超高層建筑核心筒內爬塔吊底部的封閉安全防護平臺設計和運用

章燕清??????蔣俊志??????張蘭滔??????陳宇能

1. 中建五局第三建設有限公司 長沙 410004；2. 中建五局上海建設有限公司 杭州 310000

1 項目概況和背景

長沙保利國際廣場B2、B3棟位于天心區書院南路與湘江路交會處，建筑面積約2×105m2。B3棟地下3層，地上50 層，建筑總高度約235 m。B3棟為混合結構，核心筒共分為5個內筒，建筑面積約500 m2。本項目策劃施工組織設計時，采用了不等高同步攀升施工技術，核心筒豎向結構剪力墻先行施工，外圍鋼結構柱、梁落后剪力墻約6層，組合樓板和核心筒內外水平結構落后鋼結構約3層。施工部署時，在鋼結構與核心筒內安裝了2臺中聯TCR6055內爬動臂吊，以及采用了德國引進全液壓自爬模技術，核心筒內的水平結構先不施工，按不等高同步攀升技術要求稍后組織施工。

未安裝內爬塔吊的核心筒內的爬模系統自行設計有頂平臺（上平臺）和底部封閉平臺（下平臺）。但是安裝有內爬動臂吊的南北兩端的第1個和第5個核心筒內，因內爬塔吊的標準節穿越了爬模系統的上平臺和下平臺，爬模系統設計時上平臺預留塔吊洞口，下平臺取消，如圖1所示。因此這2個內核心筒無法全封閉，必須采取全封閉措施，確保該筒內下部水平結構施工作業安全[1,2]。

基于以上項目概況和背景，需要研究或開發一套能夠隨內爬式動臂塔吊爬升而自動爬升的防護系統或平臺，使安裝有內爬式動臂塔吊的核心筒爬模底部完全封閉，為核心筒內后續水平結構施工提供立體交叉作業的頂部安全防護平臺。經過工程技術人員研究發現，核心筒是一個弧形的扇葉，外弧長度為51.53 m，內弧長度為48.75 m，安裝內爬動臂吊的核心筒截面尺寸凈空為（8.7～9.2）m×9.2 m，為國內第一大跨度核心筒（圖2）。根據結構形式及工程需要，研發一套下掛于內爬式動臂塔吊標準節上的底部封閉防護平臺，既依附于塔吊，又與爬模系統、內爬式動臂塔吊的3道承重鋼梁及其牛腿相互獨立，隨內爬式動臂塔吊爬升，且能夠避開塔吊爬升步距，實現同步爬升功能，有效解決了安裝有內爬式動臂塔吊所在核心筒內的立體交叉作業安全防護問題。

圖1 塔吊、爬模、防護平臺相互關系示意

圖2 爬模核心筒內外與裝有塔吊的平面示意

2 防護平臺的設計原理

在考慮如何設計這個安全防護平臺時，我們主要基于以下6個方面來確定設計原理和原則，確保該安全防護平臺的可靠度、適用性和實用性。

1）防護平臺必須固定在可靠的內爬動臂吊的標準節上，使其能夠實現隨塔吊爬升而爬升的功能，無需重復搭設，節約材料和人工。

2）防護平臺下掛在內爬動臂吊的標準節上，作為一個獨立系統，又必須兼顧爬模系統和內爬塔吊系統，相互獨立又相互作用。

3）本工程核心筒內筒跨度最大為9.2 m，屬于超大跨度，防護平臺自身的安全可靠度設計非常重要，且必須滿足一定荷載要求，同時必須考慮特殊情況下可能的20人左右的恒載。目的是為了保證下掛在塔吊標準節上的該防護平臺系統在塔吊的承載范圍之內。

4）該防護平臺必須每次爬升都處于塔吊最底部的第3道承重鋼梁的下方且在承重鋼梁的牛腿預埋件下方約1 m高度，既保證爬模、塔吊、防護平臺3個系統的相對獨立，又為核心筒內下部水平結構施工提供最大的工作面，同時為塔吊承重鋼梁往上翻運后的牛腿預埋件拆除提供人工作業平臺。

5）該防護平臺靜止狀態時必須全封閉，在隨塔吊爬升時必須保證與核心筒內壁有一定的距離，才能保證下掛懸臂式的該平臺不碰撞核心筒內壁，因此防護平臺的截面尺寸應小于核心筒內凈空尺寸，并采取翻板形式，便于靜止狀態的全封閉。

6）該防護平臺安裝在塔吊標準節上，對內爬塔吊液壓頂升系統受力有一定影響，該平臺的自重荷載是恒載，因此設計時應減輕自重，并應對安裝防護平臺后內爬塔吊的液壓頂升系統進行受力分析驗算。

根據以上6個方面的原則，防護平臺下掛在塔吊標準節立柱預留孔上，采用螺栓連接。下掛高度為13.6 m，即為塔吊的一個爬升行程（3層標準層層高）加1 m：3×4.2 +1=13.6 m，使每次爬升正好位于最底部的第3道承重鋼梁的正下方。防護平臺主梁截面尺寸為7.5 m×7.6 m，兩端各距離核心筒內壁約700 mm，用薄型鋼板加活頁形式側蓋在內墻面上，實現全封閉。

3 設計方案

水平主鋼梁和立柱采用方鋼90 mm×60 mm×5 mm，立柱與縱橫方向水平梁滿焊連接，立柱上部采用銷栓與塔吊標準節底部孔口連接。外邊框梁采用方鋼90 mm×60 mm×1 mm，與水平主鋼梁滿焊連接。同時邊框梁上設置龍骨框梁，采用等邊角鋼50 mm×5 mm和14 mm的HRB400鋼筋，上鋪標準平鋪板1 m×2 m，在標準平鋪板上鋪設一道白色薄鐵皮，防止細小零件墜落[3]。封閉平臺四周與核心筒體間距700 mm處，采用薄型鋼板進行封閉。每次核心筒底部封閉平臺與塔吊一起爬升時，人工翻開薄型活頁鋼板，待塔吊爬升完畢后再將薄型活頁鋼板封閉復原。為保證底部封閉防護平臺的安全和穩定，采用6×19A16鋼絲繩與塔吊牛腿下方環口扣接。每次爬升完成后將鋼絲繩移動至上層牛腿環口處[4]。同時為保證施工過程中焊接部位牢固，除立柱與水平主梁連接部位滿焊外，再在外層采用50 mm×5 mm角鋼進行焊接，增加立柱與水平主梁焊接面積。在立柱與水平主鋼梁下端，采用400 mm×300 mm×3 mm鐵板作為底部加強板，減少剪力對立柱焊縫的影響，增加焊縫長度，確保關鍵節點部位安全、可靠（圖3～圖6）。

經核算，該平臺掛在塔吊（TCR6055-32）標準節下方，在防護平臺最大載荷不大于2.3 t的恒載情況下，塔吊頂升載荷滿足現場使用要求[5]。

圖3 防護平臺平面示意

圖5 方鋼立柱與塔吊標準節連接節點示意

圖6 方鋼立柱與方鋼節點剖面示意

4 現場制作、安裝

完成材料與技術準備工作后，在核心筒內進行平臺各節點的焊接，主要控制2條主梁的焊接質量，選用技術嫻熟的焊工進行操作，確保焊縫質量，平臺的平面和立柱接長全部在地面完成焊接及焊接質量的檢查，所有的焊縫涂刷防銹漆進行防銹處理。然后將方鋼立柱起吊，將立柱吊起與平臺主梁節點焊接，起吊立柱和平臺。起吊前將2 t水泥均衡堆放在平臺上，起吊高度約0.5 m，靜載約1 h，驗證平臺可上人個數及平臺穩定性，檢查平臺的主梁變形等平臺受力情況。靜載堆載試驗無異常情況后將立柱和平臺一次吊裝到位，用銷軸將立柱栓接在塔吊標準節上，最后對防護平臺系統進行全面檢查，完成最后的檢測和驗收，最后投入使用。防護平臺的制作安裝流程為：材料準備→平臺焊接→立柱起吊→立柱與平臺焊接→堆載試驗→平臺起吊到位→繩索拉桿安裝→安裝翻板→檢測驗收→投入使用。

5 防護平臺的運用探討

結合方案制定、制作安裝以及運行過程中的實踐，我們認為方案制定階段應當對方案可行性進行充分研究分析，且必須召集爬模、塔吊等專業分包單位參與討論確定，確保防護平臺與爬模、塔吊既獨立又相互作用；主梁設計時，堅持“強主梁和節點、輕龍骨和自重”的原則；在制作加工過程中，注意焊接焊縫質量，對焊縫的高度、飽滿度及觀感等全數檢查，有條件的進行探傷檢查，合格后涂刷防銹漆；在隨塔吊爬升過程中，防護平臺是一個下掛懸臂構件，有一定擺動幅度，因此必須由專人看護，緩慢爬升，確保平臺不碰撞核心筒內壁；平臺作為塔吊承重鋼梁拆除的操作平臺時，所有需要經過平臺的零配件臨時堆載時間不得超過6 h，確保平臺長期處于空載狀態；管理制度方面，制定防護平臺專項管理制度，確保防護平臺運行正常。

基于塔吊、爬模兩大系統的防護平臺系統經過實施運行后，經歷了數次隨內爬式動臂塔吊爬升而爬升，均運行正常。該防護平臺在長沙保利國際廣場B3棟超高層的成功實施，取得了良好的社會效益和經濟效益，且已經申報實用型發明專利。在使用過程中通過對防護平臺的驗收、檢查、爬升看護等工作的跟進，已經實現了防護平臺、操作平臺、安全通道的三重功能，將為同類工程內爬動臂塔吊和爬模系統的核心筒內的底部封閉防護提供有益借鑒[6-8]。