超高層建筑液壓防護屏施工技術(shù)

張相平，喬會丹，曹江，周蕓蕓，王云鑫，樊津含

（中國建筑第二工程局有限公司華南分公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

星河雅寶高科創(chuàng)新園四A地塊項目位于深圳市龍崗區(qū)，項目占地面積約為3.5×104m2，地下5層，地上包括1棟74層的塔樓及裙樓等。其中，超高層塔樓結(jié)構(gòu)高度為338.1 m。塔樓外框結(jié)構(gòu)設(shè)有16根勁性鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)柱，外框結(jié)構(gòu)采用型鋼梁+鋼筋桁架樓承板。塔樓標準層高為4.5 m，避難層層高為5.1 m。

塔樓平面設(shè)計為帶圓角正方形，塔樓外觀由下至上逐漸內(nèi)收，累計內(nèi)收3.56 m。塔樓平面正方形4個角部圓弧半徑由11.35 m（5F）開始變小，最小半徑為10.35 m（42F），然后再變大，最大半徑為15.03 m（74F）。

2 施工重難點與解決方案

本塔樓外框標準層結(jié)構(gòu)板采用TD4-90桁架板，厚度為120 mm，混凝土等級為C30。若采用傳統(tǒng)爬架進行塔樓外防護，按照覆蓋3.5個樓層高度及上下樓層預(yù)留一定防護高度要求，本項目爬架總高度至少需要16 m?？紤]到傳統(tǒng)爬架設(shè)有通道，高度高，自重較大，經(jīng)驗算，本項目120 mm厚強度等級C30的桁架樓承板無法滿足爬架附著點承載力要求。同時，爬架對于圓弧形且豎向收縮變化的外立面適應(yīng)性不佳，爬架爬升過程中，跟隨樓層變化對爬架進行調(diào)整的工序較復(fù)雜。

本塔樓外框的16根矩形鋼骨混凝土柱，隨著外框邊緣線逐層收縮，柱子與樓板邊緣的距離在1.6~0.4 m變化，塔樓外框柱采用鋁合金模板+10#槽鋼背楞加固體系，鋼骨混凝土柱的施工可以利用樓層內(nèi)搭設(shè)的操作架，不依賴外爬架。

綜合上述因素并結(jié)合本塔樓結(jié)構(gòu)特點，經(jīng)多方調(diào)研，本項目決定選擇不設(shè)置人員通行走道的PS50液壓防護屏作為塔樓結(jié)構(gòu)施工的外防護措施。由于液壓爬升防護屏沒有走道，架體自重大大降低，可滿足外框結(jié)構(gòu)板附著架體荷載需求。

3 液壓爬升防護屏構(gòu)造

液壓爬升防護屏包括液壓動力系統(tǒng)[1]、導(dǎo)軌、埋件系統(tǒng)、承重插銷和防護屏系統(tǒng)5個部分，其標準單元示意圖如圖1所示。

本工程液壓動力系統(tǒng)的液壓油缸行程為300 mm，額定壓力40 MPa，工作荷載60 kN，爬升速度約為0.4 m/min。導(dǎo)軌由雙Q345長12 m的雙20#槽鋼焊接而成，間隔300 mm焊接梯檔，導(dǎo)軌頂部設(shè)置雙10#槽鋼，長度為4 m的維護立柱。

埋件系統(tǒng)由掛座、埋件板和受力螺栓組成。每根導(dǎo)軌配有3個插銷，其中，2個是承重插銷，1個是安全插銷，防護屏爬升到位后，同時插入承重插銷和安全插銷，起到防墜作用。防墜機構(gòu)安裝于液壓油缸上，液壓缸收回時壓在掛座上，并隨液壓缸往復(fù)運動自動復(fù)位，可支撐導(dǎo)軌梯檔，防止導(dǎo)軌墜落。

防護屏系統(tǒng)由維護立桿、維護橫梁、防護板及網(wǎng)板鉤栓組成，安裝在液壓爬升防護屏外側(cè)，是高層及超高層建筑施工中的安全防護系統(tǒng)。其維護橫梁為Q235級40mm×80mm×3mm的鋼方通，間距1m設(shè)置，通過U形螺栓將外防護沖孔鋼板與豎向?qū)к壒潭?，外防護沖孔鋼板為1 m×1 m的Q235級鋼材，鋼板孔徑為φ5 mm，四周設(shè)置30 mm×3 mm角鋼邊框，通過螺栓將相鄰鋼板進行連接，其擋風系數(shù)＜0.65。

4 液壓爬升防護屏布置方案

本塔樓外防護屏以結(jié)構(gòu)中心為原點，呈中心對稱布置，共設(shè)機位64榀，爬升單元32組，每個單元可獨立進行爬升。架體總高16 m，覆蓋3.5個標準層層高，可滿足鋼筋綁扎及混凝土澆筑層均位于防護屏覆蓋范圍內(nèi)，高度滿足層高5.1 m避難層的爬升要求。

5 施工工藝流程及工藝要點

工藝流程：分組單元防護屏地面拼裝→樓板預(yù)埋錨固安裝孔→安裝樓面移動掛座→分組單元防護屏吊裝→試運行驗收→防護屏爬升操作→防護屏拆除。

5.1 分組單元防護屏地面拼裝

根據(jù)本工程防護屏架體設(shè)計，其最大架體單元為16 m×9.4 m。在地面已歸劃好的場地上，按照架體搭設(shè)參數(shù)進行測量放線，架體采用承插性扣件式鋼管腳手架搭設(shè)1.2 m×1.2 m×1.5 m（縱距×橫距×步距）。

5.2 樓面預(yù)埋錨固安裝孔

根據(jù)防護屏機位的平面布置進行測量放線定位，在距離樓板邊緣576 mm起始開設(shè)4個圓孔，其前后2個圓孔間距為250 mm，左右為280 mm。預(yù)留孔必須避開桁架樓承板鋼筋，無法避讓部位需采取鋼筋加強措施。

5.3 安裝樓面移動掛座

本工程防護屏部署于7F施工完成后進行整體吊裝，其5F為最下一層支撐，共計3層支撐[2]。樓面移動支撐移動掛座安裝之前，同條件混凝土試塊強度需達到C15及以上，安裝之前復(fù)核螺桿孔定位。埋件板通過4根強度等級為8.8級的M24（長度L=240 mm）高強對拉絲桿、墊板及上下雙螺母固定于結(jié)構(gòu)板上，其埋件板下方采用50 mm×100 mm木方消除結(jié)構(gòu)邊上返50 mm高低差。對拉絲桿螺母擰緊力矩達40~65 N·m，其雙螺母與埋件板之間設(shè)置≥100 mm×100 mm×50 mm墊板，埋件板安裝完成后，根據(jù)設(shè)計圖紙確定樓面支撐移動掛座懸挑長度，并用定位插銷依次固定樓面移動掛座。

5.4 分組單元防護屏吊裝

吊裝使用2根8 m布制吊帶（6 t），吊具使用≥2 t吊扣，吊點設(shè)置于導(dǎo)軌上。用塔吊提升防護屏架體，調(diào)整防護屏架體相對結(jié)構(gòu)高度并就位。立即插入承重插銷，鎖住導(dǎo)軌。將懸挑端斜拉桿與最上一層樓面移動支座進行固定，此時導(dǎo)軌必須被3層樓板掛座上所有承重插銷鎖住。分樓層依次安裝鋼翻板。

5.5 試運行驗收

單元安裝完成后，進行試運行驗收，驗收時，解除掛座以外的所有與結(jié)構(gòu)連接部分，并安裝液壓油缸及進行驗收工作。試運行階段爬升一個梯檔，保證架體爬升過程無卡頓，無明顯晃動，爬升平穩(wěn)。

5.6 防護屏爬升操作

當N+4層混凝土達到15 MPa后，安裝樓面伸縮掛座，解開懸挑端斜拉桿，并依次往外伸出樓面伸縮掛座，調(diào)節(jié)防護屏爬升角度，安裝液壓油缸并將液壓動力系統(tǒng)接通，液壓系統(tǒng)推動防護屏架體爬升，爬升1~2個梯檔后，拔出承重插銷。爬升到位后，依次插入承重插銷，將導(dǎo)軌與樓面伸縮掛座鎖住，關(guān)閉液壓動力控制系統(tǒng)。液壓爬升防護屏進入下一個爬升循環(huán)。

5.7 防護屏拆除

最后一次施工完成后，拆除鋼翻板并解開懸挑端斜拉桿，將單元之間的連接件依次解開，并拆除所有外部連接，在吊點處使用鋼絲繩連接牢固，采用塔吊使其上升1~2個梯檔后，逐個拆除承重插銷，分別吊裝各單元至地面，進行解體分類堆放。

6 特殊部位關(guān)鍵技術(shù)

6.1 樓面支撐移動掛座

通過調(diào)整移動支座與埋件板之間的位置關(guān)系實現(xiàn)移動，其移動支座通過雙20#槽鋼對接焊接組合，形成一個矩形方管，在其槽鋼腹板上間隔100 mm設(shè)置插銷定位孔。

樓面支撐移動掛座設(shè)有4根螺桿與結(jié)構(gòu)連接，每個掛座處采用4個M24（長度L=410 mm）的螺桿與埋件板套筒連接，螺桿強度等級為8.8級，并設(shè)有相同強度且配套的雙螺母墊片（每根螺桿配2個螺母）；在高強螺栓進行初擰后24 h內(nèi)進行終擰，48 h內(nèi)要對其進行檢測驗收。螺桿固定支座，再通過支座固定移動梁。

6.2 三角鋼支架附墻支座

44層南側(cè)無樓板，無法與正常標準層一樣布置掛座，實現(xiàn)防護屏的爬升與使用中的固定。43層結(jié)構(gòu)樓板施工完成后，安裝三角鋼支架，其高度為4.5 m，數(shù)量與機位數(shù)量一致，用于防護屏樓面掛座附著。支撐架內(nèi)側(cè)使用可調(diào)斜桿，外側(cè)使用斜撐立柱對支撐架進行穩(wěn)定加固，保證防護屏能夠正常爬升。

6.3 圓弧部位可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角網(wǎng)板

因其塔樓四角隨結(jié)構(gòu)升高在徑向進行收縮，在結(jié)構(gòu)收縮一定范圍內(nèi)，采用可調(diào)節(jié)移動掛座及可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角網(wǎng)板進行調(diào)整變化。結(jié)構(gòu)移動超過一定范圍后，拆除局部防護屏，以滿足封閉防護的需求。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，其四角圓弧位置分別設(shè)置單元三兩組、單元四兩組和一組單元五如圖2所示，其中，單元三分別于31F、40F、46F、52F、61F及68F拆除200 mm寬防護屏網(wǎng)片，單元四分別于56F和61F拆除200 mm寬防護屏網(wǎng)片，單元五分別于40F、46F和64F拆除300 mm寬防護屏網(wǎng)片，以適應(yīng)結(jié)構(gòu)收縮。

可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角網(wǎng)板：通過在防護網(wǎng)片橫向龍骨上設(shè)置旋轉(zhuǎn)軸，實現(xiàn)防護網(wǎng)片的弧面調(diào)節(jié)，旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)計位置與相應(yīng)單元的拆改位置實現(xiàn)轉(zhuǎn)動的同時便于后期拆除。

6.4 超長自由端斜拉桿

本塔樓層高較高，塔樓標準層高為4.5 m，避難層層高為5.1 m，防護屏需高出施工作業(yè)面1.5 m，即防護屏頂部自由端長度為6~6.6 m。防護屏結(jié)構(gòu)單薄，剛度遠小于帶有走道的鋼爬架，為避免高空風荷載影響防護屏安全，在最高的附著支座處增設(shè)5#槽鋼斜拉桿，將附墻掛座與豎向龍骨上端進行拉結(jié)固定，使其樓面移動支撐掛座、豎向龍骨與5#槽鋼斜拉桿形成三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)對防護屏的自由端的固定。采用斜拉桿后，防護屏自由端長度可縮短4.5 m（一個標準層）。

7 結(jié)語

在現(xiàn)有的超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中，其外框柱大部分為型鋼混凝土巨型柱，在其結(jié)構(gòu)柱施工過程中的安全防護是整個超高層建造過程中的重點之一，為確保在施工過程中的安全，通常采用全封閉式防護。通過對本塔樓結(jié)構(gòu)情況進行分析，優(yōu)化采用了液壓爬升防護屏體系，相對常規(guī)爬架減小了其自重的同時，確保了結(jié)構(gòu)柱施工安全，適用于躍層、樓層逐漸收縮及自由端超高等情況。