基于施工管理的交替支撐式整體鋼平臺設(shè)計(jì)及使用關(guān)鍵技術(shù)*

上海建工一建集團(tuán)有限公司 上海 200120

1 鋼平臺體系簡介[1-3]

鋼柱筒架交替支撐式液壓爬升整體鋼平臺模架體系（以下簡稱鋼平臺體系）包含5 個(gè)部分：鋼平臺、內(nèi)外掛腳手系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、液壓動(dòng)力及電氣控制系統(tǒng)和鋼大模系統(tǒng)。鋼平臺與內(nèi)外掛腳手系統(tǒng)共同構(gòu)成一個(gè)全封閉的施工環(huán)境。鋼平臺體系共有2 套不同的支承受力體系。其一為位于鋼平臺體系頂部的爬升立柱，爬升立柱上安裝液壓頂升油缸，液壓頂升油缸與電氣控制系統(tǒng)連接，構(gòu)成鋼平臺爬升過程中的支承受力體系。另一為鋼平臺體系底部的支撐鋼牛腿，非爬升狀態(tài)時(shí)，鋼牛腿擱置在預(yù)留洞口起支撐鋼平臺體系的作用。爬升立柱與支撐鋼牛腿分別在爬升、非爬升狀態(tài)中承受鋼平臺體系傳遞的荷載。

鋼平臺的平臺大梁通過內(nèi)掛腳手與底面大梁連接，形成封閉的內(nèi)掛腳手系統(tǒng)；外掛腳手系統(tǒng)通過鋼軌及滑輪懸掛于鋼平臺平臺大梁，構(gòu)成封閉的外掛腳手系統(tǒng)。內(nèi)、外掛腳手系統(tǒng)與鋼平臺形成封閉空間，為施工人員提供安全的施工環(huán)境。

2 鋼平臺體系設(shè)計(jì)

鋼平臺體系作為施工操作面，其構(gòu)件布置、支承體系布置與核心筒結(jié)構(gòu)形式密切相關(guān)。

在進(jìn)行鋼平臺體系設(shè)計(jì)時(shí)，必須綜合考慮混凝土核心筒的幾何尺寸、結(jié)構(gòu)形式及變化等因素，才能使鋼平臺體系滿足施工實(shí)際需求[4]。

混凝土核心筒剪力墻的布置及變化形式、加強(qiáng)層外伸鋼結(jié)構(gòu)的形式、核心筒結(jié)構(gòu)洞口的分布等因素影響鋼平臺體系的設(shè)計(jì)。

2.1 爬升立柱的布置

鋼平臺體系在爬升過程中，其上的荷載由爬升立柱群承擔(dān)。爬升立柱群的中心位置應(yīng)該與鋼平臺設(shè)計(jì)荷載中心盡量重合（圖1），避免引起爬升立柱荷載不均勻[3]。

圖1 大中里T2塔樓鋼平臺立柱布置

爬升立柱的布置應(yīng)避免下列部位：連系梁部位、核心筒勁性柱部位、結(jié)構(gòu)形式變化部位。

靜安區(qū)40#地塊T2塔樓為混凝土核心筒—型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，地上結(jié)構(gòu)共51 層。其中21M～22層以及36～38層設(shè)置有加強(qiáng)層，加強(qiáng)層部位設(shè)置有型鋼勁性柱。混凝土核心筒自北向南分為5 幅剪力墻4 倉，剪力墻間通過連系梁連接。

（a）根據(jù)鋼平臺設(shè)計(jì)驗(yàn)算報(bào)告，單個(gè)爬升立柱的最大荷載將近320 kN。考慮到實(shí)際提升過程中會有垃圾不能及時(shí)清運(yùn)、爬升立柱附著面不平整等因素，爬升立柱的最大荷載將超過320 kN，實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，單根爬升立柱的最大荷載達(dá)到400 kN。爬升立柱若直接支撐于連系梁，將會破壞連系梁。

（b）T2塔樓核心筒勁性柱為非連續(xù)勁性柱，僅在21M～22層、36～38層設(shè)置核心筒勁性柱。爬升立柱應(yīng)避開勁性柱，防止勁性柱無法安裝的問題產(chǎn)生。

（c）如圖1所示，T2塔樓核心筒中間兩倉在1～20層間存在1 道分隔墻，20層以上該分隔墻被取消。因此布置爬升立柱位置時(shí)，應(yīng)避開該部位，否則20層以上該部位爬升立柱將失去支承面。

2.2 支承鋼牛腿的布置

鋼平臺體系在非爬升狀態(tài)中，其上的荷載由支撐鋼牛腿群承擔(dān)。核心筒在綁扎鋼筋時(shí)預(yù)先留置牛腿擱置洞口，鋼牛腿擱置在牛腿洞口，承受荷載。

爬升立柱群通過螺栓固定于平臺大梁，作為整體受力。與爬升立柱群不同，鋼牛腿群位于底層大梁，且不同筒倉之間的底面大梁并不連通、被核心筒隔斷，未形成整體。

對于每一倉的鋼牛腿，其牛腿一般布置在筒倉的4 個(gè)角、并根據(jù)筒倉的幾何尺寸及設(shè)計(jì)荷載確定沿筒倉邊的牛腿個(gè)數(shù)（圖2）。

圖2 大中里T2塔樓鋼平臺牛腿布置

此外，牛腿布置還需注意以下幾點(diǎn)：

（a）盡可能利用已有結(jié)構(gòu)洞口，減少預(yù)留洞口工作量；

（b）盡可能避開上下結(jié)構(gòu)不一致的部位，如下層為實(shí)心核心筒，而上層核心筒局部大范圍開洞，造成牛腿懸空；

（c）同一幅核心筒剪力墻如果兩側(cè)都存在支承鋼牛腿，則應(yīng)盡量使兩側(cè)洞口處于相同位置，減少開洞范圍及洞口封模工作難度。

（d）支承鋼牛腿需避開核心筒內(nèi)的勁性柱。支承鋼牛腿需伸入墻體內(nèi)一定深度，而勁性柱屬于不可破壞的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，因此設(shè)計(jì)支承鋼牛腿位置時(shí)必須避開勁性柱。

2.3 平臺大梁設(shè)計(jì)

鋼平臺在爬升過程中，外掛腳手、內(nèi)掛腳手及其上的堆載均施加在平臺大梁。平臺大梁需合理布置，同時(shí)便于施工（圖3）。

圖3 大中里T2塔樓鋼平臺鋼梁布置

（a）應(yīng)沿每幅核心筒剪力墻兩側(cè)各設(shè)置1 道大梁。爬升立柱通過頂升液壓油缸及爬升靴與平臺大梁連接，由頂升液壓油缸和爬升靴帶動(dòng)鋼平臺上升。其次，兩側(cè)大梁之間的空隙提供了材料運(yùn)輸?shù)目臻g，方便施工人員將鋼平臺頂部的材料運(yùn)入施工操作面。

（b）核心筒剪力墻間的大梁，應(yīng)參考結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)力、變形等參數(shù)，以及鋼結(jié)構(gòu)吊裝的因素，綜合確定核心筒剪力墻間的大梁的數(shù)目及間距。對于混凝土核心筒超高層結(jié)構(gòu)而言，在某些樓層增加鋼柱、鋼梁作為加強(qiáng)層。施工核心筒時(shí)，平臺大梁位于施工面以上，鋼梁吊裝需通過平臺大梁之間的空隙。平臺大梁之間的距離影響勁性鋼梁構(gòu)件的長度劃分、吊裝難易程度，從而影響施工工期。

（c）核心筒剪力墻加強(qiáng)層的勁性鋼柱一般帶有外伸的鋼牛腿，某些部位的平臺大梁及外掛腳手會阻擋鋼牛腿。過桁架層時(shí)通過拆除局部大梁、外掛腳手，使鋼平臺順利通過桁架層。設(shè)計(jì)平臺大梁時(shí)，需要考慮該部位鋼梁的形式、拆除、回補(bǔ)方法等問題。

2.4 爬升流程安排

鋼平臺施工過程中，最為重要的是協(xié)調(diào)鋼平臺、塔吊、人貨電梯之間的爬升流程。若三者爬升流程未能安排好，極有可能造成鋼平臺已升至塔吊底，而塔吊因埋件未露出等原因而無法爬升。

鋼平臺、塔吊、人貨梯之間的爬升應(yīng)滿足以下要求：

（a）鋼平臺升至塔吊底時(shí)，塔吊埋件應(yīng)已露出，滿足塔吊的爬升條件。安排爬升流程時(shí)，應(yīng)核對每次爬升的各部分標(biāo)高。確保鋼平臺升至塔吊底時(shí)，鋼平臺頂部立柱標(biāo)高低于塔吊底部標(biāo)高，塔吊埋件標(biāo)高低于鋼平臺支承鋼牛腿洞口標(biāo)高。

（b）合理安排塔吊爬升時(shí)間。鋼平臺體系在塔吊爬升時(shí)不能施工，塔吊爬升一般需要占用2～3 d，甚至4～5 d，相當(dāng)于每層核心筒施工時(shí)間增加1～2 d，降低了核心筒的施工效率。

（c）人貨梯應(yīng)緊跟鋼平臺體系，及時(shí)接長導(dǎo)軌。對于人貨梯直達(dá)鋼平臺頂層的情況尤為重要，否則施工人員無法到達(dá)施工層，影響工期。

2.5 人貨梯移動(dòng)附墻架

人貨梯到鋼平臺有2 種方式，一是人貨梯直達(dá)鋼平臺頂層，二是人貨梯直達(dá)鋼平臺底部或底部下掛的臨時(shí)梯籠。對于直達(dá)鋼平臺頂層的人貨梯，需在鋼平臺上焊接移動(dòng)附墻架，將人貨梯的附墻連接至鋼平臺上的移動(dòng)附墻架（圖4）。

圖4 人貨電梯移動(dòng)附墻架示意

3 鋼平臺體系使用

3.1 爬升立柱穩(wěn)定

鋼平臺在爬升過程中，爬升立柱直接壓在核心筒上。由于澆筑、養(yǎng)護(hù)等原因，核心筒標(biāo)高并不一致。爬升立柱支承在高低不一的核心筒上，產(chǎn)生偏心受壓，易至立柱傾覆[5,6]。

對于可重復(fù)利用的立柱體系，可采取如下方式：在立柱底座焊接2 塊鋼板，間隔一定距離。在2 塊鋼板的相同部位開洞，穿入預(yù)留在核心筒內(nèi)的特制鋼筋，鋼筋伸出較高一塊鋼板約2～4 個(gè)絲扣，然后擰緊螺栓。防止立柱移位、傾覆。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)修改對鋼平臺的影響

鋼平臺體系中，爬升立柱及支承鋼牛腿受設(shè)計(jì)修改影響最大。

核心筒結(jié)構(gòu)開洞修改，影響支承鋼牛腿就位。針對結(jié)構(gòu)開洞修改對支承鋼牛腿的影響，一般可分為2 種類型：

（a）當(dāng)洞口為機(jī)電等較小尺寸洞口，造成原有支承鋼牛腿底面標(biāo)高比新開洞口高。對于這類情況，有2 種處理方式，一是在不影響鋼平臺與塔吊協(xié)調(diào)爬升的前提下，可以修改相應(yīng)樓層內(nèi)鋼平臺每次的爬升高度；二是在提升之前墊鋼板，用以彌補(bǔ)彼此的高差。

（b）當(dāng)洞口為門洞等大尺寸洞口時(shí)，一般不能采取降低爬升高度的方式。爬升高度降低過大，可能導(dǎo)致鋼平臺爬升與塔吊爬升沖突。通常的做法是根據(jù)高度差定加工鋼立柱，作為鋼牛腿的臨時(shí)支撐。

如果爬升立柱下部核心筒墻體改變?yōu)榧袅B系梁、或改變?yōu)槠渌愋投纯?，則應(yīng)校核首先由此形成的梁是否滿足爬升立柱傳遞的荷載；當(dāng)梁不滿足爬升立柱荷載承受要求時(shí)，應(yīng)在該梁下部搭設(shè)支撐腳手。

3.3 鋼平臺爬升與塔吊爬升協(xié)調(diào)

在前述鋼平臺與塔吊協(xié)調(diào)一節(jié)中，已說明鋼平臺與塔吊的爬升關(guān)系。實(shí)際使用過程中，仍舊會遇到鋼平臺爬升立柱接近塔吊底部時(shí)，塔吊埋件仍未露出的情況。造成這種情況的原因通常是塔吊扶墻間距受限、鋼平臺整體高度（平臺底至爬升立柱頂端的長度）無法減小。

該種情況下，可做如下處理：首先，將爬升立柱降至已澆筑的核心筒表面；其次，按正常程序提升鋼平臺；再次，回升塔吊塔身回轉(zhuǎn)半徑之外的爬升立柱；最后，待塔吊爬升完畢之后回升剩余的立柱（圖5）。

圖5 鋼平臺及塔吊協(xié)調(diào)示意

3.4 桁架層施工[7]

鋼平臺在通過桁架層時(shí)，需拆除桁架層部位的鋼平臺構(gòu)件。鋼平臺外掛腳手每步依次通過桁架層，依次拆除相應(yīng)部位鋼構(gòu)件，通過桁架層后依次回補(bǔ)相應(yīng)部位構(gòu)件。

具體工序如下：

（a）吊裝核心筒內(nèi)勁性鋼柱，確定勁性鋼柱影響鋼平臺的范圍；

（b）拆除該次爬升影響的步數(shù)內(nèi)的鋼平臺構(gòu)件，并在拆除部位的四周做好安全防護(hù)措施；

（c）提升鋼平臺，施工核心筒；

（d）拆除第2次爬升影響的鋼平臺構(gòu)件，并備好第1次爬升時(shí)拆除的鋼平臺構(gòu)件；

（f）第2次爬升完畢，應(yīng)立即回補(bǔ)第1次拆除的鋼平臺構(gòu)件，確保鋼平臺結(jié)構(gòu)的整體性和安全性。

3.5 鋼平臺外腳手收分

一般而言，核心筒剪力墻厚度從下往上厚度逐漸減小，且是外圍尺寸減小。因此，核心筒外緣與外掛腳手的距離將會越來越大（甚至可達(dá)0.6 m），對施工人員而言，極度不安全。

當(dāng)鋼平臺底層已經(jīng)經(jīng)過收分變化部位時(shí)，即應(yīng)進(jìn)行鋼平臺外腳手收分。收分施工步驟如下：

（a）將外掛腳手內(nèi)立桿用通長腳手管連接成整體，每隔1 步用1 根腳手管連接；

（b）預(yù)先在平臺大梁焊接耳板，用手拉葫蘆連接通長的腳手管與平臺大梁。

（c）拆除斜角處兩側(cè)外掛腳手單元，并拆除滑移鋼梁和軌道鋼梁之間的連接螺栓，使滑移鋼梁沿軌道鋼梁移動(dòng)；

（d）操作人員在鋼平臺頂層利用手拉葫蘆將帶滾輪的外腳手向墻體拉攏，依次將各條邊的外腳手收分到位；收分時(shí)，角部腳手不移動(dòng)；

（e）進(jìn)行底部閘板補(bǔ)缺，連接腳手走道板、側(cè)網(wǎng)，并對相應(yīng)的空缺部分補(bǔ)缺，完成整個(gè)外腳手內(nèi)移工作。

4 結(jié)語

鋼平臺體系屬于根據(jù)核心筒結(jié)構(gòu)形式變化而變化的操作平臺體系，因此，其爬升立柱群分布、支承鋼牛腿分布、平臺鋼大梁等需依據(jù)核心筒形式及變化而設(shè)計(jì)，確保鋼平臺的整體性，以滿足爬升、收分、過桁架層等施工要求。