鋼柱筒架交替支撐式整體爬升鋼平臺模架裝備技術研究及應用

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

1 大中里項目工程概況

上海大中里綜合發展項目位于靜安區南京西路、石門一路，本項目包括3 座酒店、2 座塔樓和綜合商業購物中心等，其中T2塔樓54 層高250 m（圖1）。項目整體4 層地下室。項目總建筑面積為486 740 m2，其中地上建筑面積312 356 m2，地下建筑面積174 384 m2。毗鄰現有的上海軌交2號線和發展中的12號及13號線。

圖1 上海大中里綜合發展項目

T2塔樓為框架-核心筒結構體系。主要由核心筒、外圍鋼框架、伸臂桁架和樓層系統構成。核心筒位于整個結構的中心位置，其核心筒由核心筒筒壁、核心筒內墻（包括暗柱）、梁和板組成，核心筒筒壁為鋼筋混凝土結構。核心筒典型平面布置如圖2所示。T2塔樓核心筒平面呈長方形，筒體軸線約為30.000 m×18.000 m，地上標準層層高為4.2 m，非標準層層高有4.3 m、2.4 m 、5.18 m、6.175 m等多種。核心筒分別在21夾層、38層設置2 道伸臂桁架層，桁架沿外墻面貫通。核心筒墻體平面有1 次變化，有15 個典型平面（外墻收分），隨著高度變化，墻體厚度逐步減少。核心筒筒壁厚度地上部分最厚為1 500 mm，收分后最薄400 mm，核心筒內墻厚度為400 mm（見表1）。

圖2 T2塔樓核心筒典型平面

2 整體爬升鋼平臺模架方案選擇及應用思路

2.1 核心筒工程特點及難點

大中里T2塔樓核心筒結構復雜多變，對其模板裝備也提出了較高的需求，同時垂直交通運輸的要求也很高。工程特點、具體情況有：

（a）核心筒外墻收分多次，每次收分50～200 mm不等，因此需要對外掛腳手架進行專門的設計優化，以適應墻體收分的要求。

表1 1層以上墻厚統計表

（b）核心筒共54 層，結構超高，對模板體系的選擇、垂直運輸能力、操作平臺的施工安全性、便利性都提出了很高的要求。

（c）核心筒在非標層設置了2 道伸臂桁架層，桁架層與外墻連通，給模板腳手體系的設計以及提升施工帶來較大的困難。

（d）塔樓層高變化較多，分別有4.2 m、4.3 m、2.4 m 、5.18 m、6.175 m等多個層高，對模架系統的設計和爬升操作帶來一定困難。

（e）核心筒結構設置多根勁性鋼柱，無法利用其勁性鋼柱爬升施工。

根據大中里項目的特點與難點，在本工程的核心筒施工中，我們采用上海建工集團自主獨立開發的鋼柱筒架交替支撐式整體爬升鋼平臺模架裝備。該模架裝備通過鋼梁組成的鋼平臺與腳手架連接，形成全封閉的操作施工平臺，利用鋼柱和支撐筒架交替支撐爬升，液壓為動力的模架體系。該裝備隨結構施工逐層爬升，具有爬升快捷，施工作業環境安全可靠、施工方便、施工質量有保證、經濟性顯著等多方面的優點。

2.2 整體爬升鋼平臺施工主要技術思路

上海靜安大中里T2主樓核心筒混凝土結構施工，堅持以核心筒水平結構與豎向結構分別施工的原則。

（a）核心筒剪力墻先行施工，水平結構落后豎向結構6～10層，鋼結構施工落后于核心筒豎向結構施工6～10層。

（b）核心筒在5層（21.995 m）以下采用傳統腳手架進行施工，±0.00 m以上內、外模板均采用鋼大模進行施工。5層開始安裝鋼平臺，鋼平臺安裝結束后用鋼平臺完成5層（21.995 m）～屋面1層（224.275 m）樓層的施工。屋面1層（224.275 m）～屋面3層（233.400 m），鋼平臺部分停留，另一部分繼續爬升，施工2 個層高。

（c）在5層（21.995 m）標高上焊接鋼平臺安裝支架，組裝鋼平臺。鋼平臺的組裝采用塔吊來完成。

（d）結構施工至233.400 m標高，完成屋面3層施工后，拆除鋼平臺。拆除采用塔吊分塊拆除的方法。

（e）在內、外掛腳手架系統布置一定數量的樓梯供施工人員上下，另外，核心筒中間筒體內布置1 部垂直電梯直達鋼平臺上，方便施工平臺垂直運輸。

3 整體爬升鋼平臺模架裝備的設計

鋼柱筒架交替支撐式整體液壓爬升鋼平臺模架裝備由五大系統組成，分別是鋼平臺系統、內外掛腳手架系統、爬升機械及支撐系統、動力及控制系統、模板系統。該裝備的外觀如圖3、圖4所示。

圖3 整體爬升鋼平臺外觀

圖4 整體爬升鋼平臺現場平面

3.1 鋼平臺系統

鋼平臺系統在正常施工時處于整個裝備的頂部，作為施工人員的操作平臺及鋼筋堆放場所。系統由平臺鋼梁、平臺蓋板、平臺圍擋等構成。

大中里T2塔樓鋼平臺的主梁及次梁均由H型鋼400 mm×200 mm×8 mm×13 mm組成，位于同一水平面。鋼梁的布置綜合考慮導軌立柱位置、內外腳手架位置、鋼平臺的整體受力情況等諸多因素。在鋼梁上根據施工實際情況覆蓋鋼板，作為操作平臺。平臺鋼板由6 mm花紋鋼板及40 mm×60 mm方管焊接組成。部分位置可采用可翻起式鋼板，在施工需要時將該位置平臺板翻起。在鋼平臺的外周邊一圈設置2 m高的擋板網，以防止人、物等高空墜落。整個鋼平臺外邊緣距離核心筒剪力墻內壁1 400 mm，鋼平臺面積約為690 m2。

3.2 內外掛腳手架系統

內外掛腳手系統以螺栓固定于鋼平臺的鋼梁底部，隨鋼平臺同步爬升。系統由槽鋼、鋼管組成框架，共6 層。上3層為鋼筋、模板施工區，其高度為2.00 m/層，寬度為0.90 m；下3層為拆模整修區，其高度為2.00 m/層，寬度為0.70 m；腳手架邊緣距離墻體內壁400 mm。上5層的走道板為角鋼框架加鋼板網組成，底層的走道板為角鋼框架加花紋鋼板組成。在內、外掛腳手的底部靠近混凝土墻體處設防墜閘板，爬升時閘板松開，施工時閘板閘緊墻面，防止構件掉落。

內掛腳手系統由安裝在6 個筒內獨立的構架部分組成，每個筒內底部安裝支撐牛腿。其中一個構架筒內設置1 部電梯，該電梯可直接到達鋼平臺面，進行施工人員和機具的垂直運輸工作。

外掛腳手系統的外側用角鋼框加鍍鋅鉛絲網組成的側擋板封閉。

圖7 外掛腳手架平面

圖8 外掛腳手架

3.3 爬升機械及支撐系統

整體爬升鋼平臺模架裝備的爬升機械系統包括爬升導軌鋼柱、立柱底座、上下爬升器等。爬升導軌鋼柱既是鋼平臺爬升時整個鋼平臺的支撐構件，又是動力系統工作時的爬升導軌。當油缸頂升鋼平臺，帶動平臺及外掛腳手架系統整體爬升時，整個鋼平臺體系的荷載經由導軌鋼柱直接傳遞到核心筒混凝土墻體上。

支撐系統由內筒架系統組成，內筒架系統與鋼平臺連接成整體，鋼平臺利用內筒架底部的牛腿支撐在核心筒墻體上，是施工狀態整體鋼平臺體系的承重構件。鋼平臺及腳手架系統的荷載由內筒架的立柱傳遞到底部鋼梁，再由安裝在底部鋼梁上的支撐牛腿傳遞到核心筒混凝土墻體上。

3.3.1 爬升機械系統

爬升導軌鋼柱由2 塊16 mm、2 塊20 mm的Q345材質鋼板焊接而成。其中20 mm厚的鋼板上沿其長度方向每隔200 mm開一個90 mm×90 mm的孔洞用以擱置爬升靴活絡卡。爬升導軌鋼柱立面圖如圖9所示。

3.3.2 筒架支撐系統

筒架支撐系統由安裝在六宮格核心筒內的6 個獨立的筒架部分組成，每個筒內安裝4（6）個支撐牛腿。內筒架從頂部鋼平臺梁底到最底層鋼梁共分為6 層，其中1層至3層為鋼筋及模板施工段；6層為牛腿支撐系統所在層。牛腿支撐系統是整個鋼平臺體系正常工作時的主要受力構件，是鋼平臺設計的關鍵部位。鋼牛腿使用液壓系統完成牛腿外伸與收縮動作，油缸行程430 mm，牛腿的動作全自動化控制，安全可靠。

3.4 動力及控制系統

動力系統由4 臺液壓泵站，22 套液壓頂升油缸和1 套集中控制系統組成。

大中里項目核心筒設置22 根導軌立柱，每個導軌立柱裝有2 套上、下爬升器，每套爬升器配有1 個頂升油缸，可以實現整個工作平臺的整體同步爬升。同時通過手動控制，也能對每個油缸進行單獨控制。

每個導軌立柱的2 個油缸的速度由對應的控制閥組進行控制。每個立柱配備1 個壓力傳感器和1 個位移傳感器，用以監測每個立柱的爬升位移和所承受的反作用載荷。

動力系統配有蓄能器和自動卸荷閥，當壓力達到設定壓力后，自動卸荷閥打開，同時油泵停止工作，系統壓力由蓄能器維持，從而實現了綠色環保的要求。每個立柱的速度由脈寬調整閥進行控制，通過控制閥打開的時間來控制對每個立柱的供油量，從而控制爬升速度。鋼平臺液壓油缸如圖10所示，液壓油缸工作參數見表2。

表2 液壓油缸工作參數

3.5 模板系統

大中里項目核心筒模板系統采用鋼框木模，核心筒5 層施工時開始使用。采用－18 mm×1 220 mm×2 440 mm維薩芬蘭板作為面板；雙拼10#槽鋼為橫向圍檁，平均間距為700 mm；采用6#槽鋼為豎向圍檁，間距≤250 mm，模板接縫處型鋼為角鋼63 mm×6 mm，模板中芬蘭板豎向接縫處采用型鋼為不等邊角鋼100 mm×63 mm×6 mm；芬蘭板與型鋼的連接為M8+字槽沉頭平螺釘（加彈墊），間距為150 mm。模板按標準層層高4 200 mm配置，非標準層施工時上接接高模板。

圖9 爬升導軌鋼柱

圖10 液壓油缸

每塊大模板上設置2 個16 mm鋼板吊耳，每個吊耳用3 t手拉葫蘆掛在鋼平臺鋼大梁吊點上，隨鋼平臺整體爬升。

4 主要施工技術應用

4.1 核心筒標準層施工技術

圖11 整體鋼平臺剖面示意

本工程核心筒標準層層高4 200 mm，鋼平臺隨核心筒結構升高逐層爬升，每完成1 段標準層施工，鋼平臺爬升1 次。鋼平臺標準層具體施工流程如下：

（a）標準層混凝土養護階段，模架裝備在第n層，鋼平臺系統位于剛澆注完成的核心筒混凝土頂面。鋼平臺爬升工作準備就緒。

（b）通過液壓油缸不斷循環伸縮，鋼平臺爬升4 200 mm，模架裝備爬升到n+1層，內筒架支撐系統的牛腿外伸，使其擱置在核心筒墻體預留孔內。

（c）扳動爬升操作手柄，轉變為頂升鋼柱導軌狀態。

（d）通過液壓油缸不斷循環伸縮，反頂鋼柱導軌，鋼柱導軌被提升1 個標準段高度（4 200 mm）。

（e）吊裝核心筒勁性柱和綁扎鋼筋，埋設支撐牛腿預埋件，安裝鋼柱導軌固定埋件。

（f）提升鋼框木模，安裝模板穿墻對拉螺栓，進行工程驗收，鋼柱導軌就位。

（g）利用設置在鋼平臺頂部的混凝土布料機，進行核心筒澆筑混凝土；

（h）混凝土進行養護，進入下一個n+1標準層施工循環。

4.2 伸臂桁架層爬升方法

大中里T2塔樓核心筒結構在21夾層～22層、38～39層分別設置了2 道貫通伸臂桁架，每道桁架覆蓋1 個樓層。因桁架為型鋼，需考慮其分段滿足吊裝空間要求；另外，在角部桁架牛腿未超出鋼平臺外圈鋼梁，因此只需打開鋼平臺踏步板，就能滿足伸臂桁架吊裝需求。其余按鋼平臺過標準層的流程施工。

4.3 核心筒外墻體收分施工技術

大中里T2塔樓核心筒結構分別施工至13層、21層、21夾層、 29層、36層、39層、46層后，外墻體的收分為50～200 mm。對收分小的尺寸采取補缺的方法。對收分尺寸大的樓層，采取腳手架向墻體移動的施工方法。 以13層為例，主要流程如下：

（a）結構施工至16層鋼平臺停留。

（b）將單側腳手架內立桿用通長腳手管連接成整體，每個踏步用1 根腳手管連接。

（c）將最上端1 根連桿用手拉葫蘆和對應大梁連接，使手拉葫蘆稍微受力。

（d）拆除轉交處的走道板、腳手架側網、預留鋼梁、上部圍網等相關所有構件。

（e）拆除滑移鋼梁和軌道鋼梁之間的連接螺栓，使滑移鋼梁能夠沿軌道鋼梁滑動。

（f）均勻拉動手拉葫蘆使成排腳手架整體向墻體方向移動200 mm。

（g）重新連接上部鋼梁、圍網、腳手走道板、側網，完成腳手架內移工作。

4.4 內筒架防傾斜措施

考慮提升導軌鋼柱、鋼柱底座節點視為鉸支的懸臂立柱不利情況，我們在每個內筒的角部各設置2 套防傾裝置，在整體鋼平臺爬升過程中起到一個導向和抵抗水平力的作用，形成一個穩定的結構體系。

4.5 垂直交通運輸優化技術

為滿足垂直交通的需求，除在內、外掛腳手系統布置一定數量的樓梯供施工人員上下外，同時利用在六宮格中間筒體內布置1 臺電梯直達鋼平臺上，作為平臺體系的豎向通道滿足施工要求。電梯與鋼平臺上有拉結，平臺爬升時，拉結拆除。鋼平臺爬升1 層，電梯標準節接高1 層。見圖12所示。

圖12 電梯直達鋼平臺

4.6 液壓整體爬升電氣控制技術

為保證鋼平臺裝備的整體爬升穩定性和安全，在每一次爬升過程中，利用PLC控制系統實現高精度的同步控制。PLC實時監控每一點的位移，當某一點有較大滯后或超前時進行停機保護并在HMI上報警顯示報錯點。PLC實時檢測每一點的壓力，當某一點有較大偏載時報警停機。

液壓系統配有蓄能器和自動卸荷閥，當蓄能器壓力達到設定壓力后，自動卸荷閥打開同時油泵停止工作，系統壓力由蓄能器維持。每個立柱的速度由脈寬調整閥進行控制，通過控制閥打開的時間來控制對每個立柱的供油量，從而控制爬升速度。每一路油缸進油嘴處加液控單向閥，防止發生故障不能供油時油缸能夠自鎖，保證油缸能夠正常承載。

4.7 鋼平臺施工安全技術措施

為了有效保證鋼平臺模架裝備使用過程中的安全性，我們編制了操作規程和一系列的技術安全措施。

（a）作業層每1 m2架面上的施工荷載（人員、材料和機具重量）不得超過3 kN施工設計值，同時施工步數不超過2 步。

（b）在鋼平臺上堆放鋼筋等材料時，應平均分布并盡量將材料堆放在核心筒內側的鋼平臺上，不得集中堆載；

（c）所有腳手外側均有側網封閉，由角鋼框加鋼絲網組成，防止人、物等墜落；

（d）所有頂升鋼平臺的操作人員必須經過專業培訓；除電氣控制操作人員外，其他人不得進入電氣控制室、嚴禁操作電氣控制室中的設備；

（e）如遇8 級以上大風或大雨、大雪、大霧等惡劣天氣情況，不得頂升鋼平臺；

（f）當遇到8 級（包含8 級）以上大風或雷雨等惡劣天氣時，應禁止在鋼平臺上作業，并及時撤離施工人員。鋼平臺體系在使用時，如遇12 級以上大風，應增加外掛腳手架與模板系統之間的拉結裝置，加強腳手架與核心筒的連接，共同抵抗風荷載的作用。

5 結語

本文通過上海大中里綜合發展項目T2塔樓核心筒的施工，綜合闡述了鋼柱筒架交替支撐式整體爬升鋼平臺模架裝備技術的應用，在本次技術應用中，取得了顯著的施工效果，標準層施工可以達到4～5 d/層，極大提高施工效率。同時，該系統利用鋼柱導軌和筒架交替支撐技術，避免了以往預埋格構柱支撐結構的浪費，大部分主體設備都可重復使用，降低了工程投入，取得了非常好的經濟效益。在施工中，鋼平臺架體平穩，爬升快捷，作業環境安全可靠，施工方便，鋼平臺操作面平坦，堆載能力大，滿足了很多施工方需求；架體組合方式靈活，能夠簡單有效解決核心筒伸臂桁架層的施工難題；采用外掛腳手架整體滑移的施工技術，解決了核心筒外墻多次收分的施工難題；垂直施工電梯直達鋼平臺頂部，提高了垂直運輸的施工效率。此套裝備在大中里的項目的成功應用，拓展了整體鋼平臺模架的使用，完善了鋼平臺施工應用技術，為今后我國超高層、高聳構筑等同類工程的施工起到了很好的促進和示范作用。

鳴謝：本項研究工作得到了上海市科學技術委員會的大力資助，資助課題名稱為《上海高大結構建造工藝與裝備工程技術研究中心》，編號為12DZ2251500。