淺析超高層型鋼混凝土巨型柱爬模在懸挑構件及架空層處的附著方式

劉炫辰 朱文婧

中國華西企業有限公司 廣東 深圳 518034

為追求建筑物大空間、大視野，巨型角柱多用于超高層建筑設計中。其施工方式主要采用配套爬模單獨進行，然而對于架空層及挑板位置，無法設置附著掛座或附著處結構構件受力情況無法滿足設計要求時，往往會造成爬模使用受限，影響巨型柱施工，甚至造成結構安全隱患。本文針對上述2種情況，結合案例工程實際應用情況，就如何解決架空層及挑板上爬模附著掛座設置的問題作出探討。

1 案例工程概況

深圳市某工程為超高層建筑，建筑高度300 m，為核心筒＋巨型柱＋環帶桁架形式，層高4.5 m，局部樓層架空1層（無結構構件），建筑物四周為型鋼混凝土巨型柱，巨型柱外擴300 mm為結構邊，整個外立面為玻璃幕墻。

工程建筑高度較高，核心筒先行施工，巨型柱采用專用爬模獨立施工，外側非工作面不設置整體外防護。針對上述結構特點，施工單位將巨型柱爬模附著節點施加于結構的荷載條件提請設計單位復核后，得出結論是該處挑板無法承受該荷載，且由于樓層存在架空層無法設置附著點，因此常規附著方式無法滿足設計、施工要求，如圖1所示。

2 挑板處附著支座處理

設計單位在對結構構件進行計算時，只考慮了自身自重產生的恒載及后期使用荷載，而作為懸挑構件，尤其是懸挑板，其受力條件往往不是很好，也就造成了在由于施工需要而對其施加豎向荷載時，其受力情況往往不滿足要求。本文所述的巨型柱爬模常規附著方式是通過附著掛座，將整個爬模質量及施工荷載、材料堆載、風荷載等傳遞到該挑板上，但挑板受力不滿足要求。因此，為消除此施工荷載造成結構施工過程中的安全隱患，盡量考慮不讓挑板受力，同時需考慮滿足爬模使用。

圖1 巨型柱爬模支座與主體結構位置關系

按照上述思路，對于該處掛座，采用了斜拉橋掛座的形式，即通過在懸挑支座處墊高掛座，讓掛座不與挑板進行接觸[1-2]。對于外挑部分掛座，由于懸挑段增長，對應力臂也相應增長，可以采用提高掛座型材強度，使其滿足端部受力要求的方式解決。考慮經濟性及操作性，可采用增設斜拉桿配合增設的中間立柱，實現將荷載統一由立柱傳遞到挑板支座處的目的，從而保證結構安全。斜拉橋式掛座構造如圖2所示，荷載傳遞如圖3所示。

圖2 斜拉橋式掛座構造示意

圖3 斜拉橋式掛座荷載傳遞示意

在圖3中，爬模在掛座端部施加向下的豎向荷載F0（受壓），由于③節點處墊高，因此①節點處與樓板無接觸，不會使挑板承受荷載，同時該處荷載通過拉桿①傳遞到中間立柱及拉桿②，由于②節點處受拉，沿拉桿②會產生如F2方向的力，可以抵消部分F1的分力，剩余分力連同F1對中間立柱的分力通過中間巨柱形成F3豎向荷載傳遞至支座梁，從而在滿足爬模受力需要的同時保證挑板結構安全。而對于此工況，設計單位僅需復核F3對支座梁產生的影響是否滿足要求即可。

斜拉橋掛座采用高強螺桿及配套螺母、墊片，通過穿樓板的方式與主體結構固定牢固，安裝方式為在澆筑混凝土樓板前，按照預埋點位圖提前放線定位，按定位在樓板之上預埋PVC套管（套管直徑較高強螺桿直徑大一級），并將套管與樓板鋼筋固定。板面混凝土澆筑完成后，先進行孔位檢測，保證孔位偏差在誤差范圍內，再利用高強螺桿穿過樓板及掛座固定孔，兩側使用雙螺母及墊片將掛座固定穩定。完成后吊線保證軌道與掛座端部卡口對中即可。需注意的是，為防止挑板受力，不讓挑板與掛座接觸，需在挑板支座處利用木板或鋼片墊高，使掛座豎向荷載通過墊板傳遞到下層可靠支座上。

3 架空層處掛座處理

在架空層位置，最大的難題是沒有結構構件用于爬模附墻附著，而使爬模無法爬升。為此，采用了加高樓層掛座（簡稱“加高掛座”）的方式進行處理。

加高掛座的基本原理是利用一個穩定的支撐，將原附著支座置于該支撐上并與其有效連接，使其穩定，作為爬模固定點，但不單獨承受豎向荷載，只作為爬升過程中的安全富余受力點考慮。架體爬升完成后，荷載靠其上、下相鄰樓層附著掛座傳遞至對應樓板。支撐由1根主撐桿、1根副撐桿及3根斜撐桿組成，主撐桿架高（高出下層附著掛座）立于下層掛座上方用于承受主要荷載，副撐桿固定于主撐桿上，用于支撐掛座固定件端部，斜撐桿分別設置于主立桿后側及左右兩側，所有桿件設置螺桿活動頭用于標高控制及調平，主撐桿設置預埋螺栓孔，用于加高掛座固定，具體如圖4、圖5所示。

圖4 加高掛座平面

圖5 加高掛座立面

在圖5中，主撐桿、副撐桿及斜撐桿形成一個穩定的三角支撐架，掛座通過掛座固定件與支撐架固定在一起，這種穩定的空間三角鋼架結構在原本需要設置附墻而無法設置的位置提供了可附著的點，從而解決結構架空處架體無構件可附著爬升的問題。采用加高掛座的爬架爬升的具體爬升步驟如圖6所示。

圖6 采用加高掛座的爬架爬升示意

在圖6中，由左至右分別為爬架爬升的第1階段、第2階段和第3階段，此時的工況為施工完成N層結構構件，N＋1層為架空層，無結構構件并已設置加高掛座。

在第1階段，利用N層及N－1層梁板作為架體附著的主要受力點進行N層結構構件施工，待N層結構構件混凝土澆筑完成后，進行退模并開始爬升。在爬升過程中，N層梁板為主要附著受力點，N＋1層的加高掛座作為爬升過程中的安全富余受力點，此爬升工況一直持續到第2階段，即N＋2層附著點附著完畢。

在第2階段，由于N＋1層架空無結構構件需進行施工，因此，該階段理解為爬升過程中的中間過渡階段，在N＋2層附著完畢后即松開N層附著，使架體繼續爬升。在此爬升過程中，N＋2層梁板為主要附著受力點，N＋1層的加高掛座作為爬升過程中的安全富余受力點，此爬升工況一直持續到第3階段，即N＋3層附著點附著完畢。

第3階段為N＋2層結構構件施工階段。在結構構件施工過程中，N＋2層梁板及N＋3層梁板作為架體主要附著受力點，N＋1層的加高掛座作為爬升過程中的安全富余受力點。待N＋2層結構構件施工完成后，松開N＋1層附著，利用N＋2層及N＋3層梁板作為爬升附著受力點進行爬升，進入正常樓層附著及爬升階段，從而解決架空層處沒有構件可附著時的爬架爬升問題。

4 安全管理

對于上述2種爬架掛座的安全管理，除需遵循爬架常規的安全管理外，還需從設計方案實施是否正確及產品材質是否合格兩方面進行把控，具體總結如下：

1）斜拉橋掛座及加高掛座的設計加工形式、定位需符合方案設計要求。

2）掛座、空間三角支撐架等所使用的各類鋼材產品需保留產品合格證及材質檢測書，對于高強螺桿等重要受力部件，除應有鋼材生產廠家產品合格證及材質證明外，必要時還應進行復檢，確保材料質量符合安全要求。相關構件進入施工現場時，項目部應組織監理、專業單位等相關方對產品驗收后再進行安裝。

3）作為受力的結構構件（混凝土梁板等），需按設計要求（爬架受力）達到相應強度后，方能實施附著受力。

4）爬架爬升后，對于新產生的臨空面、臨邊等需及時防護。

另外，可在結構支座梁及加高支座支架上定點觀察其沉降情況，有條件的可進行應力監測，設計單位可提供相應預警值，由專業單位實施具體監測，確保結構安全。

5 結語

斜拉橋掛座、加高掛座的應用解決了超高層巨型柱在施工過程中遇樓層挑板及架空層位置時，無法設置附著掛座的問題，有效節約了施工工期，在保證施工安全的同時也確保了結構安全。

斜拉橋掛座的處理方式從本質上來講是通過優化力的傳遞方式，在掛座附著處尋找更有利的受力支座，從而達到保護結構構件的目的。但對于優化后的支座受力情況，仍需將相應荷載條件提請設計單位復核確認，滿足要求后才能使用。

對于加高掛座，其處理思路為在架空處爬模需要設置附著點的位置通過人為增設鋼架附著點。由于應用工程架空位置具有一定的特例性（樓層架空間隔為1層），對于其他更高的架空高度，可以通過提高掛座材質強度的方式來解決，不過提高材質強度后是否經濟需重新測算。對于更多的架空層數時（如樓層架空間隔為2層或更多），此種方式是否適用以及是否經濟，還需具體分析。由于加高掛座過重帶來的原結構樓板受力復核及相應的加固方式也是可以進行后續研究分析的課題。