南京金鷹廣場(chǎng)T2塔樓鋼柱支撐式整體鋼平臺(tái)桁架層施工技術(shù)

馬 靜 扶新立

1. 上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080；2. 上海高大結(jié)構(gòu)建造工藝與裝備工程技術(shù)研究中心 上海 201114

1 工程概況

1.1 結(jié)構(gòu)概況

南京金鷹廣場(chǎng)項(xiàng)目地處南京市建鄴區(qū)的所街6號(hào)地塊，工程T2塔樓是1座69層、高322.3 m的塔樓，地上標(biāo)準(zhǔn)層層高為4.3 m，為框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系。核心筒平面為長(zhǎng)方形，筒體外包尺寸約為25.4 m×20.2 m，共設(shè)置2道內(nèi)筒隔墻，呈四宮格形式。

1.2 整體鋼平臺(tái)概況

T2塔樓核心筒采用鋼柱筒架交替支撐式液壓爬升整體鋼平臺(tái)模架體系施工，整體鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)考慮了伸臂桁架層施工過(guò)程中的重、難點(diǎn)問(wèn)題，能適應(yīng)復(fù)雜核心筒建造需求。

該體系由5個(gè)部分組成，分別為鋼平臺(tái)系統(tǒng)、鋼柱爬升系統(tǒng)、腳手系統(tǒng)、筒架支撐系統(tǒng)和鋼大模系統(tǒng)，施工時(shí)筒架支撐系統(tǒng)與鋼柱爬升系統(tǒng)交替支撐于結(jié)構(gòu)，架體操作區(qū)總高度約12 m，可覆蓋2.5個(gè)結(jié)構(gòu)層高。本項(xiàng)目中筒架支撐系統(tǒng)底部共設(shè)20個(gè)牛腿支撐點(diǎn)，爬升鋼柱共設(shè)18根。

1.3 伸臂桁架概況

伸臂桁架（圖1）在平面上由兩部分組成，一部分設(shè)置在核心筒墻體中，一部分在核心筒外框架結(jié)構(gòu)中并與外圍鋼柱相連。T2塔樓核心筒內(nèi)的伸臂桁架位于43～44層，標(biāo)高191.50～199.50 m，桁架層高8 m，貫穿核心筒外墻。核心筒內(nèi)伸臂桁架由上弦結(jié)構(gòu)、斜腹桿以及下弦結(jié)構(gòu)組成，桁架鋼梁橫置于混凝土墻內(nèi)，上、下弦結(jié)構(gòu)共5個(gè)部位有牛腿伸出，分別位于4個(gè)角部以及軸線(xiàn)交界位置 ，下弦牛腿伸出混凝土墻面長(zhǎng)度最大為1.2 m，上弦牛腿伸出混凝土墻面長(zhǎng)度最大為1.70 m。

圖1 桁架模型示意

2 施工重點(diǎn)和難點(diǎn)

1）伸臂桁架施工時(shí)要從鋼平臺(tái)頂部吊入核心筒進(jìn)行安裝，平面上如何處理伸臂桁架構(gòu)件與鋼平臺(tái)跨墻鋼梁之間的關(guān)系、立面上如何處理伸臂桁架構(gòu)件與爬升鋼柱的關(guān)系，是實(shí)現(xiàn)整體鋼平臺(tái)與伸臂桁架層協(xié)同施工的關(guān)鍵。

2）伸臂桁架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，桁架上、下弦桿的角部均為十字形，外伸長(zhǎng)度較大。吊裝時(shí)需要拆卸鋼平臺(tái)角部4個(gè)方向的連系鋼梁，對(duì)角部鋼梁整體性破壞較大，降低了角部外腳手的承載能力。

3）上、下弦角部十字牛腿吊裝就位后，在鋼平臺(tái)爬升過(guò)程中，角部外掛腳手部分走道板會(huì)與外伸牛腿相沖突，需采取措施避讓。

4）伸臂桁架各分段之間采用牛腿形式連接，下弦桿及斜腹桿吊裝完畢并澆筑混凝土后，其對(duì)接焊縫位置高出混凝土面，部分沿外墻布置的鋼柱爬升時(shí)的支撐點(diǎn)會(huì)與桁架空間位置沖突，導(dǎo)致鋼柱無(wú)法支撐在核心筒墻體上，影響鋼平臺(tái)爬升。

5）伸臂桁架層施工時(shí)，桁架吊裝、鋼筋綁扎、模板封閉、混凝土澆筑等工序依托鋼平臺(tái)在空間立體交叉，因此，合理安排工序是保證鋼平臺(tái)順利通過(guò)桁架層的重點(diǎn)。

3 桁架層施工關(guān)鍵技術(shù)

綜合考慮伸臂桁架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、鋼平臺(tái)模架體系施工特點(diǎn)、塔吊起吊能力、焊接工藝及制作運(yùn)輸?shù)纫螅毂坭旒茇Q向分下弦桿、斜腹桿、上弦桿共3段。鋼平臺(tái)的爬升高度結(jié)合桁架層分段確定，施工時(shí)鋼平臺(tái)爬升3次，伸臂桁架構(gòu)件分3次吊裝，遵循先下弦、再斜腹桿、后上弦的順序。

3.1 鋼平臺(tái)梁設(shè)計(jì)

鋼平臺(tái)鋼梁設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)計(jì)算，在合理部位設(shè)置部分可拆卸梁用于滿(mǎn)足桁架吊裝分塊的施工空間。施工時(shí)根據(jù)構(gòu)件分塊，分區(qū)拆除影響吊裝的可拆卸梁以及其他平臺(tái)構(gòu)件，在鋼平臺(tái)頂部形成空洞，利用塔吊將相應(yīng)位置的桁架構(gòu)件吊裝就位并臨時(shí)固定。

本項(xiàng)目鋼梁拆除按照對(duì)角順序進(jìn)行。角部節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，最不利工況需要同時(shí)拆除角部4根鋼梁（圖2），角部牛腿吊裝完畢后鋼梁立即恢復(fù)，且在角部鋼梁未恢復(fù)以前，角部區(qū)域嚴(yán)禁堆載；中間部分鋼梁按照與鋼結(jié)構(gòu)施工單位協(xié)調(diào)的吊裝順序逐一拆除、恢復(fù)。施工時(shí)對(duì)角處每次只能拆除一個(gè)區(qū)域的鋼梁，此區(qū)域相應(yīng)的構(gòu)件就位后立即恢復(fù)，恢復(fù)后繼續(xù)進(jìn)行下一處拆除，保證結(jié)構(gòu)整體性[1-2]。

圖2 角部可拆鋼梁示意

3.2 外掛腳手處理

同時(shí)拆除角部4根鋼梁，對(duì)角部承載力削弱較大，為保證施工安全，外掛腳手在角部牛腿吊裝前必須進(jìn)行加固。本項(xiàng)目采用斜撐形式加固，每個(gè)角部設(shè)置7道斜撐，斜撐位于已澆筑混凝土面頂部，一端用扣件連接在下掛吊架的立桿上，另一端焊接于核心筒勁性柱上，無(wú)勁性柱的位置則在混凝土頂部設(shè)置埋件，埋件上焊接長(zhǎng)約1 m的短柱作為連接點(diǎn)，將豎向荷載通過(guò)斜撐傳遞到核心筒結(jié)構(gòu)上（圖3）。利用有限元計(jì)算軟件對(duì)外腳手加固下的角部鋼梁拆除工況建模分析，計(jì)算架體角部變形、應(yīng)力及支撐點(diǎn)反力，結(jié)果表明在增加斜撐的情況下角部具有足夠的承載力。伸臂桁架上、下弦外伸牛腿部分吊裝時(shí)，外伸牛腿區(qū)域的外掛腳手走道板也會(huì)與桁架沖突。隨著鋼平臺(tái)爬升，每一步都需提前拆除相沖突位置的走道板，預(yù)留出施工空間以免鋼平臺(tái)爬升時(shí)與走道板相碰，待鋼平臺(tái)爬升通過(guò)后立即恢復(fù)。

3.3 鋼柱臨時(shí)支座焊接

桁架的下弦桿及斜腹桿會(huì)影響鋼柱支撐，為解決鋼平臺(tái)鋼柱無(wú)法支撐的難題，通過(guò)對(duì)鋼柱支撐空間放樣，確定支撐點(diǎn)在桁架上的位置，桁架制作時(shí)在下弦及斜腹桿上增加臨時(shí)支座作為支撐點(diǎn)，以滿(mǎn)足鋼平臺(tái)爬升的需要。

本工程中桁架鋼梁橫置于混凝土墻內(nèi)，無(wú)法直接在桁架翼緣上焊接支座。設(shè)計(jì)時(shí)在桁架構(gòu)件兩側(cè)翼緣處水平焊接支撐板，臨時(shí)支座焊接于支撐板上，支座支撐于桁架翼緣兩側(cè)，桁架對(duì)接焊縫位置不受支座影響。對(duì)臨時(shí)支座進(jìn)行計(jì)算分析，荷載取值450 kN，按照均布面荷載布置，支座最大變形1.3 mm，最大應(yīng)力比0.75，計(jì)算結(jié)果均滿(mǎn)足要求（圖4）。

3.4 鋼柱柱腳固定

鋼平臺(tái)體系爬升時(shí)，筒架底部牛腿收回，鋼柱底座支撐在混凝土墻體上，支撐整個(gè)鋼平臺(tái)的質(zhì)量。標(biāo)準(zhǔn)層施工時(shí)，鋼柱底座通過(guò)地腳錨栓或結(jié)構(gòu)鋼筋與混凝土墻體鉸接。桁架構(gòu)件安裝后，結(jié)構(gòu)鋼筋受桁架結(jié)構(gòu)影響無(wú)法全部伸出混凝土面，地腳錨栓受桁架結(jié)構(gòu)影響無(wú)法達(dá)到錨固長(zhǎng)度。為保證爬升階段鋼柱底座滿(mǎn)足約束條件，施工時(shí)根據(jù)流程在桁架上、下弦安裝完畢后，在桁架腹板相應(yīng)位置焊接錨筋，錨筋高出混凝土墻面200 mm。

圖3 外腳手角部加固

圖4 鋼柱臨時(shí)支座

3.5 施工工藝流程

核心筒伸臂桁架位于43～44層，結(jié)構(gòu)施工至42層時(shí)，從標(biāo)準(zhǔn)層施工流程進(jìn)入桁架層施工流程。結(jié)合伸臂桁架水平分段和豎向分節(jié)，調(diào)整鋼平臺(tái)爬升高度、鋼柱回提高度，具體流程如下[3-4]：

1）鋼平臺(tái)和導(dǎo)軌通過(guò)油缸及爬升靴相互交替頂升，爬升至42層＋1 150 mm的標(biāo)高，完成核心筒41框的施工。

2）為了使下弦桿安裝有足夠的空間，鋼平臺(tái)爬升4 900 mm高度，爬升至43層＋1 750 mm標(biāo)高，鋼平臺(tái)擱置在核心筒墻體上。

3）鋼柱回提：空間位置與下弦桿不沖突的鋼柱回提4 300 mm高度，空間位置與下弦桿相沖突的鋼柱，根據(jù)下弦牛腿節(jié)點(diǎn)的尺寸及臨時(shí)支座設(shè)置的位置，分別回提不同高度。

4）鋼平臺(tái)爬升到位，利用設(shè)置于42層標(biāo)高的預(yù)埋件進(jìn)行外腳手角部加固，同時(shí)按照施工順序拆除與外伸牛腿相沖突的走道板。

5）根據(jù)桁架吊裝施工流程，鋼平臺(tái)梁分區(qū)拆除、恢復(fù)，待下弦桿安裝就位，拆除外腳手角部加固（圖5）。

圖5 下弦桿安裝

6）綁扎42框鋼筋、設(shè)置鋼柱柱腳固定錨栓、設(shè)置預(yù)埋件、提升大模板、澆筑42框核心筒墻體混凝土，下弦部分施工完畢。

7）斜腹桿部分施工：鋼平臺(tái)爬升4 400 mm高度，爬升至43層＋6 150 mm標(biāo)高；空間位置與斜腹桿不沖突的鋼柱回提4 000 mm高度，空間位置與斜腹桿相沖突的鋼柱分別回提不同高度；分區(qū)拆除鋼梁，吊裝、焊接斜腹桿；綁扎43框下半段層鋼筋、設(shè)置預(yù)埋件、提升大模板、澆筑43框下半段混凝土（圖6）。

圖6 斜腹桿安裝

8）上弦桿部分施工：鋼平臺(tái)爬升3 600 mm高度，爬升至44層＋1 750 mm標(biāo)高；鋼柱回提至同一標(biāo)高；其余步驟與下弦桿施工類(lèi)似，43框上半段核心筒墻體混凝土澆筑完畢后，完成桁架層施工（圖7）。

圖7 上弦桿安裝

4 結(jié)語(yǔ)

依托整體鋼平臺(tái)體系在超高層結(jié)構(gòu)核心筒中的工程應(yīng)用，闡述了核心筒伸臂桁架層施工這一關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的施工方法。整體鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)即考慮桁架的吊裝、外伸牛腿等因素并提前優(yōu)化，施工過(guò)程中合理安排工序，并在特殊節(jié)點(diǎn)施工時(shí)對(duì)鋼平臺(tái)局部進(jìn)行加固，無(wú)需分體組合，解決了桁架層施工難題。實(shí)踐表明，該方法可有效保證施工安全，大幅提高施工效率，縮短施工工期，可供類(lèi)似工程借鑒。