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        鋼柱式整體爬升鋼平臺(tái)模架同步提升技術(shù)研究

        2020-11-10 00:08:16秦鵬飛
        建筑施工 2020年7期
        關(guān)鍵詞:同步性模架機(jī)位

        秦鵬飛

        1. 上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080;2. 上海高大結(jié)構(gòu)建造工藝與裝備工程技術(shù)研究中心 上海 201114

        超高層建筑建造過(guò)程中面臨施工工序多、作業(yè)環(huán)境差、危險(xiǎn)系數(shù)高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、綜合投入大等問(wèn)題,選擇合理的施工建造裝備是解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵。選用合理的模架裝備,可顯著提高超高層核心筒混凝土結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量,保證施工安全,加快施工進(jìn)度,降低工程成本[1-2]。

        鋼柱式整體爬升鋼平臺(tái)模架簡(jiǎn)稱整體鋼平臺(tái)模架[3-4],是針對(duì)超高層建筑領(lǐng)域建筑高度在200~300 m的主流建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)研發(fā)而成。整體鋼平臺(tái)模架在正常使用狀態(tài)下,通過(guò)筒架支撐系統(tǒng)豎向支撐裝置支撐于核心筒剪力墻體預(yù)留凹槽內(nèi)來(lái)傳遞自重及施工荷載;在爬升狀態(tài)下,以工具式鋼柱和筒架支撐系統(tǒng)交替支撐,通過(guò)多個(gè)液壓缸同步伸縮來(lái)完成整體鋼平臺(tái)模架提升。此模架裝備憑借施工速度快、安全程度高、綜合建造成本低等優(yōu)點(diǎn)獲得了廣泛的應(yīng)用,但液壓缸數(shù)量多、分布范圍大,同步性控制一直以來(lái)是難點(diǎn)[5-6]。同步性控制水平直接決定整體鋼平臺(tái)模架的使用安全,因此,對(duì)同步性控制方法的研究至關(guān)重要。

        本文以南京金鷹天地廣場(chǎng)T2塔樓核心筒混凝土豎向結(jié)構(gòu)施工所采用的鋼柱式整體爬升鋼平臺(tái)模架裝備為依托,從荷載分布、機(jī)位布置、結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)、提升過(guò)程中液壓缸頂升力及位移實(shí)測(cè)值出發(fā),探尋多機(jī)位液壓缸同步提升控制方法,為整體鋼平臺(tái)模架安全使用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

        1 工程概況

        南京金鷹天地廣場(chǎng)是南京建鄴區(qū)地標(biāo)性建筑,由3棟超高層建筑以空間連廊形式組成整體。項(xiàng)目總建筑面積超90萬(wàn) m2,其中T2塔樓結(jié)構(gòu)總高322.0 m,共69層,標(biāo)準(zhǔn)層高4.3 m。

        T2塔樓結(jié)構(gòu)類型采用內(nèi)筒外框形式,整體結(jié)構(gòu)施工劃分為內(nèi)筒、外框和水平結(jié)構(gòu)三部分,首先進(jìn)行核心筒墻體豎向結(jié)構(gòu)施工,其次吊裝外框鋼結(jié)構(gòu),最后進(jìn)行水平樓面結(jié)構(gòu)施工。核心筒墻體豎向結(jié)構(gòu)采用鋼柱式整體爬升鋼平臺(tái)模架進(jìn)行施工。

        鋼柱式整體爬升鋼平臺(tái)模架從結(jié)構(gòu)體系和功能角度分為五大系統(tǒng)[7],如圖1所示。位于整體模架頂部的鋼平臺(tái)系統(tǒng),作為材料堆放和人員通行平臺(tái),施工機(jī)具和作業(yè)人員通過(guò)施工升降機(jī)可直達(dá)此處。懸掛在鋼平臺(tái)系統(tǒng)四周的腳手架系統(tǒng),覆蓋2層半結(jié)構(gòu)高度,上下分為6層,用于鋼筋工程和模板作業(yè)施工。布置于核心筒平面宮格內(nèi)的筒架支撐系統(tǒng),傳遞自重和各類施工荷載。支撐在核心筒墻體結(jié)構(gòu)面的鋼柱爬升系統(tǒng),帶動(dòng)整體鋼平臺(tái)模架向上提升。沿墻體兩側(cè)設(shè)置的鋼模板系統(tǒng),用于混凝土墻體澆筑成形。整體鋼平臺(tái)面積約650 m2,具備200 t承載能力。

        圖1 鋼柱式整體爬升鋼平臺(tái)模架示意

        2 多機(jī)位同步提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        多機(jī)位同步提升系統(tǒng)由鋼柱爬升系統(tǒng)、液壓泵站、中央控制室組成。鋼柱爬升系統(tǒng)按部件分為工具式鋼柱、雙作用短行程液壓缸和上下爬升靴,具體構(gòu)造如圖2所示。工具式鋼柱由帶爬升孔的鋼板焊接而成,在爬升階段作為整體鋼平臺(tái)模架臨時(shí)支撐點(diǎn),一端固定于核心筒墻體頂部分層面,另一端為可自由調(diào)節(jié)的,可周轉(zhuǎn)使用。雙作用短行程液壓缸,通過(guò)驅(qū)動(dòng)上下爬升靴交替支撐于工具式鋼柱,從而為整體鋼平臺(tái)模架提升提供動(dòng)力。液壓泵站對(duì)液壓缸進(jìn)行控制,由3臺(tái)泵站組成。中央控制室可根據(jù)需求操作液壓缸同步提升或?qū)蝹€(gè)液壓缸進(jìn)行精確控制。

        圖2 鋼柱爬升系統(tǒng)構(gòu)造示意

        同步提升系統(tǒng)在核心筒區(qū)域分散布置18個(gè)機(jī)位,每個(gè)機(jī)位成對(duì)配置2臺(tái)額定頂升力為20 t的雙作用液壓缸,1個(gè)機(jī)位頂升力40 t,總體頂升力720 t,滿足整體提升力需求。在提升過(guò)程中,雙作用液壓缸內(nèi)置的位移傳感器和壓力傳感器可實(shí)時(shí)將獲取的荷載和位移數(shù)據(jù)傳回中央控制室,為同步提升精確控制提供依據(jù)。多機(jī)位同步提升系統(tǒng)布置如圖3所示。

        圖3 多機(jī)位同步提升系統(tǒng)布置

        3 整體鋼平臺(tái)模架爬升工況分析

        在爬升作業(yè)階段,以工具式鋼柱為支撐,下爬升靴支撐于工具式鋼柱預(yù)留爬升孔內(nèi),雙作用短行程液壓缸伸出驅(qū)動(dòng)整體鋼平臺(tái)模架向上提升一個(gè)預(yù)定高度,上爬升靴支撐于工具式鋼柱爬升孔內(nèi),下爬升靴伸出,完成受力轉(zhuǎn)換,雙作用液壓缸回縮帶動(dòng)下爬升靴向上提升預(yù)定高度,完成整體鋼平臺(tái)模架一個(gè)小行程的提升。工具式鋼柱預(yù)留爬升孔間距200 mm,雙作用短行程液壓缸行程600 mm,核心筒墻體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層高4 300 mm,整體鋼平臺(tái)模架提升分11個(gè)階段完成,前10次每次提升400 mm,最后1次提升300 mm,提升總高度4 300 mm。

        整體鋼平臺(tái)模架機(jī)位理論提升力如圖4所示,總提升力為2 600 kN,18個(gè)機(jī)位額定總提升力為7 200 kN,具有足夠安全儲(chǔ)備。

        圖4 液壓油缸理論頂升力

        4 同步性提升數(shù)據(jù)分析

        在爬升階段,以位移控制為主,頂升力控制為輔,兩者相結(jié)合共同完成整體鋼平臺(tái)模架同步性提升。為方便更好地理解同步性控制特點(diǎn),18個(gè)機(jī)位按荷載分布和所處位置劃分為8個(gè)區(qū)域來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)性分析。4#、5#機(jī)位所在位置為區(qū)域一;17#、18#機(jī)位所在位置為區(qū)域二;8#、9#機(jī)位所在位置為區(qū)域三;13#、14#機(jī)位所在位置為區(qū)域四;1#、2#、3#機(jī)位所在位置為區(qū)域五;10#、11#、12#機(jī)位所在位置為區(qū)域六;6#機(jī)位所在位置為區(qū)域七;16#機(jī)位所在位置為區(qū)域八;7#機(jī)位處于中間位置,15#機(jī)位在中間和外圍之間不再單獨(dú)劃分區(qū)域。

        4.1 同步性位移數(shù)據(jù)分析

        為分析不同機(jī)位之間同步性情況,對(duì)各機(jī)位位移數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,以整體鋼平臺(tái)模架正中間的7#機(jī)位位移為基準(zhǔn),其余各機(jī)位位移絕對(duì)值與7#機(jī)位位移絕對(duì)值做差值,這種位移差是同步性的重要體現(xiàn),可分析不同機(jī)位之間同步性控制水平。按區(qū)域表示的不同機(jī)位位移差數(shù)值如圖5~圖12所示。

        圖5 區(qū)域一機(jī)位位移差

        圖6 區(qū)域二機(jī)位位移差

        圖7 區(qū)域三機(jī)位位移差

        圖8 區(qū)域四機(jī)位位移差

        圖10 區(qū)域六機(jī)位位移差

        圖9 區(qū)域五機(jī)位位移差

        圖11 區(qū)域七機(jī)位位移差

        圖12 區(qū)域八機(jī)位位移差

        從圖5~圖12可以看出,各區(qū)域內(nèi)機(jī)位隨提升階段的不同呈現(xiàn)出規(guī)律性特點(diǎn)。

        提升階段1~階段4,同步性處于動(dòng)態(tài)調(diào)整階段,在區(qū)域二至區(qū)域四、區(qū)域六、區(qū)域八,不同機(jī)位之間同步性趨于一致,先是稍快于基準(zhǔn)點(diǎn)7#機(jī)位,隨后又稍慢于基準(zhǔn)點(diǎn),但差值都控制在3 mm以內(nèi);在區(qū)域一、區(qū)域五、區(qū)域七,機(jī)位位移始終落后于基準(zhǔn)機(jī)位,區(qū)域一中機(jī)位落后最大位移在5 mm左右,區(qū)域五中機(jī)位落后最大位移在10 mm以內(nèi),區(qū)域七中機(jī)位落后最大位移在13 mm以內(nèi)。階段5中,上述8個(gè)區(qū)域機(jī)位與基準(zhǔn)點(diǎn)位移差表現(xiàn)出迅速放大的趨勢(shì),最大位移差達(dá)到13 mm。進(jìn)入階段6后,位移差又快速回落。在整體爬升的后半程,階段9中有小幅波動(dòng),其余階段基本保持穩(wěn)定。因在相同區(qū)域內(nèi)布置的不同機(jī)位之間距離很近,所以位移差值很小,區(qū)域一最大位移差在3 mm內(nèi),區(qū)域五最大位移差在7 mm內(nèi),區(qū)域六除少數(shù)階段位移差值較大外,基本控制在2 mm內(nèi),其余區(qū)域最大位移差在1 mm內(nèi)。從全部位移差值分布來(lái)看,左上角提升較慢,右下側(cè)提升較快,整體鋼平臺(tái)模架從右下方向左上方發(fā)生輕微傾斜。

        4.2 同步性機(jī)位頂升力數(shù)據(jù)分析

        在整體鋼平臺(tái)模架爬升過(guò)程中,取機(jī)位頂升力進(jìn)行分析,按區(qū)域進(jìn)行歸類的機(jī)位頂升力數(shù)據(jù)如圖13~圖22所示。

        圖13 區(qū)域一機(jī)位頂升力

        圖14 區(qū)二域機(jī)位頂升力

        圖15 區(qū)域三機(jī)位頂升力

        圖16 區(qū)域四機(jī)位頂升力

        圖17 區(qū)域五機(jī)位頂升力

        圖18 區(qū)域六機(jī)位頂升力

        圖19 區(qū)域七機(jī)位頂升力

        圖20 區(qū)域八機(jī)位頂升力

        圖21 7#機(jī)位頂升力

        圖22 15#機(jī)位頂升力

        從上圖可以看出,區(qū)域一、區(qū)域五和區(qū)域七中,除開(kāi)始、結(jié)尾和中間提升階段,機(jī)位頂升力變化較大外,其他階段機(jī)位頂升力基本保持在恒定數(shù)值。區(qū)域二、區(qū)域四和區(qū)域八中,機(jī)位頂升力在一定范圍內(nèi)變化,變化幅度不大。區(qū)域三和區(qū)域六中,機(jī)位頂升力變化劇烈。在上述8個(gè)區(qū)域中,無(wú)論機(jī)位頂升力如何變化,每個(gè)區(qū)域內(nèi)總體頂升力是基本恒定的。

        區(qū)域一至區(qū)域七中,每個(gè)機(jī)位平均頂升力在150~200 kN之間,機(jī)位布置合理。15#機(jī)位頂升力在200~250 kN之間,16#機(jī)位頂升力在250~300 kN之間,這兩個(gè)機(jī)位距離較近而又不屬于同一區(qū)域,所以頂升力數(shù)值較為接近又因其所承擔(dān)面積不同又有一定差距。7#機(jī)位頂升力最大,在350~400 kN之間,接近機(jī)位額定頂升力,因其處于整體鋼平臺(tái)模架中間位置,負(fù)載面積最大,而周邊結(jié)構(gòu)限制無(wú)法增加機(jī)位布置所致。

        結(jié)合位移和頂升力數(shù)據(jù)分析,在大多數(shù)提升階段,各機(jī)位位移和頂升力趨于穩(wěn)定。在提升階段5,由于7#機(jī)位負(fù)載最重,接近額定頂升力,頂升速度放慢,周邊機(jī)位頂升力較小,頂升速度加快,帶動(dòng)整體鋼平臺(tái)模架快速向上提升;周邊機(jī)位因分?jǐn)?#機(jī)位質(zhì)量,負(fù)載增加,速度放慢,而7#機(jī)位被動(dòng)向上頂升,負(fù)載降低,頂升速度加快。在提升階段6,各機(jī)位又恢復(fù)到平衡狀態(tài)。

        整體鋼平臺(tái)模架機(jī)位實(shí)測(cè)總體頂升力如圖23所示,在開(kāi)始提升前,機(jī)位總體頂升力為3 100 kN,比理論值2 600 kN大,這是因未及時(shí)清理落在整體鋼平臺(tái)模架上的混凝土、施工工具和材料荷載而引起的。提升過(guò)程中,總體頂升力在3 250~3 300 kN之間變化,增加部分荷載是由整體鋼平臺(tái)模架側(cè)向支撐頂輪與墻體之間的摩擦造成的。

        圖23 機(jī)位總體頂升力'

        4.3 同步性提升建議

        為了更好地控制鋼柱式整體爬升鋼平臺(tái)模架機(jī)位頂升的同步性,提高提升過(guò)程的安全性,提出以下幾條建議:

        1)根據(jù)核心筒墻體結(jié)構(gòu)平面特點(diǎn),合理設(shè)計(jì)整體鋼平臺(tái)模架,確保荷載分布均衡,優(yōu)化機(jī)位布置,使每個(gè)機(jī)位負(fù)載大致相同,避免出現(xiàn)個(gè)別機(jī)位荷載過(guò)大的情況。

        2)在整體鋼平臺(tái)模架提升前,及時(shí)清理殘留混凝土和施工機(jī)具,不過(guò)多增加機(jī)位負(fù)載。

        3)加強(qiáng)混凝土澆筑質(zhì)量控制,確保工具式鋼柱支撐在同一水平面上,降低同步性控制難度。

        4)整體鋼平臺(tái)模架側(cè)向支撐主要作用是防傾覆,設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留安全距離,在提升時(shí),側(cè)向支撐不與墻體接觸,減少摩擦,當(dāng)整體模架發(fā)生過(guò)大傾斜時(shí),再與混凝土墻體接觸發(fā)揮作用。

        5 結(jié)語(yǔ)

        同步性控制是多機(jī)位液壓頂升系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)所在,也是整體鋼平臺(tái)模架安全使用的保障。本文以南京金鷹T2塔樓核心筒墻體施工為背景,從整體鋼平臺(tái)模架多機(jī)位同步提升系統(tǒng)實(shí)測(cè)位移和頂升力數(shù)據(jù)出發(fā),尋找影響同步性控制的因素,探究提高多機(jī)位同步性控制水平的方法。

        研究結(jié)果表明:不同機(jī)位及同一機(jī)位不同階段的位移和頂升力數(shù)據(jù)之間存在一定規(guī)律性,并且同步性受到施工現(xiàn)場(chǎng)多種因素的影響。針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)影響因素,從整體鋼平臺(tái)模架設(shè)計(jì)、機(jī)位布置、核心筒墻體質(zhì)量控制和側(cè)向支撐發(fā)揮作用等方面,提出了進(jìn)一步提升同步性控制水平的建議,為鋼柱式整體爬升鋼平臺(tái)模架的安全使用和推廣提供理論基礎(chǔ)。

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