秦鵬飛 王小安 穆蔭楠 扶新立

1. 上海建工集團股份有限公司 上海 200080；2. 上海高大結構建造工藝與裝備工程技術研究中心 上海 201114

整體爬升鋼平臺模架技術具有承載力大、整體性好、安全可靠度高等優(yōu)點，在超高層結構，尤其是300 m以上超高層結構的建造中應用比較廣泛，相比傳統(tǒng)的整體提升腳手架、液壓爬模等模架形式具有明顯的優(yōu)勢[1-3]。但長期以來的實踐經(jīng)驗也表明，整體鋼平臺模架裝備的用鋼量大、周轉使用率不高，其應用市場難以得到進一步擴大，且難以滿足國家深入推進的綠色化、工業(yè)化發(fā)展要求，急需在模架的構造方式優(yōu)化升級方面有新的突破。為了解決上述問題，對整體鋼平臺模架裝備進行模塊化設計、實現(xiàn)大部分構件周轉使用是重要工作之一。整體爬升鋼平臺模架裝備有鋼梁與筒架交替支撐式整體爬升鋼平臺模架裝備和鋼柱筒架交替支撐式整體爬升鋼平臺模架裝備2種形式。本文主要針對鋼梁與筒架交替支撐式整體爬升鋼平臺模架裝備的模塊化設計方法進行研究，并將介紹這種新型模塊化模架裝備在南京金鷹天地廣場T1塔樓項目中的應用。

1 模架系統(tǒng)組成

鋼梁與筒架交替支撐式整體爬升鋼平臺模架裝備由鋼平臺系統(tǒng)、腳手架系統(tǒng)、筒架支撐系統(tǒng)、鋼梁爬升系統(tǒng)和模板系統(tǒng)共5部分組成（圖1）[4]。其高度可覆蓋4層結構高度，能滿足2層同時施工的需求。正常施工狀態(tài)下，模架裝備通過筒架支撐系統(tǒng)將自重及施工荷載傳遞于核心筒剪力墻體上；爬升狀態(tài)下，模架裝備通過爬升鋼梁與筒架支撐系統(tǒng)的交替支撐，依靠動力系統(tǒng)驅動實現(xiàn)整體爬升。

圖1 鋼梁與筒架交替支撐式整體爬升鋼平臺模架組成示意

1.1 鋼平臺系統(tǒng)構成

鋼平臺系統(tǒng)位于整體鋼平臺模架裝備的頂部，由鋼平臺框架、鋼平臺蓋板、格柵蓋板及鋼平臺圍擋組成。鋼平臺系統(tǒng)框架采用縱橫向主次梁方式布置，主梁通常與混凝土結構平行布置，并與混凝土墻體保持一定距離，次梁通常根據(jù)構造要求設計。鋼平臺蓋板固定于鋼平臺鋼梁上，提供施工作業(yè)面。混凝土結構上方位置采用格柵蓋板覆蓋，既提供安全作業(yè)平面，也方便鋼筋向下傳遞。鋼平臺系統(tǒng)外圍臨邊設置鋼平臺圍擋，防止人、物從側面發(fā)生墜落，其通常由型鋼立柱和鋼框網(wǎng)板組成。

1.2 腳手架系統(tǒng)構成

腳手架系統(tǒng)由腳手吊架、走道板、圍擋板、滑移軌道等組成，沿核心筒墻體側面布置（圖2）。外部腳手架可設計為固定形式和滑移形式這2種形式。采用固定形式時，腳手吊架上端與鋼平臺框架梁固定；采用滑移形式主要是為了滿足混凝土結構墻體向內收分的需要，腳手吊架通過滑移滾輪連接于固定在鋼平臺框架梁上的滑移軌道上。內掛腳手系統(tǒng)位于核心筒內筒中，上端通過螺栓與鋼平臺框架梁固定。

圖2 腳手架系統(tǒng)示意

1.3 筒架支撐系統(tǒng)構成

筒架支撐系統(tǒng)包括多個筒架支撐結構，每個筒架支撐結構布置于一個核心筒內，由多個筒架支撐單元與支撐底梁組成，支撐底梁上設置有豎向支撐裝置。筒架支撐結構通過頂部的鋼平臺系統(tǒng)連接形成整體（圖3）。

圖3 筒架支撐結構

1.4 鋼梁爬升系統(tǒng)構成

鋼梁爬升系統(tǒng)包括爬升鋼梁、豎向支撐裝置、雙作用液壓缸動力系統(tǒng)等，爬升鋼梁通常位于筒架支撐系統(tǒng)的第6～7層之間。

1.5 模板系統(tǒng)構成

模板系統(tǒng)由面板、圍檁、背肋、對拉螺桿等組成。模板系統(tǒng)的提升借助于鋼平臺系統(tǒng)框架吊點梁上的電動葫蘆來完成。

2 模塊化設計方法

整體爬升鋼平臺模架裝備由5個系統(tǒng)組成，5個系統(tǒng)均可由預制定型模塊化產品拼裝而成。由此形成的整體鋼平臺模架裝備不僅加工、安裝方便，而且可很方便地進行更換、補缺等操作，滿足結構體型變化適應性要求。此外，在混凝土結構施工完成后，模架裝備還可按模塊進行拆除，各模塊按規(guī)格分類存放，可在后續(xù)其他工程施工中重新拼裝使用，從而實現(xiàn)了重復利用，大幅減小了材料消耗，符合綠色建造的發(fā)展趨勢。

下面分別對鋼平臺系統(tǒng)、腳手架系統(tǒng)、筒架支撐系統(tǒng)和鋼梁爬升系統(tǒng)開展模塊化部件設計研究。

2.1 鋼平臺系統(tǒng)模塊化部件設計

鋼平臺系統(tǒng)部件充分采用標準集成開發(fā)的方式進行設計，鋼平臺框架由規(guī)格不一的標準單元框架、標準跨墻連桿及非標準單元框架通過螺栓連接形成，鋼平臺蓋板、格柵蓋板、圍擋則采用工具化拼配技術（圖4）。

圖4 鋼平臺系統(tǒng)標準部件開發(fā)

1）鋼平臺框架梁可劃分為筒體內鋼梁、外框鋼梁和跨墻連桿3個部分。

① 筒體內鋼梁由陰角鋼梁框架、內順墻鋼梁框架及中間鋼梁組成。陰角鋼梁框架由4根鋼梁組成井字形框架，鋼梁長1 900 mm，間距1 100 mm，自由外伸長300 mm；內順墻鋼梁框架由縱橫向鋼梁組成，縱鋼梁長度分為1 800、3 600、5 400 mm等規(guī)格，間距為1 100 mm，橫鋼梁長1 900 mm，間距為1 800 mm，不同核心筒長度變化可以通過內順墻鋼梁框架來進行匹配，以滿足不同長度要求。

② 外框鋼梁由陽角鋼梁框架、中間鋼梁框架和外順墻鋼梁框架組成。陽角鋼梁框架由四縱四橫鋼梁組成，整體長度為4 700 mm；中間鋼梁框架由2根1 900 mm長度縱向鋼梁和2根1 350 mm長度橫向鋼梁組成，通過跨墻連桿與陰角鋼梁框架連接；外順墻鋼梁框架由縱橫向鋼梁組成，縱鋼梁長度分為1 800、3 600、5 400 mm等規(guī)格，間距為900 mm，橫鋼梁長度1 350 mm，間距為1 800 mm，外順墻鋼梁框架通過跨墻連桿與內順墻鋼梁框架連接。

③ 跨墻連桿長度根據(jù)墻體厚度來設置，為非標構件。

2）鋼平臺蓋板模塊化尺寸按1 800 mm× 1 800 mm來設置，局部非標部位可以單獨設計非標蓋板尺寸，蓋板面板采用厚4 mm以上花紋板，肋條采用小方管或其他型鋼。

3）格柵蓋板：格柵板在模板吊點梁布置完成后進行。格柵板的孔距宜為100 mm×100 mm，寬度分為600 mm和300 mm這2種規(guī)格，長度根據(jù)墻厚來設置。

4）鋼平臺圍擋：鋼平臺圍擋高度為2 000 mm，寬度分為1 800、1 500、1 200、600、300 mm等規(guī)格，以滿足不同尺寸的需要。

2.2 腳手架系統(tǒng)模塊化部件設計

腳手架系統(tǒng)的腳手吊架、走道板、圍擋板、防墜活動閘板和樓梯均采用工具化拼配技術，各部件間通過螺栓連接形成整體（圖5），具體設計為：

圖5 腳手架系統(tǒng)標準部件開發(fā)

1）吊架：吊架由前立桿、后立桿、橫桿、節(jié)點板等組成。前立桿采用鋼管腳手架，以便于施工過程中采用標準扣件與其他部位進行臨時連接，后立桿采用槽鋼，兩肢打孔與側向圍擋連接。內吊架寬度為900 mm，外吊架分為上下兩部分，上部分寬度為900 mm，下部分寬度為700 mm，為標準化構件。

2）走道板：走道板由角鋼框架加花紋板或鋼板網(wǎng)組成。外掛腳手架走道板寬900 mm，內掛腳手架走道板寬1 100 mm，走道板長度均采用1 800、1 500、1 200、600、300 mm等規(guī)格。

3）側網(wǎng)：側網(wǎng)由角鋼框、鍍鋅鋁絲網(wǎng)、壓鐵組成。側網(wǎng)的寬度與對應走道板一致，寬度采用1 800、1 500、1 200、600、300 mm等規(guī)格。兩側孔距設置與吊架相對應，一般采用腰形孔。

4）閘板：閘板可由厚4 mm鐵板折邊而成，其寬度與吊架布置寬度一致，寬度采用1 800、1 500、1 200、600、300 mm等規(guī)格。

5）樓梯：上下樓梯寬度為550 mm，每步樓梯要設置防護欄桿，欄桿高度宜為900 mm。樓梯的傾斜度宜為45°～50°，踏步寬度宜為250 mm。樓梯上下連接應為焊接固定。

2.3 筒架支撐系統(tǒng)模塊化部件設計

筒架支撐系統(tǒng)由支撐底梁、筒架支撐單元及豎向支撐裝置等組成，豎向支撐裝置采用通用標準件，支撐底梁與筒架支撐單元具體設計為：

1）支撐底梁：支撐底梁由角部支撐鋼梁和中間段支撐鋼梁組成。角部支撐鋼梁上連接豎向支撐裝置，中間段支撐鋼梁長度規(guī)格為1 800、3 600、5 400 mm等，角部支撐鋼梁和中間段支撐鋼梁由螺栓連接成框架。底梁寬度一般為1 100 mm，底梁上鋪走道板、閘板以實現(xiàn)底部全封閉。

2）筒架支撐單元：筒架支撐單元由筒架支撐柱與橫向筒架支撐梁組成。筒架支撐柱分為200 mm×8 mm、150 mm×8 mm這2種規(guī)格，可以根據(jù)工程實際情況進行選擇。筒架支撐單元布置應與上下鋼梁相對應，通過螺栓連接。筒架支撐柱由方管組成，支撐梁為型鋼，單元框架平面一般為1 100 mm×1 100 mm的正方形。

2.4 鋼梁爬升系統(tǒng)模塊化部件設計

鋼梁爬升系統(tǒng)由爬升鋼梁、豎向支撐裝置與雙作用液壓缸動力系統(tǒng)組成。豎向支撐裝置為通用模塊件，爬升鋼梁與雙作用液壓缸動力系統(tǒng)具體設計為：

1）爬升鋼梁是鋼平臺爬升時的承重鋼梁，采用雙拼H型鋼制作成平面受力框架，作為雙作用液壓缸的底部支撐。爬升鋼梁嵌于下段筒架支撐系統(tǒng)中，通過下段筒架支撐系統(tǒng)上的水平限位裝置進行側向限位并可與筒架支撐系統(tǒng)產生相對運動；爬升鋼梁上設置豎向支撐裝置。爬升鋼梁分為角部和中間段兩部分，角部采用一種規(guī)格即滿足要求，中間段可以分為1 800、3 600、5 400 mm等規(guī)格以滿足內筒尺寸要求。

2）雙作用液壓缸動力系統(tǒng)是筒架支撐式爬升整體鋼平臺模架裝備爬升的核心裝置，由長行程油缸、供油管路、液壓泵站等組成。由于結構層高通常在4～6 m之間，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)采用一個樓層2次爬升的設計方案可以同時兼顧成本的經(jīng)濟性與施工的高效性，建議采用單行程可達3 m的液壓缸系統(tǒng)。根據(jù)整體鋼平臺模架的荷載分布情況及其機構特點，同時考慮現(xiàn)場施工工況的復雜性，管路連接采用快速接頭，以保證更換時的快速方便。

3 工程應用

南京金鷹天地廣場T1塔樓共76層、高368 m，T2塔樓68層、高328 m，T3塔樓60層、高300 m（圖6）。

T1塔樓核心筒施工采用鋼梁與筒架交替支撐式整體爬升鋼平臺模架（圖7）。本工程整體鋼平臺模架完全按照模塊化理念進行設計、制作與施工。在設計階段，五大系統(tǒng)根據(jù)核心筒平面尺寸及結構特點，采用將標準化構件與非標構件相結合的模式，標準構件從構件庫中直接選擇，非標構件根據(jù)結構特殊需求量身制作。標準構件和非標構件通過連接件組裝成整體。模塊化設計方法極大地縮短了設計周期，提高了工作效率。在制作加工階段，大部分構件為標準構件，非標構件數(shù)量較少，降低了加工出錯概率，構件制作質量得到大幅度提高。在現(xiàn)場安裝階段，標準構件之間及標準構件和非標構件之間的連接主要采用螺栓連接的方式，由于加工精度高，故安裝質量容易保證且可以提高安裝速度，縮短了絕對工期。在施工過程中，依托模塊化構造的優(yōu)勢，對部分構件很方便地進行了更換以適應結構體形變化的要求，加快了施工速度。通過深入分析此整體鋼平臺模架應用實例中各模塊的使用情況，發(fā)現(xiàn)所有模塊件中除了少數(shù)格柵蓋板、走道板、圍擋板等有不可修復的損壞外，絕大多數(shù)模塊件通過清理修復均可實現(xiàn)重復利用，整體重復使用率可達90%以上，對后續(xù)應用工程建造成本的降低起到了非常積極的促進作用。

圖6 南京金鷹天地廣場效果圖

圖7 整體鋼平臺模架工程實景

4 結語

本文對鋼梁與筒架交替支撐式整體鋼平臺模架的模塊化設計方法進行了系統(tǒng)研究，提出了鋼平臺系統(tǒng)、腳手架系統(tǒng)、筒架支撐系統(tǒng)、鋼梁爬升系統(tǒng)標準模塊件的構建方法。為檢驗相關模塊化設計理論的準確性，在南京金鷹天地廣場T1塔樓核心筒結構建造中探索性地應用了這種新型模塊化整體鋼平臺裝備。實踐表明，采用模塊化的整體鋼平臺裝備，通過提高標準部件的周轉使用率，能夠顯著降低施工成本，提高施工效率。