北京麗澤E06項目不規則核心筒爬模架體附著鋼支撐柱施工技術

蘭云睆，肖運清，李海生，趙鵬宇，張勝帥

(1.中建三局第二建設工程有限責任公司，湖北 武漢 430074；2.北京市建筑工程研究院有限責任公司，北京 100039)

0 引言

隨著建筑設計理念的發展突破及業主方成本意識的不斷加強，超高層建筑結構形式不斷向多樣化和輕量化發展，主要體現在建筑造型愈發獨特及建筑結構形式的簡潔優化。在超高層建筑中，此類結構主要采用核心筒剪力墻-外框鋼結構的形式，其中，核心筒剪力墻隨著建筑高度的增加，受造型空間及成本用材方面的影響，超過一定高度后往往將部分位置的剪力墻變換為連梁，從而達到筒體空間結構優化、降低鋼筋混凝土等材料用量的目的。在爬模架體爬升到一定高度時，取消的剪力墻部位無法進行架體機位的附著，影響結構的進一步施工。據此，研究開發一種適用于不規則核心筒爬模架體附著的裝置及施工技術至關重要。

為解決上述問題，通過對北京麗澤E06項目爬模架體附著工況進行分析，優化傳統爬模架體在無剪力墻位置的附著方式，提出一整套關于爬模架體等爬升設備在無結構支撐部位附著的關鍵技術。該技術在不改變原設計結構及不對設備架體進行二次拆改的情況下完成爬模架體等爬升設備的附著及爬升，滿足不規則核心筒結構的施工需求。

1 工程概況

北京麗澤E06項目位于北京市豐臺區金融商務區，總占地面積約2.5萬m2，總建筑面積約15.6萬m2，地下4層，地上43層，建筑高201m。該工程西立面自12～43層以7.038°斜向收縮，核心筒受外框建筑造型影響，分別于13，24，35層呈階梯狀收縮，結構形式改變，部分位置原剪力墻部位改為上下連梁的結構體系，屬于不規則核心筒結構。若采用傳統附著形式，需在無剪力墻部位額外增加附著的混凝土剪力墻或對爬模架體進行拆改，增加大量工期及成本，且需對增加的混凝土結構進行破除，不符合綠色施工要求。

2 施工關鍵技術

2.1 鋼支撐柱設計

鋼支撐柱在滿足受力需要的同時還要保證其與結構及爬模架體的可靠連接，需對連接進行準確設計。依據結構形式的不同，鋼支撐柱與結構及爬模架體連接部位分別采用貼合鋼板、頂緊螺栓、穿墻螺栓及架體附著固定塊的方式，保證鋼支撐柱與結構及爬模架體的連接。

2.2 鋼支撐柱受力分析

根據爬模架體在結構上的附著位置及結構空間尺寸，設計鋼支撐柱模型，依據現場爬模架體的應用及爬升工況，采用ANSYS有限元軟件模擬鋼支撐柱的受力情況。分析各種工況下鋼支撐柱的應力及位移變形，對比模擬計算結果與設計允許值，對模型不斷優化，調整鋼支撐柱的材料選擇，確定最優的設計方案。

2.3 鋼支撐柱附著技術

依據不規則核心筒結構特性，原剪力墻部位變化為無剪力墻的連梁結構形式，現場根據無剪力墻部位上、下結構間距設計鋼支撐柱高度，從而滿足鋼支撐柱與上、下連梁結構的連接，同時滿足爬模架體的附著需求。由于鋼支撐柱與結構相連，需保證鋼支撐柱與主體結構、鋼支撐柱與爬模架體連接可靠。鋼支撐柱為現場加工，采用Q235材質[20和20mm厚鋼板，加工完成后涂刷防銹底漆、面漆，從而提高防腐性能。鋼支撐柱上下通過螺栓與結構連梁內的預留套管穿梁連接固定，并通過I16與內側剪力墻連接，穿墻螺栓選用8.8級M36螺栓，連接處加墊片并擰緊雙螺母。在鋼支撐柱安裝完成后，旋轉鋼支撐柱兩端設計的頂緊螺栓，保證鋼支撐柱與結構受力可靠，頂緊螺栓選用8.8級M24螺栓，如圖1所示。

圖1 鋼支撐柱安裝示意

3 附著鋼支撐柱受力分析

3.1 有限元軟件模擬

采用ABAQUS軟件，依據設計圖紙建立有限元數據模型，分析最不利工況下的應力及變形情況，對比模擬結果與設計要求的允許值。如果模擬結果超過設計允許值，則重新設計鋼支撐柱，包括材料和結構的優化設計，從中選擇最佳方案。ABAQUS有限元模擬結果如圖2所示。

圖2 鋼支撐模擬

3.2 鋼支撐柱與結構連接驗算

附著鋼支撐柱與結構梁采用M36穿墻螺栓連接并固定，根據螺栓及結構梁受力條件，需對螺栓進行抗拉和抗剪驗算。

根據GB 50017—2017《鋼結構設計標準》，螺栓受剪承載力應為583.2kN。螺栓承受剪力值最不利荷載NV=120kN<583.2kN，螺栓受剪承載力驗算滿足要求。

同時承受剪力和桿軸方向拉力的普通螺栓與鉚釘，其承載力滿足受力要求。

本工程鋼支撐柱與剪力墻連接構件I18為軸心受拉構件，采用Q235B鋼材，經驗算滿足受力要求。

根據GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》(2015年版)，剪力墻局部受壓強度滿足要求。

4 附著鋼支撐柱施工技術

4.1 鋼支撐柱設計及現場加工

根據爬模架體機位布置圖，確定附著鋼支撐柱所在核心筒位置，并對該位置空間尺寸和結構構件信息進行分析，同時根據爬模機位的附著要求進行分析，據此進行附著鋼支撐柱的深化設計，并進行受力驗算，經核算滿足受力條件后出具加工及安裝圖紙。圖紙中需明確附著鋼支撐柱的各項材質信息、尺寸規格及焊接要求等，加工過程須嚴格按圖紙要求進行，鋼支撐柱加工如圖3所示。

圖3 鋼支撐柱加工

構件加工前，需對附著鋼支撐柱進行材料取樣復試，復試合格后方可進行加工。依據爬模架體在每層附著的相對高度，在完成后的附著鋼支撐柱對應處焊接爬模架體附著所需的連接附著塊。構件加工完成后，需對其規格尺寸、焊接質量等關鍵點進行復核，確保滿足圖紙及現場使用要求。

4.2 附著鋼支撐柱現場安裝

在結構施工過程中對鋼支撐柱安裝位置進行放線，并在混凝土連梁和剪力墻內按圖預埋套管，在工字鋼安裝位置上部結構板底預留吊環。在爬模架體爬升前，用塔式起重機將鋼支撐柱、工字鋼及穿墻螺栓吊運至安裝位置，吊裝過程中首先利用穿墻螺栓將支撐柱臨時固定后脫鉤，同時擰緊鋼支撐柱上下的頂緊螺栓使鋼支撐柱與結構上下連接緊密，然后利用吊環和手拉葫蘆將工字鋼提升至設計高度，用螺栓將支撐柱、工字鋼、連梁和內側的剪力墻連接為受力整體，鋼支撐柱安裝如圖4所示。

圖4 鋼支撐柱安裝

4.3 爬模架體爬升附著

爬模架體利用鋼支撐柱作為附著支撐點爬升的方式與傳統利用核心筒剪力墻進行爬升的操作區別不大，需在滿足安全及規范的前提下進行爬升作業，保證爬模架體和鋼支撐柱連接的可靠性，爬升步驟如下。

1)當混凝土強度達到15MPa后方可進行爬升作業，首先在鋼支撐柱附著塊上安裝爬模架體的附著支座，然后啟動油缸頂升爬模架體導軌并穿過附著支座，確保導軌頂端與附著支座卡位準確。

2)收起爬模架體的頂墻支腿，然后拆除爬模架體與原附著支座連接處的防傾插板，再次啟動油缸，進行爬模架體爬升。

3)爬模架體爬升到位后，插入防傾插板，使架體通過附著支座與鋼支撐柱形成完整受力體系，實現利用鋼支撐柱進行爬升的目的。

5 結語

北京麗澤E06項目針對爬模架體無附著點的情況，在不改變原有建筑結構形式的前提下，利用鋼支撐柱附著技術，達到了爬模架體爬升、附著及安裝的目的，解決了不規則核心筒爬模架體等爬升設備無附著點的施工難題，避免更改結構形式，在保證爬模架體正常附著爬升的情況下，縮短工期、降低工程成本并提高工程施工效率。該支撐柱可周轉使用，整個安裝及操作過程便捷高效，綠色環保，無建筑垃圾產生。