李海生

(北京市建筑工程研究院有限責(zé)任公司，北京 100039)

0 引言

我國(guó)超高層建筑施工時(shí)，為滿(mǎn)足業(yè)主方對(duì)施工進(jìn)度的要求，核心筒施工時(shí)大多采用內(nèi)外全爬的液壓爬升施工技術(shù)，即豎向結(jié)構(gòu)先行，核心筒內(nèi)樓梯、梁、樓板等水平結(jié)構(gòu)滯后施工。施工核心筒內(nèi)墻體時(shí)，液壓爬升鋼平臺(tái)技術(shù)存在如下問(wèn)題：①施工過(guò)程中，不能很好應(yīng)對(duì)橫向變化，當(dāng)核心筒橫向跨距尺寸改變時(shí)，對(duì)鋼平臺(tái)主架體和附著裝置產(chǎn)生額外水平拉力，常導(dǎo)致主架體變形甚至斷裂、開(kāi)焊、彎曲、附著裝置變形等，帶來(lái)安全隱患；②承載能力相對(duì)較小，不能攜帶布料機(jī)爬升；③橫向連梁不具通用性，每個(gè)工程都需單獨(dú)設(shè)計(jì)、加工，浪費(fèi)資源。因此需改造既有液壓爬升鋼平臺(tái)技術(shù)，以提升施工安全、質(zhì)量。既有液壓爬升鋼平臺(tái)如圖1a所示。

圖1 爬升鋼平臺(tái)結(jié)構(gòu)

1 橫向容差自調(diào)節(jié)式爬升鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)概況

在現(xiàn)有液壓爬模爬架技術(shù)的基礎(chǔ)上，研發(fā)新型爬升鋼平臺(tái)體系，應(yīng)用于超高層建筑核心筒內(nèi)墻中(見(jiàn)圖1b)。相比既有鋼平臺(tái)，新型鋼平臺(tái)采用承重銷(xiāo)軸無(wú)級(jí)滑動(dòng)調(diào)節(jié)方式，可實(shí)現(xiàn)橫向距離自行調(diào)節(jié)。模塊化單元組具有快裝快拆、易于更換的特點(diǎn)，從而降低成本。附著裝置采用雙槽可移位式附著，安裝時(shí)可調(diào)節(jié)左右位置。加大鋼平臺(tái)頂部承載力，可攜帶布料機(jī)進(jìn)行爬升。大噸位頂升力設(shè)計(jì)加快架體爬升速度，可實(shí)現(xiàn)和施工電梯的結(jié)合。

1.2 主承力柱設(shè)計(jì)

主承力柱與附著裝置連接基本沿用既有技術(shù)，需重新設(shè)計(jì)與中間承載桁架結(jié)構(gòu)間的連接?？紤]橫向移動(dòng)空間尺寸、承重能力要求，立柱整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為T(mén)形，頂部短橫梁上開(kāi)孔，用于穿承載銷(xiāo)軸，考慮施工中橫向距離尺寸變化情況，單側(cè)橫梁上開(kāi)2個(gè)連接孔，間距100mm，即單側(cè)橫向距離調(diào)整可滿(mǎn)足100mm，雙側(cè)可滿(mǎn)足200mm尺寸變化要求，立柱長(zhǎng)度按層高、爬升工序進(jìn)行設(shè)計(jì)，為加強(qiáng)穩(wěn)定性，在立柱下部設(shè)計(jì)頂墻支腿，形成上下雙支點(diǎn)的連接形式，增強(qiáng)立柱抗彎能力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 主承立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.3 承載桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

承載桁架體系包括中間連接桁架+端頭連接桁架，中間連接桁架設(shè)計(jì)為單元模塊結(jié)構(gòu)，考慮核心筒橫向跨距變化尺寸，設(shè)計(jì)2種規(guī)格的桁架，可組合連接以滿(mǎn)足不同跨度需求。端頭連接桁架與主承立柱連接部分設(shè)計(jì)1段短橫梁，短橫梁上設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)槽，短橫梁在施工中壓在主承立柱T形頭上，該設(shè)計(jì)可更有效傳遞整個(gè)鋼平臺(tái)豎向荷載，短橫梁上開(kāi)調(diào)節(jié)槽與主承立柱上承重銷(xiāo)軸壓接，調(diào)節(jié)槽單側(cè)橫向長(zhǎng)100mm。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 連接桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.4 橫向移動(dòng)自調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

橫向移動(dòng)自調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)采用承重銷(xiāo)軸+自鎖連接裝置，承重銷(xiāo)軸穿過(guò)主承立柱T形頭，T形頭上設(shè)計(jì)前后2個(gè)銷(xiāo)軸孔，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，銷(xiāo)軸穿過(guò)立柱銷(xiāo)軸孔，并搭在端頭桁架短橫梁調(diào)節(jié)槽上，銷(xiāo)軸可在端頭桁架內(nèi)滑動(dòng)，當(dāng)核心筒橫向距離發(fā)生變化時(shí)，中間主連接桁架不變，主承立柱帶動(dòng)桁架整體沿導(dǎo)軌爬升，同時(shí)主承立柱與桁架可橫向滑動(dòng)，因此滿(mǎn)足橫向尺寸變化時(shí)的連接要求，同時(shí)保證順利爬升，架體不承受因此產(chǎn)生的附加水平力，避免架體硬拉產(chǎn)生變形和破壞。

1.5 上架體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上架體高度約為2倍層高，滿(mǎn)足支模、脫模、綁扎鋼筋和澆筑混凝土操作需要。架體平臺(tái)寬1.3m，頂層平臺(tái)設(shè)計(jì)荷載為8kN/m2，共3層，上2層是墻體綁筋作業(yè)平臺(tái)，第3層是模板施工作業(yè)平臺(tái)。上架體由前后立柱、橫撐及輔助加強(qiáng)板組成。

1.6 掛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

掛架由吊桿、橫梁和連接件組成，掛架上部與承載桁架下弦桿連接。主要作用是拆除使用完畢的附著裝置，結(jié)構(gòu)施工后期進(jìn)行清理維護(hù)。吊桿可根據(jù)需要下掛多節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)作業(yè)人員從施工電梯出來(lái)后，到達(dá)爬升鋼平臺(tái)掛架層。

1.7 附著裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用雙點(diǎn)預(yù)埋附著裝置，預(yù)埋孔設(shè)計(jì)成長(zhǎng)圓形，允許附著裝置左右移動(dòng)距離≤60mm，利于安裝，加大附著裝置承載力設(shè)計(jì)值，滿(mǎn)足超高層爬模架體附著要求。附著裝置由承力板、附著座、固定套、插板和連接銷(xiāo)軸組成。承力板是導(dǎo)軌支撐墊板，承力板上安裝套管和壓簧，使承力板可擺動(dòng)并自動(dòng)復(fù)位。附著座由多塊鋼板組焊而成，一側(cè)鋼板上開(kāi)長(zhǎng)圓形雙孔，用于穿預(yù)埋螺栓，并用螺母擰緊，另一側(cè)鋼板焊接成喇叭口，用于反拔連接固定套。固定套由不同厚度的鋼板組焊而成，勾在附著座上，外形類(lèi)似耳朵，固定套上開(kāi)槽，與爬模架體主梁端頭開(kāi)槽大小一致，插板穿過(guò)開(kāi)槽，將架體與固定套連接在一起。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 附著裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.8 爬升導(dǎo)軌設(shè)計(jì)

導(dǎo)軌是液壓爬升系統(tǒng)中重要的承力和導(dǎo)向部件，導(dǎo)軌長(zhǎng)為2～3個(gè)結(jié)構(gòu)層高，由導(dǎo)軌主體、踏步塊、鉤頭組成。截面形式采用組合截面，在H型鋼腹板兩側(cè)加焊肋板，以加強(qiáng)強(qiáng)度和剛度，踏步塊焊接在導(dǎo)軌翼緣上，滿(mǎn)足架體分布爬升要求，鉤頭焊接在導(dǎo)軌上端，并將導(dǎo)軌鉤掛在附著裝置承力板上。

1.9 爬升動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)

爬升動(dòng)力裝置由爬升箱、油缸組成，安裝在主承力柱上。爬升動(dòng)力系統(tǒng)具有自動(dòng)爬升、自動(dòng)導(dǎo)向、自動(dòng)鎖緊的功能，因建筑工程層高、結(jié)構(gòu)不同，在設(shè)計(jì)中將爬升過(guò)程分為單獨(dú)控制、多步爬升，即每步爬升高度固定，但爬升次數(shù)根據(jù)結(jié)構(gòu)層高確定。油缸兩端連接上下爬升箱，上爬升箱上端與主承力柱連接，下端與油缸連接，并抱在導(dǎo)軌上。下爬升箱上端與油缸連接，同樣抱在導(dǎo)軌上。爬升箱內(nèi)設(shè)置承力塊、限位塊、擺臂，爬升時(shí)承力塊起臨時(shí)支撐架體作用，擺臂作用可實(shí)現(xiàn)多次爬升，并自動(dòng)復(fù)位每次爬升，限位塊對(duì)擺臂最大擺動(dòng)位置起安全止擋作用。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 爬升動(dòng)力裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.10 鋼平臺(tái)帶布料機(jī)重載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算

核心筒內(nèi)機(jī)具設(shè)備多、工序繁雜、施工體量大，鋼平臺(tái)使用時(shí)，與其他施工設(shè)備交叉配合作業(yè)多，若能加強(qiáng)各設(shè)備間的協(xié)同工作，將有效提升施工效率、質(zhì)量、安全。既有組合式鋼平臺(tái)承載設(shè)計(jì)為3kN/m2，使用中受一定限制，橫向容差自調(diào)節(jié)式鋼平臺(tái)常規(guī)施工活荷載可達(dá)(3+5)kN/m2，可承載一定規(guī)格的布料機(jī)爬升。

以蘭州名城廣場(chǎng)工程鋼平臺(tái)實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)算。核心筒鋼平臺(tái)架體所用鋼材假定為理想彈塑性材料，材質(zhì)為Q235B，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為215MPa。

物料平臺(tái)所受荷載包括布料機(jī)自重、頂層平臺(tái)施工荷載(8kN/m2)、各層平臺(tái)自重、施工人員自重、模板自重及架體自重荷載。其中靜荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2，活荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.4。施加上述荷載后進(jìn)行有限元分析，由物料平臺(tái)總體Mises應(yīng)力等值線(xiàn)可以看出，物料平臺(tái)最大Mises應(yīng)力為150.1MPa，位于主梁頭端部，小于材料許用應(yīng)力215MPa，說(shuō)明物料平臺(tái)強(qiáng)度符合要求。

由于上架體和掛架均安裝在水平桁架上，因此桁架是主要受力結(jié)構(gòu)，由水平桁架Mises應(yīng)力等值線(xiàn)可以看出Mises應(yīng)力最大為99.29MPa，位于端部桁架上弦桿，小于材料許用應(yīng)力215MPa，說(shuō)明桁架強(qiáng)度符合要求。

通過(guò)附墻裝置連接處的支反力驗(yàn)證穿墻螺栓強(qiáng)度，各主梁頭與附墻裝置連接處的支反力如圖6所示，水平方向最大支反力為27.17kN，豎直方向最大支反力為219.1kN，即穿墻螺栓受到的最大水平力FA和豎直力VA分別為27.17，219.1kN。

圖6 主梁頭與附墻裝置連接處的支反力

每個(gè)附墻裝置處使用2根M36螺栓，螺紋處的有效面積Ae為817mm2。

每根螺栓承受的剪力和拉力如下：

(1)

(2)

選用8.8級(jí)高強(qiáng)度預(yù)埋螺栓，每根螺栓抗拉承載力設(shè)計(jì)值如下：

預(yù)埋螺栓同時(shí)承受拉力和剪力時(shí)，驗(yàn)算如下：

2 設(shè)計(jì)參數(shù)

該平臺(tái)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：架體高度為18～26m，2個(gè)附墻點(diǎn)支撐跨度≤6m，額定壓力為19MPa，施工荷載頂層平臺(tái)≤8kN/m2，其他層平臺(tái)≤1kN/m2；油缸行程為445mm，額定推力為150kN，架體頂升速度為0.33～0.36m/min，雙缸同步誤差≤30mm。

3 工程應(yīng)用

馬來(lái)西亞吉隆坡標(biāo)志塔工程建筑高度為452m，為我國(guó)企業(yè)承接海外建筑高度之最。核心筒內(nèi)使用4組橫向容差自調(diào)節(jié)式爬升鋼平臺(tái)，主體結(jié)構(gòu)平均施工速度為2～3d/層，創(chuàng)造海外相同高度核心筒施工最快紀(jì)錄。工期僅31個(gè)月，比世界同高度超高層工期縮短一半以上。

蘭州名城廣場(chǎng)工程建筑高度為250m，核心筒內(nèi)使用1組橫向容差自調(diào)節(jié)式爬升鋼平臺(tái)，攜帶14t液壓布料機(jī)進(jìn)行爬升，鋼平臺(tái)下部和施工電梯結(jié)合，有效解決作業(yè)人員上下問(wèn)題。主體結(jié)構(gòu)平均施工速度為5～6d/層，提前60d封頂。

4 結(jié)語(yǔ)

橫向容差自調(diào)節(jié)式爬升鋼平臺(tái)技術(shù)的研發(fā)，解決既有鋼平臺(tái)在核心筒橫向跨距出現(xiàn)偏差時(shí)，設(shè)備爬升容易受到額外水平力而造成設(shè)備及結(jié)構(gòu)墻體損壞問(wèn)題，確保施工過(guò)程的安全性；標(biāo)準(zhǔn)化程度高、可重復(fù)使用率高、功能更加完備，能攜帶物料和施工設(shè)備(如布料機(jī))一起爬升；施工過(guò)程更加便捷，有效提高施工效率，節(jié)約資源；符合行業(yè)不斷向安全、高效和節(jié)約資源方向發(fā)展的趨勢(shì)，對(duì)超高層建筑施工設(shè)備和技術(shù)發(fā)展有積極的推動(dòng)作用。