基于鋼平臺的塔吊爬升綠色施工技術

蒲 洋

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

城市中心越來越多的超高層建筑拔地而起，超高層建筑建造技術也日趨成熟。在超高層建筑建造的同時，如何實現綠色施工是業界廣泛關注的問題。綠色施工通常指的是在工程建設中實現節能、節地、節水、節材以及環境保護[1-2]。目前超300 m的超高層建筑大多采用鋼平臺建造技術進行施工。

北外灘白玉蘭廣場是1棟地處上海北外灘的超高層建筑，地上66層，建筑高度320 m，結構形式為鋼筋混凝土剪力墻核心筒＋勁性外框架＋勁性桁架結構。為了加快超高層土建結構施工效率，核心筒施工采用整體提升式鋼平臺，該鋼平臺系統具有較高自動化程度，可以保證結構施工的質量和安全；同時可以提供全封閉立體的作業環境，減小作業施工對周邊環境的影響。鋼平臺研發時采用模塊化設計方法，以節約材料，實現綠色施工。但在施工過程中，如何處理好鋼平臺體系與塔吊支撐系統之間的關系是非常重要的。本文基于鋼平臺施工，介紹了塔吊爬升與鋼平臺配合施工工藝。

1 整體提升式鋼平臺系統

整體提升式鋼平臺系統由5部分組成：超長鋼柱爬升系統、鋼平臺系統、腳手架系統、筒架支撐系統以及模板系統。整體提升式鋼平臺系統如圖1所示。整體提升式鋼平臺系統通過鋼梁組成的鋼平臺與外掛腳手架相連接，形成全封閉的操作環境，保證工人的施工安全，同時鋼平臺頂部提供臨時的材料堆場[3]。

圖1 整體提升式鋼平臺系統示意

2 塔吊爬升支撐系統

塔吊的內爬支撐系統由上、下2道支撐架組成，其中上道支撐架主要承受水平力，下道支撐架主要承受垂直力和水平力（圖2）。每個支撐架包括爬升梁和爬升框。鋼平臺安裝前，利用其他塔吊將本臺塔吊所用的鋼梁全部吊裝至核心筒內，鋼梁下鋪設鋼管，方便鋼梁擱置及位置調整。

圖2 塔吊支撐示意

塔吊內爬頂升需嚴格按照以下工序進行：爬升鋼梁安裝→爬升框安裝→內爬頂升前檢查→內爬頂升工序→爬升后固定→使用前的檢查→再次爬升前最下面一道鋼梁的拆卸再安裝。

3 工程重難點

為了節約施工空間，提高施工效率，在核心筒區域內設置操作鋼平臺，同時搭配內爬塔吊進行材料吊裝。然而施工現場的塔吊標準節距離鋼平臺最近處僅為300 mm，鋼平臺與核心筒內剪力墻距離僅為400 mm，如圖3所示，這勢必會造成塔吊爬升梁在翻轉時因為空間不足遇到阻礙，以及在塔吊爬升牛腿設置上與鋼平臺發生碰撞沖突等問題。

圖3 鋼平臺平面與塔吊布置

4 塔吊爬升與鋼平臺配合施工工藝

為了更好地發揮鋼平臺在施工中的優勢，推進工程順利進行。針對以上問題，考慮從調整爬升梁位置、塔吊爬升梁翻轉、牛腿構造3個方面對整個鋼平臺系統與塔吊爬升之間的交叉工藝進行優化，達到綠色施工的要求以及推行應用示范工程的目的。

4.1 爬升梁位置調整

牛腿和爬升梁定位、安裝及驗收首先應嚴格執行塔吊廠家提供的“安裝技術要求”。由于本工程每個塔吊均有1根爬升梁與剪力墻的間距較小，影響到了爬升梁的正常爬升，在塔吊由固定式轉化為內爬式的最初2道爬升梁的混凝土牛腿和剪力墻之間的距離（如圖4中云線所示的尺寸標注）應盡可能準確或有正誤差，以保證塔吊爬升梁能順利向上翻轉。

圖4 塔吊爬升鋼梁與墻體間距示意

為保證爬升梁的順利提升，在滿足塔吊垂直度要求的前提下，讓塔身稍作傾斜，逐步加大圖4中“645 mm”的尺寸。本工程塔吊2道支撐框高度約13.5 m，根據2/1 000的垂直度要求，分別在塔吊第2次爬升和第3次爬升時，將第5層和第8層的混凝土牛腿向南偏移20和40 mm，將645 mm的尺寸增大至685 mm，如圖5所示。在盡可能滿足安全規范[4]的同時，為塔吊爬升梁的翻轉吊拉提供操作空間。

圖5 需要偏移的牛腿位置示意

4.2 塔吊爬升梁翻轉方法

塔吊爬升梁單根質量約9 t，采用2個10 t卷揚機安裝。在鋼平臺底部主梁（圖6）上表面固定卷揚機，將爬升梁提升到安裝位置的高度，再用2個10 t手拉葫蘆將爬升梁安裝到位。

圖6 塔吊爬升梁和鋼平臺底部主梁相對位置示意

爬升鋼梁翻轉共采用4臺卷揚機，分別布置在2臺塔吊的一側，鋼平臺底部主梁位置處，避免卷揚機工作時對平臺產生扭矩，對其造成不利影響。其中卷揚機和滑輪具體布置分別如圖7和圖8所示。

圖7 卷揚機布置平面

圖8 滑輪布置平面

鋼梁吊裝采用1個雙輪吊環型滑車作為頂部固定滑輪，采用1個單輪閉口吊鉤型滑車作為鋼梁上的動滑輪，滑輪工作簡圖如圖9所示。離卷揚機較近和較遠的鋼梁吊裝方法分別如圖10和圖11所示。手動葫蘆布置在底部鋼梁的下方，如圖12所示。

圖9 滑輪工作簡圖

圖10 鋼梁吊裝1

圖11 鋼梁吊裝2

圖12 手動葫蘆布置示意

4.3 鋼牛腿與混凝土牛腿組合構造

如圖13所示，牛腿的尺寸選擇往往受到鋼平臺整體提升軌跡與墻體距離的限制，這一情況在本工程中尤為明顯。在現場施工中，鋼平臺與墻體最近處僅為400 mm，遠不能滿足塔吊爬升梁安全擱置的焊接長度要求，因此普通的牛腿預制做法在本工程中并不可取[5-7]。經過計算分析，最終采用預制混凝土牛腿與后焊接鋼牛腿的組合。

圖13 塔吊爬升梁牛腿示意

鋼牛腿、混凝土牛腿和埋件構造示意見圖14。厚墻牛腿承受豎向力為2 825 kN，鋼結構部分和混凝土部分按比例分配，混凝土牛腿承擔1 113 kN的豎向荷載，鋼牛腿承擔豎向荷載為1 712 kN。各項強度均滿足規范要求，既保證了鋼平臺提升不與牛腿發生碰撞，又確保塔吊爬升梁擱置的安全性。

圖14 鋼牛腿、混凝土牛腿和埋件構造示意

5 結語

以上海北外灘的超高層建筑為例，介紹了核心筒結構中鋼平臺模板系統與塔吊支撐系統。通過調整爬升梁位置、爬升梁翻轉方法、鋼牛腿與混凝土牛腿組合構造，最終形成了塔吊爬升與鋼平臺配合施工工藝，提高了核心筒區域內的施工效率，同時也避免了爬升梁與鋼平臺和剪力墻之間的碰撞，提高了施工安全性，實現了綠色施工的目標。