒施工進(jìn)度快于外框架安裝及樓板的澆筑，在斜墻后施工的工況下，為了保證在施工過程中核心筒的穩(wěn)定，利用有限元軟件ABAQUS[5]進(jìn)行施工狀態(tài)下核心筒結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、關(guān)鍵構(gòu)件的強(qiáng)度校核、分析。計算分析考慮最不利的工況，核心筒施工至59層，核心筒內(nèi)水平結(jié)構(gòu)澆注至37層，外框鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工到41層，外框混凝土結(jié)構(gòu)澆注至38層。

其中，穩(wěn)定分析主要包括：①結(jié)構(gòu)特征值分析;②考慮幾何非線性和材料非線性的整體穩(wěn)定分析。給出各種狀態(tài)下結(jié)構(gòu)可能的失穩(wěn)模式與安全荷載系數(shù)，并結(jié)合計算結(jié)果提出施工建議措施。

4.2 荷載條件

（1）恒載：僅考慮施工狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的自重。

（2）鋼平臺荷載：包括鋼平臺結(jié)構(gòu)體系的自重及施工荷載。鋼平臺收分前后均設(shè)有36只牛腿擱置在剪力墻上，由于其是依靠其支撐體系的牛腿支撐在核心筒的預(yù)留洞口處，因此有限元并不對頂模進(jìn)行直接建模，而是將由頂模產(chǎn)生的作用力分別施加在牛腿相應(yīng)位置的有限元單元節(jié)點上。

（3）塔吊荷載：2臺內(nèi)爬塔機(jī)，均使用核心筒內(nèi)墻壁進(jìn)行支撐。將內(nèi)爬塔的荷載直接施加到核心筒對應(yīng)位置的有限元單元節(jié)點上。爬塔荷載荷載值見表1。

（4）風(fēng)荷載：由于本工程為超高層建筑，施工周期較長，因此施工中需要考慮風(fēng)荷載的影響。其中基本風(fēng)壓按10年一遇取值，地面粗糙度取C類。整體結(jié)構(gòu)的體型系數(shù)取1.3，風(fēng)振系數(shù)按50009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》相關(guān)計算公式取值[6]。

計算模型示意見圖9，圖10為受力狀態(tài)下南側(cè)核心筒斜墻后施工對應(yīng)剪力墻自由端失穩(wěn)模式。

4.3 計算結(jié)果

利用通用有限元軟件ABAQUS對施工階段核心筒非線性穩(wěn)定及構(gòu)件強(qiáng)度校核進(jìn)行了分析，分析中考慮了幾何非線性、材料彈塑性，并考慮了豎向荷載組合、水平風(fēng)荷載的作用。經(jīng)計算，核心筒墻體收分后，收分部位內(nèi)測Y方向剪力墻外端沒有X方向剪力墻的約束，端部為自由狀態(tài)，在工況作用下具有發(fā)生局部失穩(wěn)的可能性。采用混凝土損傷模型模擬分析表明，結(jié)構(gòu)在X向局部屈曲的臨界穩(wěn)定荷載系數(shù)為1.5，安全系數(shù)相對較低，不滿足安全施工要求。

4.4 加固措施

4.4.1 塔吊基座鋼梁處結(jié)構(gòu)加固

（1）塔吊基礎(chǔ)鋼梁設(shè)置在連梁上的，需將連梁下剪力墻體外延，外延墻體配筋同結(jié)構(gòu)剪力墻配筋。

（2）剪力墻加固水平分布筋應(yīng)拉通至剪力墻轉(zhuǎn)角處，中間遇到連梁應(yīng)拉通穿過;加固范圍為受力處及其相鄰上下層。

（3）塔吊基礎(chǔ)區(qū)域的梁箍筋根據(jù)圖集加密設(shè)置。

4.4.2 50F以上剪力墻自由端加固

考慮外墻較厚，復(fù)核驗算可行，而內(nèi)腹墻自由端較薄，在#7號筒倉54F/58F加設(shè)直徑351mm，壁厚12mm，材質(zhì)Q235的斜向水平鋼管將內(nèi)腹墻南側(cè)自由端與內(nèi)側(cè)3道墻相交加強(qiáng)節(jié)點形成穩(wěn)固整體。臨時加固如圖11所示。

4.4.3 后施工區(qū)域斜墻陰角加固

根據(jù)塔吊及風(fēng)荷載組合作用時復(fù)核計算書結(jié)果（風(fēng)荷載10年一遇），避免陰角應(yīng)力集中帶來的混凝土結(jié)構(gòu)撕裂及擠壓破壞，需在斜墻后施工區(qū)域F50～F51剪力墻局部加腋，核心筒外墻加3.775 m×1.5 m高（外墻）、1.2 m×1.5 m高（內(nèi)墻），如圖12、圖13所示陰角加固區(qū)域。

4.5 加固后復(fù)核驗算

加固后利用有限元軟件ABAQUS進(jìn)行了非線性穩(wěn)定分析。結(jié)果表明，加設(shè)臨時水平支撐后，結(jié)構(gòu)在X、Y向局部屈曲臨界穩(wěn)定荷載系數(shù)分別為3.4、7.2，整體穩(wěn)定系數(shù)分別為4.9、7.5，滿足大于2.0的安全施工控制要求。增加臨時水平支撐后（鋼支撐），對剪力墻穩(wěn)定性能提高顯著，增加了施工的安全性。

5 斜墻施工及加固要求

5.1 焊接要求

（1）所有焊接應(yīng)嚴(yán)格按照《規(guī)范》[6]和《規(guī)程》之要求進(jìn)行。

（2）工廠焊接宜盡量采用自動焊接和半自動焊接，并采用平焊操作。

（3）所有焊件坡口必須符合設(shè)計圖紙和有關(guān)技術(shù)要求，凡未達(dá)到要求的均應(yīng)進(jìn)行修整;采取必要的措施，避免焊接冷裂縫（延遲裂縫）的產(chǎn)生，焊前認(rèn)真清除焊絲及坡口的油、銹及水分、焊條嚴(yán)格烘干等。

（4）焊接順序的選擇應(yīng)遵循原則：①應(yīng)使焊接變形和收縮量最小;②應(yīng)使焊接過程中加熱量平衡;③收縮量大的焊接部分后焊。

（5）在進(jìn)行雙面坡口全熔透焊接時，當(dāng)一面焊接后，在焊接另一面之前或在已焊金屬上面再施焊之前，應(yīng)徹底清除焊渣、彌補(bǔ)缺陷等，然后方可繼續(xù)施焊。

（6）當(dāng)采用襯墊板焊接時，除焊接坡口根部間隙尺寸須符合設(shè)計要求外，應(yīng)使襯墊板和焊件緊密貼合，并使焊流熔入襯墊板。

（7）對于塔吊基座等箱型構(gòu)件腹板和翼緣的連接應(yīng)為部分焊透的T形對接焊縫，其焊腳尺寸（mm）應(yīng)符合GB 50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》7.1.1條和7.1.5條的要求。

（8）末注明的構(gòu)件連接，采用角焊縫全截面焊接，焊腳尺寸：當(dāng)焊件最薄厚度t≤6 mm時，焊縫尺寸hf同板厚，其余hf=6 mm。

（9）焊縫質(zhì)量檢驗等級：所有工廠拼接焊縫（包括構(gòu)件拼接點）和現(xiàn)場安裝的坡口焊縫均為二級焊縫。

（10）焊縫表面不得有裂縫、焊瘤等缺陷;一級、二級焊縫不得有表面氣孔、夾渣、弧坑裂紋、電弧擦傷等缺陷，且一級焊縫不得有咬邊、未焊滿、跟部收縮等缺陷。

5.2 鋼絲繩拉接

鋼管支撐及安裝時吊籠配備安全繩，采用磷化涂層鋼絲繩20 mm，兩端分別連接鋼平臺架體、塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與下掛臨空鋼管支撐、掛架平臺。鋼絲繩使用前必須檢查繩索是否損壞，不得有急劇的曲折、環(huán)圈、跳絲或砸扁等缺陷，其末端結(jié)成繩索時，最少用3個卡子，若用編結(jié)法時，其編結(jié)部分長度不少于鋼絲繩直徑的15倍，但最短不少于30 cm?，F(xiàn)場嚴(yán)禁用打結(jié)的方法連接，并于鋼絲繩兩端各設(shè)置一段同材質(zhì)的保護(hù)繩，保護(hù)繩與鋼絲繩通過卡箍連接。鋼絲繩表面不應(yīng)存在GB/T 8706-2017《鋼絲繩、術(shù)語、標(biāo)記和分類》中規(guī)定的制造缺陷，須滿足GB/T 20118-2017《鋼絲繩通用技術(shù)條件》規(guī)范要求，方可進(jìn)行施工使用。使用過程中如發(fā)現(xiàn)出油現(xiàn)象（新繩除外）即表明鋼絲繩變形很大，應(yīng)立即停止工作，進(jìn)行檢查處理。

5.3 維護(hù)要求

定期對塔吊與結(jié)構(gòu)連接節(jié)點、南側(cè)加腋剪力墻表觀進(jìn)行一次全面檢查，發(fā)現(xiàn)局部損壞、變形及銹蝕部位等應(yīng)及時施行修補(bǔ)、補(bǔ)充加固支撐等措施。

6 結(jié)束語

本文結(jié)合具體的工程案例，詳細(xì)介紹了在高空斜墻處對液壓爬升整體鋼平臺進(jìn)行補(bǔ)充與拆改施工斜墻的施工工藝，同時考慮了斜墻所在筒倉部位布置了內(nèi)爬塔吊的工況，在核心筒繼續(xù)向上施工時，施工荷載及風(fēng)荷載對核心筒穩(wěn)定性分析以及針對不利工況的加固措施。目前，本工程核心筒已順利施工完成，施工中采取的相應(yīng)技術(shù)及加固措施，順利完成了液壓爬模的拆改及爬升工作，完成后的核心筒墻體滿足設(shè)計要求，剪力墻的鋼筋混凝土質(zhì)量滿足質(zhì)量要求。本工程斜墻的施工實踐可為今后類似工程的施工提供經(jīng)驗。同時，得出了使用該斜墻施工方案的實用優(yōu)點：

（1）斜墻退臺后做，避免了鋼平臺內(nèi)部搭設(shè)平臺同步施工斜墻的安全隱患，確保了核心筒先行的總體技術(shù)路線及整體進(jìn)度。

（2）剪力墻自由端加固鋼管支撐及安裝用掛架均預(yù)先在工廠加工完成，現(xiàn)場安裝簡單、機(jī)動性強(qiáng)、工期短。水平結(jié)構(gòu)跟進(jìn)施工時均可對其平穩(wěn)回收利用，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

（3）平臺架體桿件組合調(diào)節(jié)度高，可推廣實施性高，具備高度的借鑒性。

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