基于鋼平臺(tái)的塔吊爬升綠色施工技術(shù)

蒲 洋

上海建工一建集團(tuán)有限公司 上海 200120

城市中心越來(lái)越多的超高層建筑拔地而起，超高層建筑建造技術(shù)也日趨成熟。在超高層建筑建造的同時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)綠色施工是業(yè)界廣泛關(guān)注的問(wèn)題。綠色施工通常指的是在工程建設(shè)中實(shí)現(xiàn)節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材以及環(huán)境保護(hù)[1-2]。目前超300 m的超高層建筑大多采用鋼平臺(tái)建造技術(shù)進(jìn)行施工。

北外灘白玉蘭廣場(chǎng)是1棟地處上海北外灘的超高層建筑，地上66層，建筑高度320 m，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土剪力墻核心筒＋勁性外框架＋勁性桁架結(jié)構(gòu)。為了加快超高層土建結(jié)構(gòu)施工效率，核心筒施工采用整體提升式鋼平臺(tái)，該鋼平臺(tái)系統(tǒng)具有較高自動(dòng)化程度，可以保證結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量和安全；同時(shí)可以提供全封閉立體的作業(yè)環(huán)境，減小作業(yè)施工對(duì)周邊環(huán)境的影響。鋼平臺(tái)研發(fā)時(shí)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，以節(jié)約材料，實(shí)現(xiàn)綠色施工。但在施工過(guò)程中，如何處理好鋼平臺(tái)體系與塔吊支撐系統(tǒng)之間的關(guān)系是非常重要的。本文基于鋼平臺(tái)施工，介紹了塔吊爬升與鋼平臺(tái)配合施工工藝。

1 整體提升式鋼平臺(tái)系統(tǒng)

整體提升式鋼平臺(tái)系統(tǒng)由5部分組成：超長(zhǎng)鋼柱爬升系統(tǒng)、鋼平臺(tái)系統(tǒng)、腳手架系統(tǒng)、筒架支撐系統(tǒng)以及模板系統(tǒng)。整體提升式鋼平臺(tái)系統(tǒng)如圖1所示。整體提升式鋼平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)鋼梁組成的鋼平臺(tái)與外掛腳手架相連接，形成全封閉的操作環(huán)境，保證工人的施工安全，同時(shí)鋼平臺(tái)頂部提供臨時(shí)的材料堆場(chǎng)[3]。

圖1 整體提升式鋼平臺(tái)系統(tǒng)示意

2 塔吊爬升支撐系統(tǒng)

塔吊的內(nèi)爬支撐系統(tǒng)由上、下2道支撐架組成，其中上道支撐架主要承受水平力，下道支撐架主要承受垂直力和水平力（圖2）。每個(gè)支撐架包括爬升梁和爬升框。鋼平臺(tái)安裝前，利用其他塔吊將本臺(tái)塔吊所用的鋼梁全部吊裝至核心筒內(nèi)，鋼梁下鋪設(shè)鋼管，方便鋼梁擱置及位置調(diào)整。

圖2 塔吊支撐示意

塔吊內(nèi)爬頂升需嚴(yán)格按照以下工序進(jìn)行：爬升鋼梁安裝→爬升框安裝→內(nèi)爬頂升前檢查→內(nèi)爬頂升工序→爬升后固定→使用前的檢查→再次爬升前最下面一道鋼梁的拆卸再安裝。

3 工程重難點(diǎn)

為了節(jié)約施工空間，提高施工效率，在核心筒區(qū)域內(nèi)設(shè)置操作鋼平臺(tái)，同時(shí)搭配內(nèi)爬塔吊進(jìn)行材料吊裝。然而施工現(xiàn)場(chǎng)的塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)距離鋼平臺(tái)最近處僅為300 mm，鋼平臺(tái)與核心筒內(nèi)剪力墻距離僅為400 mm，如圖3所示，這勢(shì)必會(huì)造成塔吊爬升梁在翻轉(zhuǎn)時(shí)因?yàn)榭臻g不足遇到阻礙，以及在塔吊爬升牛腿設(shè)置上與鋼平臺(tái)發(fā)生碰撞沖突等問(wèn)題。

圖3 鋼平臺(tái)平面與塔吊布置

4 塔吊爬升與鋼平臺(tái)配合施工工藝

為了更好地發(fā)揮鋼平臺(tái)在施工中的優(yōu)勢(shì)，推進(jìn)工程順利進(jìn)行。針對(duì)以上問(wèn)題，考慮從調(diào)整爬升梁位置、塔吊爬升梁翻轉(zhuǎn)、牛腿構(gòu)造3個(gè)方面對(duì)整個(gè)鋼平臺(tái)系統(tǒng)與塔吊爬升之間的交叉工藝進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到綠色施工的要求以及推行應(yīng)用示范工程的目的。

4.1 爬升梁位置調(diào)整

牛腿和爬升梁定位、安裝及驗(yàn)收首先應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行塔吊廠家提供的“安裝技術(shù)要求”。由于本工程每個(gè)塔吊均有1根爬升梁與剪力墻的間距較小，影響到了爬升梁的正常爬升，在塔吊由固定式轉(zhuǎn)化為內(nèi)爬式的最初2道爬升梁的混凝土牛腿和剪力墻之間的距離（如圖4中云線所示的尺寸標(biāo)注）應(yīng)盡可能準(zhǔn)確或有正誤差，以保證塔吊爬升梁能順利向上翻轉(zhuǎn)。

圖4 塔吊爬升鋼梁與墻體間距示意

為保證爬升梁的順利提升，在滿足塔吊垂直度要求的前提下，讓塔身稍作傾斜，逐步加大圖4中“645 mm”的尺寸。本工程塔吊2道支撐框高度約13.5 m，根據(jù)2/1 000的垂直度要求，分別在塔吊第2次爬升和第3次爬升時(shí)，將第5層和第8層的混凝土牛腿向南偏移20和40 mm，將645 mm的尺寸增大至685 mm，如圖5所示。在盡可能滿足安全規(guī)范[4]的同時(shí)，為塔吊爬升梁的翻轉(zhuǎn)吊拉提供操作空間。

圖5 需要偏移的牛腿位置示意

4.2 塔吊爬升梁翻轉(zhuǎn)方法

塔吊爬升梁?jiǎn)胃|(zhì)量約9 t，采用2個(gè)10 t卷?yè)P(yáng)機(jī)安裝。在鋼平臺(tái)底部主梁（圖6）上表面固定卷?yè)P(yáng)機(jī)，將爬升梁提升到安裝位置的高度，再用2個(gè)10 t手拉葫蘆將爬升梁安裝到位。

圖6 塔吊爬升梁和鋼平臺(tái)底部主梁相對(duì)位置示意

爬升鋼梁翻轉(zhuǎn)共采用4臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)，分別布置在2臺(tái)塔吊的一側(cè)，鋼平臺(tái)底部主梁位置處，避免卷?yè)P(yáng)機(jī)工作時(shí)對(duì)平臺(tái)產(chǎn)生扭矩，對(duì)其造成不利影響。其中卷?yè)P(yáng)機(jī)和滑輪具體布置分別如圖7和圖8所示。

圖7 卷?yè)P(yáng)機(jī)布置平面

圖8 滑輪布置平面

鋼梁吊裝采用1個(gè)雙輪吊環(huán)型滑車作為頂部固定滑輪，采用1個(gè)單輪閉口吊鉤型滑車作為鋼梁上的動(dòng)滑輪，滑輪工作簡(jiǎn)圖如圖9所示。離卷?yè)P(yáng)機(jī)較近和較遠(yuǎn)的鋼梁吊裝方法分別如圖10和圖11所示。手動(dòng)葫蘆布置在底部鋼梁的下方，如圖12所示。

圖9 滑輪工作簡(jiǎn)圖

圖10 鋼梁吊裝1

圖11 鋼梁吊裝2

圖12 手動(dòng)葫蘆布置示意

4.3 鋼牛腿與混凝土牛腿組合構(gòu)造

如圖13所示，牛腿的尺寸選擇往往受到鋼平臺(tái)整體提升軌跡與墻體距離的限制，這一情況在本工程中尤為明顯。在現(xiàn)場(chǎng)施工中，鋼平臺(tái)與墻體最近處僅為400 mm，遠(yuǎn)不能滿足塔吊爬升梁安全擱置的焊接長(zhǎng)度要求，因此普通的牛腿預(yù)制做法在本工程中并不可取[5-7]。經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，最終采用預(yù)制混凝土牛腿與后焊接鋼牛腿的組合。

圖13 塔吊爬升梁牛腿示意

鋼牛腿、混凝土牛腿和埋件構(gòu)造示意見(jiàn)圖14。厚墻牛腿承受豎向力為2 825 kN，鋼結(jié)構(gòu)部分和混凝土部分按比例分配，混凝土牛腿承擔(dān)1 113 kN的豎向荷載，鋼牛腿承擔(dān)豎向荷載為1 712 kN。各項(xiàng)強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求，既保證了鋼平臺(tái)提升不與牛腿發(fā)生碰撞，又確保塔吊爬升梁擱置的安全性。

圖14 鋼牛腿、混凝土牛腿和埋件構(gòu)造示意

5 結(jié)語(yǔ)

以上海北外灘的超高層建筑為例，介紹了核心筒結(jié)構(gòu)中鋼平臺(tái)模板系統(tǒng)與塔吊支撐系統(tǒng)。通過(guò)調(diào)整爬升梁位置、爬升梁翻轉(zhuǎn)方法、鋼牛腿與混凝土牛腿組合構(gòu)造，最終形成了塔吊爬升與鋼平臺(tái)配合施工工藝，提高了核心筒區(qū)域內(nèi)的施工效率，同時(shí)也避免了爬升梁與鋼平臺(tái)和剪力墻之間的碰撞，提高了施工安全性，實(shí)現(xiàn)了綠色施工的目標(biāo)。