超高層微傾建筑中自適應全鋼附著升降式腳手架的設計與施工

趙長江 侯春明 馬靖華 霍宗耀 吳開毅 毋 敏

中建三局集團有限公司成都分公司 四川 成都 610041

1 工程概況

重慶來福士項目位于重慶兩江交匯的朝天門，項目總占地面積90 000 m2，總建筑面積約1 100 000 m2，由3層地下室、6層裙樓、8棟超高層塔樓及連接4棟塔樓的3層空中連廊構成，是集商場、酒店、寫字樓、高端住宅為一體的城市綜合體項目，建成后將成為重慶市地標性建筑之一。

項目超高層塔樓為框架核心筒結構，南北兩側立面為弧形面，其中南側為內凹形、北側為外凸形，東西兩側為豎直平面，塔樓結構最大傾斜角度多達8°，如圖1所示。樓層平面南北側有弧形陽臺，樓層結構板邊緣不規則。為保證塔樓主體結構施工時周邊架體嚴密封閉，同時保證施工進度，采用全鋼附著升降式腳手架作為外防護架[1]。

2 微傾建筑附著升降式腳手架施工重、難點

圖1 項目塔樓側面

全鋼附著升降式腳手架主要由滑道框架模塊、腳手板模塊、立桿模塊、安全網模塊、頂端小橫桿、翻板模塊、附著設備、升降設備、控制系統、防墜防傾附著裝置、上下鋼爬梯等組成。附著升降式腳手架構成如圖2所示。

升降式腳手架附著裝置為防墜防傾附著裝置，并將提升拉桿等集成在內。附著裝置前端通過帶防墜塊的導向座與滑道框架的防墜管連接，后端通過連接板與預埋螺栓連接，提升時通過電動葫蘆懸掛在提升拉桿上進行。防墜防傾附著裝置如圖3所示。

常規的升降式腳手架附著機位固定、防護板塊位置固定，無法適應塔樓外立面豎向微傾和不規則平面的造型需求[2]。若要將其應用于超高層微傾建筑中，則主要需要克 服以下重、難點：

圖2 附著升降式腳手架構件示意

圖3 防墜防傾附著裝置

1）塔樓南北兩側立面為弧形面，南側內凹，北側外凸。升降式腳手架在爬升過程中需跟隨立面造型形式進行角度調整，常規附著桿件無法適應不同長度的附著需求。

2）塔樓結構微傾，塔樓外框柱均為斜柱，且梁柱外側不齊平，常規升降式腳手架附著機位長度固定，無法根據結構梁柱位置進行調整，在結構梁柱位置變化區域無法有效固定升降式腳手架。

3）塔樓東西兩側立面為平面，但是南北邊緣呈現弧形，角部位置每層都在變化，常規升降式腳手架的板塊無法適應弧形邊緣造型，無法完全封堵角部縫隙。

4）為保證施工樓層外立面完全封閉，升降式腳手架設計防護范圍為4.5層，總高約16 m。若升降式腳手架采用整體安裝，則會影響對應區域的結構施工，從而影響工期。

針對以上重、難點，結合項目塔樓結構形式，對傳統的附著升降式腳手架進行優化設計，采用可調節挑臂附著＋標準附著體系、加長附著＋標準附著、立面固定架＋角部活動架、附著機位隨結構調整、分段分節安裝、斜向爬升等工藝，有效解決了上述設計與施工的重、難點，實現升降式腳手架斜向爬升，保證塔樓結構周圍防護嚴密。

3 自適應全鋼附著升降式腳手架優化設計

3.1 附著體系優化設計

3.1.1 可調節挑臂附著＋標準附著體系

塔樓結構南北側呈弧形面，不同樓層板邊緣不同，升降式腳手架附著構件在不同樓層的附著長度不同，且每次提升后需根據新樓層的板邊緣進行調整。為此，針對性地設計出一種可調節挑臂附著（圖4），挑臂附著由挑臂導軌、可調加長件、固定螺桿等部分組成。

圖4 可調節挑臂附著示意

挑臂導軌可通過固定螺桿在結構的埋設位置進行位置調節，但是由于水平弧形陽臺挑板結構長度不一致，故僅依靠調節挑臂導軌無法滿足調節距離精度要求。通過可調加長件輔助調節，加長件內部的連接螺桿可通過調節齒輪進行調節，從而調節長度，加長件可調節最大距離為300 mm。可調節加長件如圖5所示。

圖5 可調節加長件示意

挑臂附著構件通過挑臂導軌固定在結構上，可調加長件外筒連接板與防墜防傾附著構件連接，加長件內筒與挑臂導軌連接?？烧{附著體系連接如圖6所示。

圖6 可調節挑臂＋標準附著實景

3.1.2 加長附著＋標準附著體系

塔樓結構東西立面為水平面，其結構外框柱呈傾斜布置，且凸出結構梁，梁柱結構外側邊緣不齊平，根據結構柱外凸尺寸定制加長附著件，用長250 mm的加長附著件補充結構梁和標準附著件之間的空隙，如圖7所示。

圖7 加長附著＋標準附著示意

安裝過程中，在結構梁的位置先安裝加長附著件，再將標準附著件與加長件通過螺栓連接固定，安裝實景如圖8所示。

3.2 角部防護體系優化設計

本工程塔樓為弧形造型，角部位置的結構造型每層都不一致，且向上爬升時南北側斜向架體與東西側豎直架體產生沖突。針對此問題，對升降式腳手架外側鋼質安全網進行改造設計，將角部的常規方形固定防護架改為活動的三角形防護架與梯形防護架。

角部活動架直角邊與東西側豎向固定架連接固定，斜邊與南北側斜向架體連接，活動防護架根據東西立面的豎向固定架與南北側斜向架體之間的縫隙進行選擇拼裝，通常為將下方板塊依次向上方安裝即可。角部活動架安裝如圖9所示。

圖8 加長附著＋標準附著安裝實景

圖9 角部異形架安裝實景

3.3 安裝方式優化設計

本項目采用的升降式腳手架防護高度為4層半，在塔樓主體結構施工至第6層左右進行安裝，且安裝區域需要拆除外架。為減少安裝升降式腳手架對主體結構施工進度的影響，同時減少外架拆除區域和安全隱患，對升降式腳手架板塊進行優化。

為減少安裝時外架拆除區域，將升降式腳手架上下分為2節安裝，立面下節安裝高度10.2 m，上節安裝高度6.0 m。安裝時先安裝下節架體，高度約2層半，僅需要拆除2層外架即可，主體結構施工至上方樓層后，再安裝上節架體，與下節架體組合構成整體升降式腳手架。

塔樓結構樓層施工不同步，單層結構分為南北兩部分施工，故將升降式腳手架東西立面架體在施工縫位置進行分塊，塔樓四周升降式腳手架整體分為南北兩部分。兩部分分別在對應的施工樓層進行安裝，且可相對獨立地進行安拆及爬升。

4 自適應全鋼附著升降式腳手架施工

4.1 附著升降式腳手架施工部署

自適應全鋼附著升降式腳手架針對項目塔樓結構特點進行優化設計之后，根據設計圖紙進行加工生產，架體各部分構配件進場時進行全面質量驗收。

附著升降式腳手架安裝前結合項目塔樓情況進行平面布置，在塔樓南北側設置可調挑臂附著，挑臂附著依次編號，便于調節。在塔樓東西立面結構柱位置設置標準附著件，東西立面結構梁位置增設加長附著件。東西立面的架體在中間進行分段，且在4個角部均設置活動架，對角部架依次編號。卸料平臺的位置根據需要在架體下半節開設預留孔洞，在東西兩側各留設3個卸料平臺。塔樓升降式腳手架平面布置如圖10所示。

4.2 附著升降式腳手架安裝施工工藝

升降式腳手架的附著件埋件在主體結構施工時即在結構梁柱上完成預埋，然后將附著件與預埋件對應安裝。

架體組裝分節進行，先組裝下節再組裝上節。架體在地面組裝完成，組裝順序為：在地面擺放所需機位滑道、內排立桿→安裝底部腳手板和機位托盤→安裝其他腳手板→安裝外排立桿→安裝機位吊點、斜撐→安裝腰桿→安裝安全網架。

圖10 附著升降式腳手架平面布置

架體分節組裝完成后采用塔吊進行吊裝，將吊鉤掛在待安裝架體單元立桿上部孔內的四處U形螺栓吊環內，并保證起吊后下節架體單元垂直。

整體吊裝順序從轉角處開始，依次吊裝。起吊后校正架體單元橫縱方向的角度，校正好安裝位置后立即安裝架體下部2個附墻固定附著支座，且在每個附墻固定附著支座上平面處導軌上安裝好2個定位承載扣件，下節架體安裝時需設置預埋臨時拉結架體，防止傾覆。第2組吊裝時與第1組用螺栓連接內外排架體，補齊外排安全網、立桿等。

架體吊裝后完成斷片處立面安全網封閉、橫向腳手板搭接。在與樓板處于同一平面時將活動鋼質翻板打開，用以封閉架體與樓板之間的縫隙。南北側的架體翻板采用定制的加長板，從而保證各樓層不同寬度的縫隙均能夠封堵嚴密。

4.3 提升電控系統安裝工藝

為保證架體提升的同步性，在每個機位配備一套升降和同步控制系統。由于電動葫蘆安裝在架體平臺第2層腳手板下部，并配置力傳感器，故在提升時，操作人員可安全地對架體的電控同步提升系統進行操作。待架體提升完畢后關閉電控提升系統，并將架體導軌附著點與附著體系緊固，完成提升過程。

電控系統使用電壓為三相380 V，電控系統還設置了漏電保護裝置，確保使用過程中的用電安全。

升降設備由環鏈電動葫蘆和傳感器、PLC電控系統等組成。機位荷載與該機位的基準荷載偏差大于設定值15%時，系統向電氣執行元件發出啟停指令，從而使得整個升降式腳手架荷載基本平衡一致；當機位荷載與該機位的基準荷載偏差大于設定值30%時，系統向電氣執行元件發出停止指令，使該機位所在的整片架體停機，可有效保證架體提升過程安全。

4.4 附著升降式腳手架爬升工藝

4.4.1 斜向爬升工藝流程

塔樓不同樓層的陽臺外伸結構長度不同，為滿足升降式腳手架在塔樓弧形立面爬升的可操作性，通過調節南北側挑臂附著的伸縮長度，控制南北側架體的不同傾斜角度。架體傾斜角度調整完成后，通過架體底部的電動葫蘆提升。

架體防護高度為4層半，在各層結構樓層外側邊緣安裝附著件，附著件由下向上依次編號為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（分別對應提升后的樓層位置）。標準附著件上均設置有卸力吊點，卸力吊點由預埋在梁柱里的螺桿和環卡組成，并通過防墜鋼絲繩與底部導向座連接，保證提升過程中架體的安全。

架體爬升時，東西立面的豎向固定架爬升流程與常規升降式腳手架爬升流程一致，只是角部可調活動架需要跟隨樓層結構變化逐層進行拆裝。南北側爬升流程如下：加固附著件Ⅲ→適當松開附著件Ⅰ、Ⅱ，利用調節裝置內拉附著件Ⅱ使其貼緊建筑主體，然后加固附著件Ⅱ→調節附著件Ⅲ，適當松開附著件Ⅲ，利用調節裝置內拉附著件Ⅲ使其貼緊建筑主體，然后加固附著件Ⅲ→安裝附著件Ⅳ，固定附著件Ⅳ，卸力拉緊→固定附著件Ⅰ，卸力拉緊。

爬升流程如圖11所示。

圖11 傾斜側爬升示意

塔樓南北側為弧形，下半部分向北傾斜，上半部分向南傾斜，南北側的架體爬升時存在傾斜拐點。拐點位置通過調節可調挑臂附著的長度保證每道附著位置附著牢固，然后在架體與結構縫隙較大的位置采用加長鋼質翻板封閉，南側拐點位置主要封閉中間2道附著，北側拐點位置主要封閉上下2道附著。

4.4.2 避難層爬升工藝

項目塔樓設置有避難層，避難層層高達6.9 m。在初次進入避難層且首次提升3.5 m后，等待上一層的支模系統及模板卸料完成，再繼續第2次提升1層，進入避難層施工期（開始支模）。

此時架體懸臂過高，需預埋拉結處理；除首次進入避難層時須連續提升2次外，以后各層均提升1次，同時須在架體底部樓層先拆模后再提升架體。

4.4.3 架體爬升注意事項

1）提升前應先檢查吊點、吊環、吊索情況，防墜落附墻支座的情況及密封板的情況等，并對使用工具、架子配件進行自檢。

2）附著支承處墻體結構的混凝土強度必須達到或超過20 MPa要求后，才可提升。

3）提升時，附著升降式腳手架分區、分組提升，當提升過程中無安裝導向座工序和未發生故障報警時，可一次提升到位。當有故障報警時，則應及時排除故障后再重新提升。

4）提升到位停機后，安裝好定位防滑扣件，定位扣件上下翻轉使用，以保證扣件與防墜管緊密貼合。定位扣件全數固定上緊后，便可進行卸荷載摘吊鉤工作。

5）提升到位后，對升降式腳手架進行全面檢查，確保四周防護嚴密、所有固定點位安全可靠、臨電設備符合要求，并形成書面的檢查記錄，確保安全后，方可繼續投入使用[3-4]。

4.5 附著升降式腳手架拆除施工工藝

在擬拆架體區域下方地面劃出安全區域，安排專人警戒守護，嚴禁與拆架無關的人員進入該區域。

預先在拆除的單元立桿上綁2根纜風繩，用于起吊過程中穩定單元，防止擺動。

先拆除電氣和升降設備放置在樓層內，腳手架應按架體分組區段從上至下拆除，不得上下同時施工。架體利用塔吊拆除吊裝時，整個架體上及周邊嚴禁任何人員作業。

5 結語

本文通過可調節挑臂附著、加長附著、角部活動架、上下分節安裝等技術，有效解決了異形結構附著升降式腳手架的安裝、附著和提升問題。通過在重慶來福士廣場項目超高層微傾塔樓施工中實際應用，有效減少全鋼附著升降式腳手架的安拆時間，且能有效滿足防護樓層的封閉要求、適應斜向爬升需要。該技術具有設備生產定型化、施工標準化、操作安全化等優點，實施效果良好，具有較高的推廣應用價值。