超高層建筑爬升設備輔助支撐系統研究

龔 寅

上海建工七建集團有限公司 上海 200050

現代建筑業的迅速發展，建筑施工工藝的不斷創新，新設備、新技術的大量涌現，促進了超高層建筑施工技術的發展。例如，在超高層建筑施工中使用的整體提升鋼平臺模架系統被大量運用到主體結構施工中去。整體提升鋼平臺模架系統的工作原理是通過上部的爬升立柱進行整體爬升工作，然后由下部的支撐牛腿伸進結構剪力墻內承擔整個鋼平臺的荷載。

但是，超高層建筑一般都集辦公、酒店、觀光等功能于一體，致使局部結構整體缺失。由此產生的問題就是結構施工時所使用的大型模板爬升設備不能與結構本身產生可靠的支撐，爬升及附著的支撐點無法正常受力，從而加大了施工難度并產生巨大的安全隱患。

1 研究現狀

通常情況下，超高層建筑的施工空間相對狹窄，采用合理的模板施工方案至關重要[1]。液壓自動爬升工藝在高層建筑施工中，具有施工速度快、操作簡潔、工程質量好、省時、成本較低等特點[2]。

當前國內對超高層整體鋼平臺體系的研究不多，既有文獻通常是根據工程實例將模板及腳手架的施工工藝與設計分開考慮，而對鋼平臺整體化的施工技術歸納及理論研究較少[3]。

任海波[4]針對新型多功能組合式爬模體系設計及應用進行了研究，設計出一種新型爬模體系，并且首次將自行研制的內外墻體液壓爬升系統成套技術引入大型復雜核心筒立體交叉施工作業中[5]。

2 整體提升鋼平臺簡介

以上海建工集團股份有限公司自行研制的鋼柱筒架交替支撐式整體液壓爬升鋼平臺模架體系為例，該體系由鋼平臺系統、內外掛腳手架系統、爬升機械系統、液壓動力電氣控制系統、大模板系統等5部分組成。通過鋼梁組成的鋼平臺與外掛腳手架連接，形成一個全封閉的施工操作環境。

鋼平臺利用鋼牛腿擱置在核心筒墻體上，利用導軌立柱承重，油缸相互交替頂升，帶動整體鋼平臺體系的爬升（圖1）。

圖1 整體提升鋼平臺構造

3 爬升設備輔助支撐系統工作原理

超高層結構爬升設備輔助支撐系統包括臨時混凝土結構梁，用于實現超高層豎向結構局部缺失所導致的大型模板爬升設備無法與結構本身支撐及完成提升工作，臨時混凝土結構梁按樓層標高在墻體缺失部位設置，鋼格構柱固定于臨時混凝土結構梁上，使整體提升鋼平臺下部支撐牛腿擱置在鋼格構柱上，從而保證鋼平臺的荷載通過格構柱傳至臨時結構梁上。臨時混凝土結構梁下部排架支撐體系加密（圖2），且保留至上部結構施工完畢[6]。

圖2 臨時梁下部排架支撐示意

在超高層豎向結構局部缺失所導致的大型模板爬升設備無法與結構本身形成可靠支撐并完成提升工作的情況下，利用增加的臨時結構梁來承受大型模板爬升設備工作的作用力。

這樣做的好處在于墻體缺失部位臨時結構與主體結構同時施工，不耽誤工期，施工工藝簡單，相比全部重新施工臨時剪力墻結構，后期混凝土拆除量小。且臨時梁上所使用到的埋件、鋼鐙、格構柱都為現場廢舊材料所制，后期拆除后又可周轉利用，降低工程成本。

輔助爬升系統用于實現在超高層豎向結構局部缺失的情況下，大型模板爬升設備與結構本身形成可靠支撐及完成提升工作的功能，臨時混凝土結構梁按樓層標高伸進缺失部位兩側柱子，梁上焊接格構柱及預埋鋼鐙，格構柱為鋼平臺支撐牛腿擱置點，鋼鐙為鋼平臺爬升立柱作用點（圖3）。

圖3 鋼平臺爬升立柱及牛腿擱置位置示意

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

測量放線、標高標注→焊接格構柱→搭設模板排架→綁扎鋼筋、放置埋件→澆搗上層梁混凝土→鋼平臺提升

4.2 操作要點

輔助爬升系統與結構同步施工，鋼平臺提升后，在下層臨時梁表面的埋件上焊接格構柱，格構柱用于鋼平臺完成提升作業后擱置支撐牛腿。然后進行上層臨時梁的排架體系搭設并對鋼鐙位置下部進行加密，再進行支模、綁鋼筋、放埋件及澆搗混凝土施工。等結構混凝土強度滿足鋼平臺提升要求時，進行鋼平臺提升作業，操作要點如下：

1）臨時梁的截面及配筋根據鋼平臺具體的受力要求確定（本工程臨時梁的截面為600 mm×600 mm），混凝土強度滿足鋼平臺提升條件后，方可進行鋼平臺提升作業。

2）根據爬升立柱作用點，在混凝土梁上對應放置用工字鋼制作的鋼鐙，使鋼平臺在提升時爬升立柱的荷載作用在鋼鐙上。

3）梁下部排架支撐保留不拆，并且鋼鐙位置下部排架按要求加密。支撐排架掃地桿、水平桿及剪刀撐等設置到位，確保整體的穩定性。

4）牛腿處位置在梁上預埋埋件，埋件上面根據牛腿底部標高焊接格構柱，使牛腿受力時正好擱置在格構柱頂上。格構柱與預埋件滿焊連接固定，豎向垂直度滿足要求。

4.3 質量保障措施

1）混凝土坍落度嚴格控制在14 cm以下，現場專人測控誤差不大于1 cm，每隔2 h測試一次，及時調整坍落度值，解決坍落度過大或過小問題。

2）嚴格按方案要求搭設臨時梁下部排架體系，控制好頂托懸臂高度，并在鋼鐙位置進行立桿加密。

3）控制好格構柱預埋件及梁內預埋鋼鐙的放置位置，確保鋼平臺提升及正常作業時，爬升立柱及支撐牛腿滿足受力要求。

4）嚴格控制格構柱的焊接質量，并以自檢、互檢、專檢的形式進行全數復核。

4.4 安全防護措施

1）在鋼平臺上內外周邊均有高2 m的擋板，由角鋼框加鋼絲網組成，防止人、物等墜落；所有腳手架外側均有側網封閉，由角鋼框加鋼絲網組成，防止人、物等墜落。

2）腳手架底部有閘板，在鋼平臺使用時閘板閘至墻體，以防物件墜落。

3）在鋼平臺上有7處安全通道，由底部鋼板及高1.5 m的扶手欄桿組成，鋼平臺上所有人員必須由安全通道從核心筒的一側行進至另一側。

4）在鋼平臺上堆放鋼筋等材料時，應平均分布并盡量將材料堆放在核心筒內側的鋼平臺上，不得集中堆載。

5）如遇8級以上大風，應在迎風面的外腳手架內設置數道由腳手鋼管做的支撐，頂緊墻體，來減小風荷載給鋼平臺帶來的影響。

6）如遇 6 級以上大風或大雨、大雪、大霧等惡劣天氣情況，不得提升鋼平臺；鋼平臺頂升前，所有與鋼平臺頂升無關的人員必須離開鋼平臺。

7）鋼平臺頂升前應將所有閘板松開，并由專人檢查，保證鋼平臺與核心筒結構在沒有鉤、拉、碰等的情況下頂升鋼平臺。

5 工程案例概況

上海國際航空服務中心W-1B地塊工程基地面積19 790 m2，總建筑面積194 485.5 m2。超高層塔樓為51層樓的單體，結構總高度236 m，為型鋼混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒混合結構，外立面整齊規整、無外突不規則結構，因此適合采用整體提升鋼平臺進行核心筒結構的施工。

6 工程應用情況

由于37層以上結構圖紙變更，本工程核心筒豎向結構從39層標高以上軸線處墻體不隨樓層標高繼續往上延伸（圖4），導致此部位整體提升鋼平臺的2個爬升立柱及2個支撐牛腿無法擱置，故采用臨時結構支撐的方法使鋼平臺正常使用（圖5）。

圖4 上海國際航空服務中心墻體缺失示意

圖5 輔助爬升系統安裝位置

目前本工程已結構封頂，進入外幕墻安裝階段。監測數據及現場實際施工效果表明，此系統有效地輔助了整體提升鋼平臺的正常提升作業，起到了結構缺失部位每層隔離的目的（圖6、圖7）。

圖6 輔助爬升系統現場

圖7 預埋鋼鐙與格構柱位置

本系統施工工藝簡單，與主體結構同步施工，且后期混凝土拆除量小，避免了混凝土鑿除產生的噪聲和揚塵問題，減少了垃圾的產生。同時，所使用到的埋件、鋼鐙、格構柱等都為現場廢舊材料所制，降低了工程成本，方案優化后節約各類材料費約88萬元，節約了人工費約75萬元，共計節約成本163萬元，具有顯著的社會效益和經濟效益。

7 結語

隨著社會經濟的發展，超高層建筑如雨后春筍般出現。超高層結構爬升設備輔助支撐系統的出現，解決了在設計變更墻體缺失情況下，鋼平臺無法提升的難題，具有廣泛的應用前景。