超高層微傾建筑中自適應(yīng)全鋼附著升降式腳手架的設(shè)計(jì)與施工

趙長江 侯春明 馬靖華 霍宗耀 吳開毅 毋 敏

中建三局集團(tuán)有限公司成都分公司 四川 成都 610041

1 工程概況

重慶來福士項(xiàng)目位于重慶兩江交匯的朝天門，項(xiàng)目總占地面積90 000 m2，總建筑面積約1 100 000 m2，由3層地下室、6層裙樓、8棟超高層塔樓及連接4棟塔樓的3層空中連廊構(gòu)成，是集商場、酒店、寫字樓、高端住宅為一體的城市綜合體項(xiàng)目，建成后將成為重慶市地標(biāo)性建筑之一。

項(xiàng)目超高層塔樓為框架核心筒結(jié)構(gòu)，南北兩側(cè)立面為弧形面，其中南側(cè)為內(nèi)凹形、北側(cè)為外凸形，東西兩側(cè)為豎直平面，塔樓結(jié)構(gòu)最大傾斜角度多達(dá)8°，如圖1所示。樓層平面南北側(cè)有弧形陽臺(tái)，樓層結(jié)構(gòu)板邊緣不規(guī)則。為保證塔樓主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)周邊架體嚴(yán)密封閉，同時(shí)保證施工進(jìn)度，采用全鋼附著升降式腳手架作為外防護(hù)架[1]。

2 微傾建筑附著升降式腳手架施工重、難點(diǎn)

圖1 項(xiàng)目塔樓側(cè)面

全鋼附著升降式腳手架主要由滑道框架模塊、腳手板模塊、立桿模塊、安全網(wǎng)模塊、頂端小橫桿、翻板模塊、附著設(shè)備、升降設(shè)備、控制系統(tǒng)、防墜防傾附著裝置、上下鋼爬梯等組成。附著升降式腳手架構(gòu)成如圖2所示。

升降式腳手架附著裝置為防墜防傾附著裝置，并將提升拉桿等集成在內(nèi)。附著裝置前端通過帶防墜塊的導(dǎo)向座與滑道框架的防墜管連接，后端通過連接板與預(yù)埋螺栓連接，提升時(shí)通過電動(dòng)葫蘆懸掛在提升拉桿上進(jìn)行。防墜防傾附著裝置如圖3所示。

常規(guī)的升降式腳手架附著機(jī)位固定、防護(hù)板塊位置固定，無法適應(yīng)塔樓外立面豎向微傾和不規(guī)則平面的造型需求[2]。若要將其應(yīng)用于超高層微傾建筑中，則主要需要克 服以下重、難點(diǎn)：

圖2 附著升降式腳手架構(gòu)件示意

圖3 防墜防傾附著裝置

1）塔樓南北兩側(cè)立面為弧形面，南側(cè)內(nèi)凹，北側(cè)外凸。升降式腳手架在爬升過程中需跟隨立面造型形式進(jìn)行角度調(diào)整，常規(guī)附著桿件無法適應(yīng)不同長度的附著需求。

2）塔樓結(jié)構(gòu)微傾，塔樓外框柱均為斜柱，且梁柱外側(cè)不齊平，常規(guī)升降式腳手架附著機(jī)位長度固定，無法根據(jù)結(jié)構(gòu)梁柱位置進(jìn)行調(diào)整，在結(jié)構(gòu)梁柱位置變化區(qū)域無法有效固定升降式腳手架。

3）塔樓東西兩側(cè)立面為平面，但是南北邊緣呈現(xiàn)弧形，角部位置每層都在變化，常規(guī)升降式腳手架的板塊無法適應(yīng)弧形邊緣造型，無法完全封堵角部縫隙。

4）為保證施工樓層外立面完全封閉，升降式腳手架設(shè)計(jì)防護(hù)范圍為4.5層，總高約16 m。若升降式腳手架采用整體安裝，則會(huì)影響對(duì)應(yīng)區(qū)域的結(jié)構(gòu)施工，從而影響工期。

針對(duì)以上重、難點(diǎn)，結(jié)合項(xiàng)目塔樓結(jié)構(gòu)形式，對(duì)傳統(tǒng)的附著升降式腳手架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用可調(diào)節(jié)挑臂附著＋標(biāo)準(zhǔn)附著體系、加長附著＋標(biāo)準(zhǔn)附著、立面固定架＋角部活動(dòng)架、附著機(jī)位隨結(jié)構(gòu)調(diào)整、分段分節(jié)安裝、斜向爬升等工藝，有效解決了上述設(shè)計(jì)與施工的重、難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)升降式腳手架斜向爬升，保證塔樓結(jié)構(gòu)周圍防護(hù)嚴(yán)密。

3 自適應(yīng)全鋼附著升降式腳手架優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 附著體系優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1.1 可調(diào)節(jié)挑臂附著＋標(biāo)準(zhǔn)附著體系

塔樓結(jié)構(gòu)南北側(cè)呈弧形面，不同樓層板邊緣不同，升降式腳手架附著構(gòu)件在不同樓層的附著長度不同，且每次提升后需根據(jù)新樓層的板邊緣進(jìn)行調(diào)整。為此，針對(duì)性地設(shè)計(jì)出一種可調(diào)節(jié)挑臂附著（圖4），挑臂附著由挑臂導(dǎo)軌、可調(diào)加長件、固定螺桿等部分組成。

圖4 可調(diào)節(jié)挑臂附著示意

挑臂導(dǎo)軌可通過固定螺桿在結(jié)構(gòu)的埋設(shè)位置進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，但是由于水平弧形陽臺(tái)挑板結(jié)構(gòu)長度不一致，故僅依靠調(diào)節(jié)挑臂導(dǎo)軌無法滿足調(diào)節(jié)距離精度要求。通過可調(diào)加長件輔助調(diào)節(jié)，加長件內(nèi)部的連接螺桿可通過調(diào)節(jié)齒輪進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)長度，加長件可調(diào)節(jié)最大距離為300 mm?？烧{(diào)節(jié)加長件如圖5所示。

圖5 可調(diào)節(jié)加長件示意

挑臂附著構(gòu)件通過挑臂導(dǎo)軌固定在結(jié)構(gòu)上，可調(diào)加長件外筒連接板與防墜防傾附著構(gòu)件連接，加長件內(nèi)筒與挑臂導(dǎo)軌連接?？烧{(diào)附著體系連接如圖6所示。

圖6 可調(diào)節(jié)挑臂＋標(biāo)準(zhǔn)附著實(shí)景

3.1.2 加長附著＋標(biāo)準(zhǔn)附著體系

塔樓結(jié)構(gòu)東西立面為水平面，其結(jié)構(gòu)外框柱呈傾斜布置，且凸出結(jié)構(gòu)梁，梁柱結(jié)構(gòu)外側(cè)邊緣不齊平，根據(jù)結(jié)構(gòu)柱外凸尺寸定制加長附著件，用長250 mm的加長附著件補(bǔ)充結(jié)構(gòu)梁和標(biāo)準(zhǔn)附著件之間的空隙，如圖7所示。

圖7 加長附著＋標(biāo)準(zhǔn)附著示意

安裝過程中，在結(jié)構(gòu)梁的位置先安裝加長附著件，再將標(biāo)準(zhǔn)附著件與加長件通過螺栓連接固定，安裝實(shí)景如圖8所示。

3.2 角部防護(hù)體系優(yōu)化設(shè)計(jì)

本工程塔樓為弧形造型，角部位置的結(jié)構(gòu)造型每層都不一致，且向上爬升時(shí)南北側(cè)斜向架體與東西側(cè)豎直架體產(chǎn)生沖突。針對(duì)此問題，對(duì)升降式腳手架外側(cè)鋼質(zhì)安全網(wǎng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，將角部的常規(guī)方形固定防護(hù)架改為活動(dòng)的三角形防護(hù)架與梯形防護(hù)架。

角部活動(dòng)架直角邊與東西側(cè)豎向固定架連接固定，斜邊與南北側(cè)斜向架體連接，活動(dòng)防護(hù)架根據(jù)東西立面的豎向固定架與南北側(cè)斜向架體之間的縫隙進(jìn)行選擇拼裝，通常為將下方板塊依次向上方安裝即可。角部活動(dòng)架安裝如圖9所示。

圖8 加長附著＋標(biāo)準(zhǔn)附著安裝實(shí)景

圖9 角部異形架安裝實(shí)景

3.3 安裝方式優(yōu)化設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目采用的升降式腳手架防護(hù)高度為4層半，在塔樓主體結(jié)構(gòu)施工至第6層左右進(jìn)行安裝，且安裝區(qū)域需要拆除外架。為減少安裝升降式腳手架對(duì)主體結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度的影響，同時(shí)減少外架拆除區(qū)域和安全隱患，對(duì)升降式腳手架板塊進(jìn)行優(yōu)化。

為減少安裝時(shí)外架拆除區(qū)域，將升降式腳手架上下分為2節(jié)安裝，立面下節(jié)安裝高度10.2 m，上節(jié)安裝高度6.0 m。安裝時(shí)先安裝下節(jié)架體，高度約2層半，僅需要拆除2層外架即可，主體結(jié)構(gòu)施工至上方樓層后，再安裝上節(jié)架體，與下節(jié)架體組合構(gòu)成整體升降式腳手架。

塔樓結(jié)構(gòu)樓層施工不同步，單層結(jié)構(gòu)分為南北兩部分施工，故將升降式腳手架東西立面架體在施工縫位置進(jìn)行分塊，塔樓四周升降式腳手架整體分為南北兩部分。兩部分分別在對(duì)應(yīng)的施工樓層進(jìn)行安裝，且可相對(duì)獨(dú)立地進(jìn)行安拆及爬升。

4 自適應(yīng)全鋼附著升降式腳手架施工

4.1 附著升降式腳手架施工部署

自適應(yīng)全鋼附著升降式腳手架針對(duì)項(xiàng)目塔樓結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行加工生產(chǎn)，架體各部分構(gòu)配件進(jìn)場時(shí)進(jìn)行全面質(zhì)量驗(yàn)收。

附著升降式腳手架安裝前結(jié)合項(xiàng)目塔樓情況進(jìn)行平面布置，在塔樓南北側(cè)設(shè)置可調(diào)挑臂附著，挑臂附著依次編號(hào)，便于調(diào)節(jié)。在塔樓東西立面結(jié)構(gòu)柱位置設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)附著件，東西立面結(jié)構(gòu)梁位置增設(shè)加長附著件。東西立面的架體在中間進(jìn)行分段，且在4個(gè)角部均設(shè)置活動(dòng)架，對(duì)角部架依次編號(hào)。卸料平臺(tái)的位置根據(jù)需要在架體下半節(jié)開設(shè)預(yù)留孔洞，在東西兩側(cè)各留設(shè)3個(gè)卸料平臺(tái)。塔樓升降式腳手架平面布置如圖10所示。

4.2 附著升降式腳手架安裝施工工藝

升降式腳手架的附著件埋件在主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)即在結(jié)構(gòu)梁柱上完成預(yù)埋，然后將附著件與預(yù)埋件對(duì)應(yīng)安裝。

架體組裝分節(jié)進(jìn)行，先組裝下節(jié)再組裝上節(jié)。架體在地面組裝完成，組裝順序?yàn)椋涸诘孛鏀[放所需機(jī)位滑道、內(nèi)排立桿→安裝底部腳手板和機(jī)位托盤→安裝其他腳手板→安裝外排立桿→安裝機(jī)位吊點(diǎn)、斜撐→安裝腰桿→安裝安全網(wǎng)架。

圖10 附著升降式腳手架平面布置

架體分節(jié)組裝完成后采用塔吊進(jìn)行吊裝，將吊鉤掛在待安裝架體單元立桿上部孔內(nèi)的四處U形螺栓吊環(huán)內(nèi)，并保證起吊后下節(jié)架體單元垂直。

整體吊裝順序從轉(zhuǎn)角處開始，依次吊裝。起吊后校正架體單元橫縱方向的角度，校正好安裝位置后立即安裝架體下部2個(gè)附墻固定附著支座，且在每個(gè)附墻固定附著支座上平面處導(dǎo)軌上安裝好2個(gè)定位承載扣件，下節(jié)架體安裝時(shí)需設(shè)置預(yù)埋臨時(shí)拉結(jié)架體，防止傾覆。第2組吊裝時(shí)與第1組用螺栓連接內(nèi)外排架體，補(bǔ)齊外排安全網(wǎng)、立桿等。

架體吊裝后完成斷片處立面安全網(wǎng)封閉、橫向腳手板搭接。在與樓板處于同一平面時(shí)將活動(dòng)鋼質(zhì)翻板打開，用以封閉架體與樓板之間的縫隙。南北側(cè)的架體翻板采用定制的加長板，從而保證各樓層不同寬度的縫隙均能夠封堵嚴(yán)密。

4.3 提升電控系統(tǒng)安裝工藝

為保證架體提升的同步性，在每個(gè)機(jī)位配備一套升降和同步控制系統(tǒng)。由于電動(dòng)葫蘆安裝在架體平臺(tái)第2層腳手板下部，并配置力傳感器，故在提升時(shí)，操作人員可安全地對(duì)架體的電控同步提升系統(tǒng)進(jìn)行操作。待架體提升完畢后關(guān)閉電控提升系統(tǒng)，并將架體導(dǎo)軌附著點(diǎn)與附著體系緊固，完成提升過程。

電控系統(tǒng)使用電壓為三相380 V，電控系統(tǒng)還設(shè)置了漏電保護(hù)裝置，確保使用過程中的用電安全。

升降設(shè)備由環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆和傳感器、PLC電控系統(tǒng)等組成。機(jī)位荷載與該機(jī)位的基準(zhǔn)荷載偏差大于設(shè)定值15%時(shí)，系統(tǒng)向電氣執(zhí)行元件發(fā)出啟停指令，從而使得整個(gè)升降式腳手架荷載基本平衡一致；當(dāng)機(jī)位荷載與該機(jī)位的基準(zhǔn)荷載偏差大于設(shè)定值30%時(shí)，系統(tǒng)向電氣執(zhí)行元件發(fā)出停止指令，使該機(jī)位所在的整片架體停機(jī)，可有效保證架體提升過程安全。

4.4 附著升降式腳手架爬升工藝

4.4.1 斜向爬升工藝流程

塔樓不同樓層的陽臺(tái)外伸結(jié)構(gòu)長度不同，為滿足升降式腳手架在塔樓弧形立面爬升的可操作性，通過調(diào)節(jié)南北側(cè)挑臂附著的伸縮長度，控制南北側(cè)架體的不同傾斜角度。架體傾斜角度調(diào)整完成后，通過架體底部的電動(dòng)葫蘆提升。

架體防護(hù)高度為4層半，在各層結(jié)構(gòu)樓層外側(cè)邊緣安裝附著件，附著件由下向上依次編號(hào)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（分別對(duì)應(yīng)提升后的樓層位置）。標(biāo)準(zhǔn)附著件上均設(shè)置有卸力吊點(diǎn)，卸力吊點(diǎn)由預(yù)埋在梁柱里的螺桿和環(huán)卡組成，并通過防墜鋼絲繩與底部導(dǎo)向座連接，保證提升過程中架體的安全。

架體爬升時(shí)，東西立面的豎向固定架爬升流程與常規(guī)升降式腳手架爬升流程一致，只是角部可調(diào)活動(dòng)架需要跟隨樓層結(jié)構(gòu)變化逐層進(jìn)行拆裝。南北側(cè)爬升流程如下：加固附著件Ⅲ→適當(dāng)松開附著件Ⅰ、Ⅱ，利用調(diào)節(jié)裝置內(nèi)拉附著件Ⅱ使其貼緊建筑主體，然后加固附著件Ⅱ→調(diào)節(jié)附著件Ⅲ，適當(dāng)松開附著件Ⅲ，利用調(diào)節(jié)裝置內(nèi)拉附著件Ⅲ使其貼緊建筑主體，然后加固附著件Ⅲ→安裝附著件Ⅳ，固定附著件Ⅳ，卸力拉緊→固定附著件Ⅰ，卸力拉緊。

爬升流程如圖11所示。

圖11 傾斜側(cè)爬升示意

塔樓南北側(cè)為弧形，下半部分向北傾斜，上半部分向南傾斜，南北側(cè)的架體爬升時(shí)存在傾斜拐點(diǎn)。拐點(diǎn)位置通過調(diào)節(jié)可調(diào)挑臂附著的長度保證每道附著位置附著牢固，然后在架體與結(jié)構(gòu)縫隙較大的位置采用加長鋼質(zhì)翻板封閉，南側(cè)拐點(diǎn)位置主要封閉中間2道附著，北側(cè)拐點(diǎn)位置主要封閉上下2道附著。

4.4.2 避難層爬升工藝

項(xiàng)目塔樓設(shè)置有避難層，避難層層高達(dá)6.9 m。在初次進(jìn)入避難層且首次提升3.5 m后，等待上一層的支模系統(tǒng)及模板卸料完成，再繼續(xù)第2次提升1層，進(jìn)入避難層施工期（開始支模）。

此時(shí)架體懸臂過高，需預(yù)埋拉結(jié)處理；除首次進(jìn)入避難層時(shí)須連續(xù)提升2次外，以后各層均提升1次，同時(shí)須在架體底部樓層先拆模后再提升架體。

4.4.3 架體爬升注意事項(xiàng)

1）提升前應(yīng)先檢查吊點(diǎn)、吊環(huán)、吊索情況，防墜落附墻支座的情況及密封板的情況等，并對(duì)使用工具、架子配件進(jìn)行自檢。

2）附著支承處墻體結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度必須達(dá)到或超過20 MPa要求后，才可提升。

3）提升時(shí)，附著升降式腳手架分區(qū)、分組提升，當(dāng)提升過程中無安裝導(dǎo)向座工序和未發(fā)生故障報(bào)警時(shí)，可一次提升到位。當(dāng)有故障報(bào)警時(shí)，則應(yīng)及時(shí)排除故障后再重新提升。

4）提升到位停機(jī)后，安裝好定位防滑扣件，定位扣件上下翻轉(zhuǎn)使用，以保證扣件與防墜管緊密貼合。定位扣件全數(shù)固定上緊后，便可進(jìn)行卸荷載摘吊鉤工作。

5）提升到位后，對(duì)升降式腳手架進(jìn)行全面檢查，確保四周防護(hù)嚴(yán)密、所有固定點(diǎn)位安全可靠、臨電設(shè)備符合要求，并形成書面的檢查記錄，確保安全后，方可繼續(xù)投入使用[3-4]。

4.5 附著升降式腳手架拆除施工工藝

在擬拆架體區(qū)域下方地面劃出安全區(qū)域，安排專人警戒守護(hù)，嚴(yán)禁與拆架無關(guān)的人員進(jìn)入該區(qū)域。

預(yù)先在拆除的單元立桿上綁2根纜風(fēng)繩，用于起吊過程中穩(wěn)定單元，防止擺動(dòng)。

先拆除電氣和升降設(shè)備放置在樓層內(nèi)，腳手架應(yīng)按架體分組區(qū)段從上至下拆除，不得上下同時(shí)施工。架體利用塔吊拆除吊裝時(shí)，整個(gè)架體上及周邊嚴(yán)禁任何人員作業(yè)。

5 結(jié)語

本文通過可調(diào)節(jié)挑臂附著、加長附著、角部活動(dòng)架、上下分節(jié)安裝等技術(shù)，有效解決了異形結(jié)構(gòu)附著升降式腳手架的安裝、附著和提升問題。通過在重慶來福士廣場項(xiàng)目超高層微傾塔樓施工中實(shí)際應(yīng)用，有效減少全鋼附著升降式腳手架的安拆時(shí)間，且能有效滿足防護(hù)樓層的封閉要求、適應(yīng)斜向爬升需要。該技術(shù)具有設(shè)備生產(chǎn)定型化、施工標(biāo)準(zhǔn)化、操作安全化等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)施效果良好，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。