鋼柱筒架交替支撐式液壓爬升整體鋼平臺模架技術*

龔 劍 佘遜克 黃玉林

1.上海建工集團股份有限公司 上海 200080；2.同濟大學 上海 200092； 3. 上海建工一建集團有限公司 上海 200120

0 引言

從上個世紀90年代開始，我國的超高層建筑數量開始不斷增加，對超高層結構的施工要求也越來越高。超高層建筑常采用筒體結構形式，包括框架—核心筒結構、筒中筒結構等，其中混凝土核心筒的施工是超高層建筑建造中的關鍵技術難題[1,2]。由我公司自主研發的整體爬升鋼平臺模板裝備，在此類高大豎向混凝土結構施工中具有安全性高、施工工期短、經濟效益顯著的優勢。在經歷了東方明珠電視塔、金茂大廈、環球金融中心、廣州新電視塔等大型工程的使用后，整體爬升鋼平臺模板裝備施工技術已日趨成熟。

在金茂大廈等工程的施工中，使用了一種鋼柱支撐式整體爬升鋼平臺模板裝備，這種裝備利用埋入混凝土核心筒的鋼柱作為支撐系統，具有施工周期短、安全可靠、施工質量容易控制等優點[3]。但實踐發現，隨著高度的增加，施工時埋設在核心筒混凝土內的鋼柱用材較多，浪費嚴重，經濟優勢不明顯。針對這種情況，我公司最新研發出一套鋼柱筒架交替支撐式液壓爬升整體鋼平臺模板裝備，利用可以重復使用的工具式鋼柱作為爬升階段的支撐系統，可以解決用材浪費的問題。這套模板裝備目前正應用于上海北外灘白玉蘭廣場項目辦公樓的建造中，收到了良好的效果。本文將詳細介紹這套模板裝備的組成、設計以及成套施工技術。

1 工程概況

上海北外灘白玉蘭廣場項目地處虹口區北外灘沿黃浦江地區，工程總用地面積約30 000 m2，總建筑面積約41 萬m2，包括1 座高320 m的辦公塔樓（圖1），1 座高171.7 m的酒店塔樓和1 座高57.2 m的展館（白玉蘭館）。辦公樓地下4 層、地上66 層，為框架—核心筒結構，主要由鋼筋混凝土核心筒、外圍鋼框架、伸臂桁架和樓層系統構成。

圖1 上海北外灘白玉蘭廣場效果圖

核心筒位于整個結構的中心位置，高311 m。核心筒5～10層平面布置如圖2所示。隨著高度的增加，腹墻厚度400 mm不變，翼墻地上部分最大厚度為1 300 mm，分別在10層、17層、28層、39層4 個位置向內收分，經歷1 150 mm→1 000 mm→800 mm，到達頂部的最小厚度為600 mm。為了滿足結構抗側向力的需求，使核心筒結構與外圍鋼結構具有強有力的連接，核心筒在34～36層、65～66層設置了2 道伸臂桁架層。

2 工程特點與難點

（a）核心筒結構超高。這對腳手模板體系的選型、垂直運輸能力、操作平臺的封閉性都提出了很高的要求。

（b）核心筒外墻隨著高度的增加需進行4 次收分，故需要對外掛腳手架進行專門的設計，以適應墻體收分的需要。

（c）核心筒與外圍鋼結構間設置了2 道伸臂桁架層，這給腳手模板體系的提升帶來了很大的困難。

（d）核心筒結構只有4 個角部設置了勁性柱，所以腳手模板體系無法利用既有的結構柱進行整體爬升。

3 整體爬升鋼平臺模板裝備的設計

根據本工程的特點與難點，我公司最新研發了1 套具有自主知識產權的鋼柱筒架交替支撐式整體爬升鋼平臺模板裝備。該模板裝備由五大系統組成，分別是鋼平臺系統、外掛腳手架系統、模板系統、支撐系統和動力系統，模板裝備的外觀。

3.1 鋼平臺系統設計

鋼平臺系統在正常施工時處于整個體系的頂部，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。平臺鋼梁由Q345型鋼H400 mm×200 mm×8 mm×13 mm組成，根據鋼柱立柱位置、內外腳手架位置、鋼平臺的整體受力情況等因素布置其位置。平臺蓋板作為操作平臺，由厚6 mm花紋鋼板及40 mm×60 mm方管焊接而成，部分位置可采用可翻起式鋼板，在施工需要時可將該位置平臺蓋板翻起，方便材料與施工器械的運輸。平臺圍擋是在鋼平臺的外周邊一圈設置的高2 m的擋板網，以防人、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720 m2。鋼平臺平面布置如圖3所示。

圖2 核心筒5～10層平面

圖3 鋼平臺平面布置

3.2 外掛腳手架系統設計[4-7]

外掛腳手架系統（以下簡稱外掛腳手）以螺栓固定于鋼平臺鋼梁的底部，隨鋼平臺同步爬升。外掛腳手由槽鋼、鋼管組成框架，共6 層（圖4）。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 層的走道板由角鋼框架加鋼板網組成，底層的走道板由角鋼框架加花紋鋼板組成。外掛腳手的外側用角鋼框加鍍鋅彩鋼板組成的側擋板封閉。在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，施工時閘板頂緊墻面，防止構件墜落。

隨著高度的增加，核心筒需要進行4 次收分，因此外掛腳手架需要實現整體移動，以保證腳手架與墻體的距離，方便施工。因此，需要對外掛腳手架與平臺鋼梁的連接節點進行特殊設計。為實現外掛腳手架的整體滑動，需要在腳手架頂部與平臺鋼梁連接處設置滑輪和限位裝置（圖5）。施工時松開限位裝置，通過手拉葫蘆拉動外掛腳手向核心筒墻面靠近，到位后鎖定限位裝置，完成外掛腳手的整體滑移。

圖4 外掛腳手架

圖5 外掛腳手架滑移裝置

3.3 模板系統設計

鋼平臺模板系統采用鋼框木模。鋼框木模主要由面板、豎肋、圍檁、對拉螺栓4部分組成。面板采用21 mm×1 220 mm×2 440 mm維薩芬蘭板；豎肋采用6#槽鋼，間距≤250 mm；圍檁采用雙拼10#槽鋼，平均間距為700 mm；對拉螺栓采用Φ16mm高強螺桿，間距≤1 050 mm。每塊模板上設置2 個16 mm鋼板吊耳，每個吊耳用3 t手動葫蘆掛在鋼平臺鋼梁吊點耳板上，當鋼筋綁扎完成后，所有模板一起提升到位。

3.4 支撐系統設計

鋼柱筒架交替支撐式整體爬升鋼平臺模板裝備的支撐系統分為2個部分：筒架支撐系統和工具式鋼格構柱支撐系統。正常使用狀態下，筒架支撐系統作為支撐系統，其底部牛腿作為擱置鋼平臺的承重構件，鋼平臺及腳手架系統的荷載主要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混凝土核心筒墻體上。鋼平臺提升過程中，工具式鋼格構柱支撐系統作為鋼平臺的支撐系統。當油缸頂升鋼平臺，帶動平臺及外掛腳手架系統整體提升時，整個鋼平臺體系的荷載經由鋼格構柱直接傳遞到混凝土核心筒墻體上。

3.4.1 筒架支撐系統設計

筒架支撐系統（圖6）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 個支撐牛腿，在其中2 個筒架內設置1 部下掛6 個標準層的樓梯，該樓梯與垂直人貨兩用電梯配合使用，完成施工人員和機具的垂直運輸工作。全部筒架均安裝在頂部鋼平臺鋼梁下部。

筒架支撐系統又分為內筒架和牛腿支撐系統2部分。內筒架從頂部鋼平臺梁底到最底層鋼梁共分為6 層，其中1～3層為鋼筋及模板施工段；6層為牛腿支撐系統所在層。2～6層的層高均為2 000 mm，1層的層高為2 050 mm。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，實現了牛腿動作的全自動化，安全可靠。

圖6 筒架支撐系統

3.4.2 工具式鋼格構柱支撐系統設計

工具式鋼格構柱既是鋼平臺提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。工具式鋼格構柱支撐系統包括22 根鋼格構柱及其配套的鋼平臺連接件和上、下爬升靴。鋼格構柱由2 塊厚16 mm、2 塊厚20 mm的Q345材質鋼板焊接而成。其中厚20 mm的鋼板上沿其長度方向每隔200 mm開1 個90 mm×90 mm的孔洞用以擱置爬升靴活絡卡。

3.5 液壓動力及電氣控制系統設計

動力設備由1 套集中控制系統、4 臺液壓泵站和22 套液壓頂升油缸組成。其中每臺液壓泵站帶動5～6套液壓頂升油缸。液壓油缸是頂升鋼平臺的重要動力部件，固定在鋼格構柱兩端。每根鋼格構柱裝有2 套上、下爬升靴，每套爬升靴配有1 個頂升油缸，可實現整個工作平臺的整體同步頂升[8]。

每根鋼格構柱的2 個油缸的速度由對應的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。每個立柱可以配備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。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，從而實現了綠色環保的要求。

4 整體爬升鋼平臺模板裝備的施工

4.1 標準段施工流程

整體爬升鋼平臺模板裝備在核心筒施工過程中作為模板工程的施工裝備和操作平臺，為模板工程施工提供了條件。其剖面如圖7所示。核心筒標準段施工時，每完成1 段標準段施工，鋼平臺爬升1 次。本工程核心筒在5～33層、37～64層屬于標準層，層高4 500 mm，其施工流程如下：

圖7 整體鋼平臺剖面示意

（a）整體爬升鋼平臺模板裝備處于初始狀態，平臺位于剛澆筑完成的核心筒混凝土頂面。此時混凝土處于養護階段，鋼平臺提升工作準備就緒；

（b）油缸套與活塞桿交替提升200 mm，重復23 次，鋼平臺共提升4 500 mm，內筒架小液壓油缸推動鋼牛腿外伸，使其擱置在核心筒墻體預留孔內；

（c）啟動鋼柱油缸并使活塞桿外伸一定行程，活絡卡進入格構柱孔后扳轉爬升靴操作手柄，使其處于提升鋼柱狀態；

（d）油缸套與活塞桿交替提升200 mm，重復23 次，反提升鋼柱并使其底部停留在離樓面4 500 mm的位置；

（e）吊裝勁性柱和綁扎核心筒鋼筋，埋設牛腿預埋件；

（f）提升鋼框木模，安裝模板穿墻對拉螺栓，鋼柱就位，用錨栓將鋼柱與核心筒鋼筋固定住；

（g）澆筑混凝土；

（h）如此循環，鋼平臺和鋼柱通過油缸及爬升靴相互交替提升，即可完成標準層勁性柱吊裝、鋼筋綁扎、混凝土澆搗等工作。

施工流程如圖8所示。

圖8 標準層施工流程

4.2 穿越桁架層施工方法

結構在34～36層、65～66層分別設置了2 道伸臂桁架。由于內伸臂桁架需要埋設在核心筒內，并且桁架層鋼構件體積巨大，超過了平臺鋼梁的最大間距，無法直接吊裝，所以在穿越桁架層的施工中，鋼平臺需要進行一定的分解，通過桁架層后再進行組合。桁架層鋼結構包括下弦桿、斜腹桿與上弦桿。下面以34～36層桁架層為例簡要說明鋼平臺通過桁架層的流程：

（a）鋼平臺和鋼柱通過油缸及爬升靴相互交替爬升，完成標準層勁性柱吊裝、綁扎鋼筋、混凝土澆搗等工作，至核心筒31層混凝土施工完成；

（b）提升鋼平臺，牛腿擱置在30層核心筒上，反提鋼柱后吊裝、校正、焊接4 個角部與下弦桿相連的勁性柱，完成32層混凝土施工；

（c）提升鋼平臺，牛腿擱置在31層核心筒上，反提鋼柱后對鋼平臺角部進行加強，分批拆除鋼平臺4 個角部部分鋼梁，吊裝、校正、焊接33層4 段帶鋼牛腿的勁性柱；

（d）移走部分用于放置鋼柱的連系梁，吊裝、校正、焊接相對應的桁架層下弦桿H型鋼梁，焊接鋼柱支座錨栓；

（e）恢復連系梁后綁扎33層鋼筋，完成33層混凝土施工；

（f）提升鋼平臺，以安裝下弦桿同樣的方法安裝斜腹桿與上弦桿直至36層混凝土工程完成，鋼平臺穿越桁架層施工結束。

5 結語

鋼柱筒架交替支撐式整體爬升鋼平臺模板裝備在施工過程中繼承了鋼柱支撐式整體自升鋼平臺腳手模板系統的優點，在保證施工質量的同時，加快了施工速度。在此基礎上，采用了一種可重復使用的工具式鋼格構柱代替傳統的埋入式格構柱，節約了工程造價，取得了良好的經濟效益。針對本工程混凝土核心筒結構的特點，還發展出一系列專項施工技術，解決了桁架層施工、外墻收分等難題，為我國超高層建筑核心筒施工積累了豐富的經驗。