建筑邊柱防護平臺在異形超高層建筑施工中的應用

程志軍 張滿江紅 張 多 藍振芳

中國建筑第二工程局有限公司深圳分公司 廣東 深圳 518048

1 工程概況

騰訊濱海大廈位于廣東深圳南山區，工程占地面積18 700 m2，總建筑面積為340 000 m2，地下4層，地上分為南北2座塔樓，其中南塔樓50層，建筑高度為244.10 m，北塔樓39層，建筑高度為194.85 m，項目建成后主要功能為研發、商業、食堂、文體設施等。該工程塔樓外形設計有多處變形體，其中南北2棟塔樓內側變形最明顯，立面在中區呈凸狀（圖1）。

騰訊濱海大廈結構形式為型鋼混凝土柱＋組合梁框架＋鋼筋混凝土核心筒，外框柱采用組合型鋼骨混凝土柱，水平承重結構為鋼梁和閉口型壓型鋼板組合樓板。該工程塔樓結構分為核心筒和外框2條線路組織立體流水施工，核心筒施工領先外框架鋼結構柱，外框架鋼結構柱施工領先壓型鋼板，壓型鋼板領先樓板和外框柱混凝土，在立面上各作業層形成不等高同步施工流水。該工程核心筒區域采用全鋼大模板配合液壓爬模施工工藝，塔樓外框采用附著智能升降腳手架進行外防護。

圖1 項目整體結構模型示意

2 工程難點

本工程的施工難點之一是北塔南側和南塔北側的外框防護方案。考慮到建筑外形呈弧線形變化，分別在北塔27層、南塔31層出現轉折，由外傾轉為內傾，若采用附著升降腳手架斜爬，則會因爬升方向改變，需在轉折處臨時更改軌道，導致現場施工難度大，安全風險高，且影響外框柱施工進度[1]。

如何在北塔和南塔另外三面采用附著升降腳手架的前提下，為北塔南側和南塔北側外框施工選擇合適的防護措施成為本工程的施工難點。

3 方案比選

針對本工程的實際情況，結合以往工程的施工經驗，我們為北塔南側和南塔北側的外框防護提出了2種技術方案，并從施工安全、經濟、工期等3個方面進行了比選研究。

3.1 懸挑式腳手架

采用懸挑腳手架可將建筑物全高范圍內的腳手架分成若干段，利用懸挑工字鋼作為腳手架基礎，分段懸挑、搭設腳手架，可較好地適應建筑物結構樓板邊線逐層變化的情況。

懸挑架的優勢是靈活方便，工藝較成熟，工人對作業時間和工藝把握較準確；缺點是為適應建筑物外形變化，每次懸挑高度小，需要同時投入大量工字鋼，搭、拆工作量大，對整體施工進度和成本影響較大。

3.2 建筑物邊柱安全防護平臺

考慮到本工程為鋼框架組合結構，由鋼骨混凝土柱、鋼梁、壓型鋼板組合樓板等構成。采用這種結構類型的建筑物施工，僅在綁扎邊柱鋼筋、支設邊柱模板、澆筑邊柱混凝土時，需要站在建筑物外架上作業，其余工作均可在建筑物內側完成，只需沿樓板邊沿設置防護設施即可。受折疊式附著腳手架外防護網的構造啟發，項目部開發出一種建筑物邊柱安全防護平臺。

在北塔南側和南塔北側不適宜采用附著升降腳手架的情況下，針對建筑物外圍的邊柱進行單獨防護，每個柱體配備一個獨立的防護單元，包裹住邊斜柱外圍3個方向，施工人員在防護單元內完成鋼筋綁扎、支設邊柱模板、澆筑邊柱混凝土，獨立邊柱防護平臺通過塔吊配合安拆轉運，在各層間周轉使用。在邊柱與邊柱之間的樓板邊緣區域采用防護欄桿等形式進行防護。

該方案既保證了施工人員的安全，省去外腳手架搭設工序，同時也解決了搭建外腳手架過程中存在的安全隱患。因此，本工程選擇此方案。

4 平臺設計方案

邊柱安全防護平臺由豎向龍骨、沖孔鋼板制成的安全防護網、走道板、米字支撐骨架、內翻板、吊耳、可調水平卡、底部固定件等組成，豎向龍骨、安全防護網、走道板通過專用連接螺栓和連接鋼板相互拼接，搭建而成的呈“凹”字形的架體，拼裝方法類似折疊式附著腳手架。在架體的一端設有爬梯，供工人上下走道板。在架體中部對稱設置2根豎向龍骨，其頂端焊有吊耳，架體可由塔吊吊起周轉使用。在架體底層走道板的兩端分別設有底部固定件，通過穿過樓板的螺栓將架體底部固定，防止架體滑動[2]。位于架體內側的豎向龍骨頂部設有可調水平卡，該卡的一端與龍骨采用螺栓連接，另一端與上部的鋼梁拉接，防止架體向外傾覆。在架體底層走道板的內側設有折疊翻板，以遮蓋架體與樓板之間的空隙，翻板通過合頁與走道板連接（圖2、圖3）。

圖2 邊柱防護平臺示意

圖3 邊柱防護平臺構造示意

當需要進行邊柱防護的樓層的樓板混凝土已經終凝，且上部鋼梁安裝完畢時，將邊柱安全防護平臺底部的翻板收起，采用塔吊協助吊裝，在需要防護的鋼柱外側就位，通過螺栓將防護平臺底部固定在結構樓板上，防護平臺上部通過水平卡及可調拉桿與鋼梁拉結，把防護平臺底部的翻板打開，即可滿足外框柱臨邊施工作業需求。

5 平臺安全性能驗算

邊柱防護平臺中心位于結構內側，主受力通過防護平臺傳遞到結構鋼梁與樓板面上，底部通過2根穿樓板螺桿固定，上部通過水平卡（左右各1道）與上層結構水平鋼梁連接固定。穿樓板螺桿固定防護平臺底部，防滑動。南北塔共有2種不同尺寸的水平鋼梁，分別為400mm×750mm和600mm×580mm，可利用水平卡通過可調拉桿與邊柱防護平臺固定，起防傾作用（圖4）。

5.1 結構受力分析

在外框柱施工過程中，主受力包括邊柱防護平臺受到的外部風壓、上人操作的重力以及防護平臺架體自重，上部2根可調拉桿受到水平拉力，下部2根穿樓板螺桿受到水平剪力（圖5）。

5.2 模型建立及荷載取值

選取防護平臺外部沖孔板及上下方固定構件建立計算模型，風荷載Wk=1 310.4 N/m2，迎風高度H=6 m，寬度L=4 m，架體荷載為15 kN，兩側各有1根剛性可調拉桿與M32穿樓板螺桿（圖6）。

圖4 邊柱防護平臺立面示意

圖5 邊柱防護平臺受力示意

圖6 結構受力模型

5.3 穩定性計算

在不考慮平臺底部與樓板面摩擦力的情況下，根據受力平衡公式及力矩平衡公式：

式中：Fa——單根可調拉桿所受的拉力；

Fb——單根穿墻螺桿所受的剪力。

經計算，得出Fa=13 874.8 N，Fb=1 850 N。

自重G=15 kN，傳遞給可調拉桿的拉力為2Fc=G×3.4，得Fc=24 990 N。

5.4 安全驗算

可調拉桿使用M27螺桿，應力截面積A=459 m2，極限應力為142 N/mm2，F總=Fa+Fc=38864.8N，可調拉桿在受最大風荷載工況下，可調拉桿所受的應力為：F總/A=84.7 N/mm2＜142 N/mm2，故滿足要求。

6 施工流程與操作要點

施工流程為：邊柱防護平臺拼裝→邊柱防護平臺吊裝→邊柱防護平臺上端固定→邊柱防護平臺底部固定→邊柱防護平臺吊運周轉→邊柱防護平臺拆除。

6.1 邊柱防護平臺拼裝

在平整場地進行平臺架搭設，場地的水平高差不能超過20mm，若場地不平整，則須用木方或槽鋼進行水平調整。應先鋪設底部走道板，將相鄰的2片走道板外框用專用螺栓及鋼板連接。按照平臺設計圖布置相應尺寸的豎向龍骨，在豎向龍骨最下端第1個孔用專用螺栓與走道板連接。安裝豎向龍骨須用鉛垂儀檢查其與底龍骨板垂直度，確保垂直后再擰緊固定螺栓[3]。

組裝好所有豎向龍骨后，開始組裝第2步走道板，2道相鄰的走道板間距1 800～2 000mm。第1步安全防護網底部應放置在底部走道板外側，用專用連接件固定，豎向龍骨每間隔1 m安裝1個專用網框固定件，將龍骨與防護網固定（圖7）。

6.2 邊柱防護平臺吊裝

直接利用平臺內側轉角的2根豎向龍骨最上面的螺栓孔作吊耳，將吊環穿過螺栓孔，用塔吊鋼絲繩吊好。

防護平臺吊裝到位后，將平臺的頂部與底部與結構固定牢固，并將與底層走道板相連的翻板打開。檢查無誤后，才可以松開塔吊吊鉤，并對防護平臺進行驗收，合格后方可使用（圖8）。

圖7 完成拼裝的邊柱防護平臺

圖8 吊裝就位的邊柱防護平臺

6.3 邊柱防護平臺上端固定

位于平臺內側轉角的2根豎向龍骨頂部分別設有1道可調水平卡，與平臺上部的鋼梁拉接，防止平臺向外傾覆。可調水平卡包括水平卡底座、壓塊、可調拉桿、專用連接件等。可調拉桿的主體部件是螺桿和套筒，通過旋轉螺桿，可讓螺桿伸出或縮回套筒內，以達到調節長度的目的，保證防護平臺在任一樓層均可與鋼梁拉接。

可調拉桿的一端與豎向龍骨采用螺栓連接，另一端與水平卡底板焊接的耳板采用螺栓連接。水平卡底座的一端設有凹槽，用凹槽勾住鋼梁的下翼緣，另一端設有數個螺栓孔，以適應不同寬度的翼緣，將壓塊用螺栓與底座連接，夾住下翼緣的另一側，完成對防護平臺上端的固定（圖9）。

圖9 平臺上端固定示意

6.4 邊柱防護平臺底部固定

在架體底層走道板的兩端分別設有底部固定件，通過穿過樓板的高強螺栓將架體底部固定，以防止架體滑動。該底部固定件包括帶有螺栓孔的L形鋼板、高強螺栓、螺帽等[4]。

預埋孔設在樓板面上，每個平臺按設計位置中心線埋設2根預埋管。采用M32螺栓，由于建筑物結構各樓層的平面布置有變動，預埋管的位置應以建筑物軸心為標準進行確定。預埋管采用PVC套管，必須與鋼筋捆扎牢固，以免澆筑混凝土時被振歪或移位，并將預埋管上口用膠布及海綿封堵，以免混凝土灌入。

L形鋼板的一側與走道板通過螺栓相連，另一側與樓板相連。鋼板底部必須與樓板貼近，假如樓板不平整，則可對凸出部位做稍許剔鑿，對下凹部位采用墊片調整（圖10）。

圖10 平臺下端固定示意

6.5 邊柱防護平臺吊運周轉

施工完一層的邊柱后，用塔吊將邊柱防護平臺整體吊運至上一樓層，重復利用。起吊前，需將平臺吊耳與塔吊鋼絲繩固定好，然后將平臺上端的水平卡和底部固定件拆開，再將與底層走道板相連的翻板收起。吊運過程中應安排2名工人從建筑物內側作輔助，同時塔吊指揮在一旁采用對講機保證與塔吊司機的緊密聯系，防止平臺與結構劇烈撞擊，盡量保證平臺輕起輕落。

防護平臺吊裝到位后，將底層翻板打開，固定好底部穿樓板螺桿和上部防傾裝置，檢查無誤后，才可使用。

6.6 邊柱防護平臺拆除

待邊柱施工結束后，用塔吊將防護平臺吊至室外地面進行拆除，拆除工序按照先裝后拆、后裝先拆的原則。

7 效益分析

對于由鋼骨混凝土柱、鋼梁、壓型鋼板組合樓板等構成的超高層鋼框架組合結構的臨邊柱體施工，邊柱防護平臺較傳統分段懸挑施工更簡便快速，可節省材料和勞動成本，保證施工安全，施工現場干凈、整潔，搭設和拆卸過程中安全可靠。完成每個平臺周轉用時約30 min，每個安全防護平臺造價僅為38 700元，每次周轉一個平臺的人工費用約為60元，經濟效益明顯。

8 結語

本工程北塔南側有7個臨邊框架柱，南塔北側有9個臨邊框架柱，共設置邊柱防護平臺16個，平臺在各樓層通過塔吊吊裝使用，吊運樓層總數達40層。工程于2013年12月5日開始施工，于2015年2月6日實現結構封頂，施工整體進度滿足業主要求，工程獲廣東省安全文明施工示范工地、AAA級安全文明標準化工地稱號。

邊柱安全防護平臺在柱周形成全封閉防護，安全性高，結構簡單、設計合理，便于快速安裝及拆卸，還可靈活搬運，非常適用于由鋼骨混凝土柱、鋼梁、壓型鋼板組合樓板等構成的超高層鋼框架組合結構的臨邊柱體施工。邊柱防護平臺省去了傳統懸挑架和爬架沒有必要的防護部分，只進行針對性的局部外防護，避免了外腳手架或外爬架搭建與拆除過程中的安全隱患，大大降低了高空施工的潛在風險，可為其他類似建筑物的施工提供借鑒。