可斜爬和伸縮升降平臺施工技術(shù)研究與應(yīng)用

李志強(qiáng)，王 磊，黃京新，廖萬林，王 強(qiáng)

(中鐵建工集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 511400)

0 引言

近年來，超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)取得了巨大發(fā)展與進(jìn)步，超高層建筑物數(shù)量也在不斷增加，并且建筑結(jié)構(gòu)體系和外形也越來越多樣化。建筑結(jié)構(gòu)和外形由平面規(guī)則向空間曲線發(fā)展，給施工建設(shè)中的安全防護(hù)和作業(yè)平臺系統(tǒng)帶來了很大難題。

傳統(tǒng)升降平臺在平面規(guī)則的超高層建筑施工中應(yīng)用廣泛，經(jīng)過多年發(fā)展，已發(fā)展成為成熟的工藝和技術(shù)，適用于平面規(guī)則的建筑中，可隨著樓層建設(shè)升高而垂直向上爬升或垂直向下降落。然而，近年來超高層建筑豐富的建筑形式和多變的外立面形態(tài)使傳統(tǒng)升降平臺難以適用，在外立面形狀改變的條件下，傳統(tǒng)升降平臺在爬升過程中難以順利垂直爬升或降落。為此，有必要針對外形變化的超高層建筑研發(fā)新型升降平臺，系統(tǒng)性地解決超高層外立面與傳統(tǒng)升降平臺的適用性問題。

1 工程概況

1.1 結(jié)構(gòu)概況

長富金茂大廈總建筑面積20.66萬m2。主樓外立面呈紡錘形，地上68層，建筑高度303.8m。建筑設(shè)置3個(gè)避難層，并且避難層處外立面形狀逐漸呈曲線變化。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)與難度

在結(jié)構(gòu)形態(tài)上，工程主樓主體結(jié)構(gòu)3～17層樓板邊緣無變化，平面尺寸為43.2m×43.2m；隨著樓層增高，18～34層外框架柱向外傾斜，傾斜角度約為1°，樓板邊緣逐漸往外偏移，平面尺寸為46.8m×46.8m，達(dá)到最大；35～47層外框架柱逐漸向外收縮傾斜，傾斜角度約為0.3°；48～52層樓板邊緣無變化；53～68層外框架柱向內(nèi)傾斜，傾斜角度約為1°，樓板邊緣逐漸往內(nèi)偏移，平面尺寸逐步縮小至43.2m×43.2m。結(jié)構(gòu)平面4個(gè)角部為內(nèi)徑2.4～4.2m圓弧形。

工程立面外形上下“擴(kuò)縮收放”舒緩，立體曲線包含“波峰”，呈流態(tài)型。結(jié)構(gòu)外形呈曲線變化，施工中給傳統(tǒng)升降平臺的爬升帶來難題。

2 方案研究

工程施工關(guān)鍵難點(diǎn)在于升降平臺需跟隨樓層外立面角度變化而調(diào)整爬升。①結(jié)構(gòu)外邊緣存在向外突出及向內(nèi)縮回的變化過程，最大處結(jié)構(gòu)外邊緣較最小處突出約1.7m。故升降平臺爬升需經(jīng)歷垂直爬升、向外傾斜爬升及向內(nèi)傾斜爬升工況。②主樓平面尺寸亦逐層發(fā)生變化，相差14.4m，傳統(tǒng)升降平臺在組裝完成后圍繞建筑外墻腳手架尺寸基本固定，不具備大幅調(diào)整的空間。

若使用傳統(tǒng)升降平臺，則在高度方向上需分段投入多種不同規(guī)格平臺，即在允許偏差角度范圍內(nèi)需組裝傳統(tǒng)升降平臺運(yùn)行，待超出允許偏差和角度后，拆除原有升降平臺，再重新組裝新的不同規(guī)格升降平臺投入運(yùn)行，并依次循環(huán)。

工程主樓立面采用獨(dú)特的兩端小、中間大的紡錘形造型，在同時(shí)期同類型超高層建筑工況條件下，行業(yè)內(nèi)還未有300m高且外立面為紡錘形造型的類似施工經(jīng)驗(yàn)可借鑒，傳統(tǒng)升降平臺垂直升降技術(shù)已難以滿足此工程施工需求。為此，針對此問題，需重新研制和設(shè)計(jì)新的升降平臺，并需具備斜向爬升和伸縮功能。

3 關(guān)鍵技術(shù)

可斜爬的升降平臺關(guān)鍵技術(shù)在于如何將升降平臺垂直爬升自由調(diào)整為外傾斜爬升、將外傾斜爬升自由轉(zhuǎn)換為內(nèi)爬升。主樓主體結(jié)構(gòu)3～17，48～52層樓板邊緣無變化，工程施工時(shí)升降平臺采用垂直爬升的方式即可；18～47，53～68層隨著樓層增高，樓板邊緣逐漸往外偏移或向內(nèi)收縮，則需研制可調(diào)整施工升降平臺導(dǎo)軌爬升角度裝置，使升降平臺可向外傾斜和向內(nèi)收縮爬升。

18～47層樓板邊緣逐漸向外偏移，4個(gè)轉(zhuǎn)角逐漸變大；53～68層樓板又逐漸往內(nèi)收縮，4個(gè)轉(zhuǎn)角逐漸變小。現(xiàn)有技術(shù)中，升降平臺組裝完成后，由于圍繞建筑外墻的整體平臺尺寸是確定的，不能輕易隨外墻的變化而改變，若高空中調(diào)節(jié)改變升降平臺尺寸，不僅過程復(fù)雜而且難度較大，安全風(fēng)險(xiǎn)極高。針對此難點(diǎn)，在創(chuàng)新升降平臺中則需解決平臺伸縮問題，同樣需研制伸縮裝置，實(shí)施升降平臺自我伸縮。

4 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

4.1 升降平臺爬升

1)垂直爬升 3～17層建筑外立面無變化，采用18.0m高5步架(帶2層頂框)附著式升降平臺。進(jìn)行垂直爬升。

2)垂直爬升調(diào)整為外傾斜爬升 18～34層施工時(shí)，升降平臺由垂直爬升轉(zhuǎn)換為外傾斜爬升。待17層施工完畢，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求后，在17層安裝定制導(dǎo)座(見圖1)，提升升降平臺，提升到位后葫蘆不松鏈。調(diào)整第17層導(dǎo)座的三角鐵件固定螺栓不擰緊，第16層導(dǎo)座固定牢靠，調(diào)松第15層導(dǎo)座的三角鐵件固定螺栓，使用頂撐將第17層導(dǎo)座及三角鐵件向外頂出75mm，使用手拉葫蘆將15層導(dǎo)座及三角鐵件向內(nèi)拉75mm。然后固定好15，17層導(dǎo)座。調(diào)整角度為1.05°。此時(shí)斜爬角度為1.05°，以此角度繼續(xù)提升，直至完成34層施工防護(hù)。

圖1 導(dǎo)座結(jié)構(gòu)示意

3)外傾斜爬升角度調(diào)整 35～52層向外傾斜角度逐漸變小，施工時(shí)需調(diào)整架體外傾斜角度。使用升降平臺施工防護(hù)第34層，待34層施工完畢，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求后，安裝34層導(dǎo)座，提升升降平臺，提升到位后葫蘆不松鏈。調(diào)整34層導(dǎo)座的三角鐵件前后調(diào)節(jié)螺栓，并使用手拉葫蘆將第34層導(dǎo)座及三角鐵件向內(nèi)拉50mm；33層導(dǎo)座及三角鐵件固定牢靠；調(diào)整32層導(dǎo)座三角鐵件前后調(diào)節(jié)螺栓，使用頂撐將32層導(dǎo)座及三角鐵件向外頂50mm。然后固定好32，34層導(dǎo)座。調(diào)整后架體傾斜角度為0.35°，調(diào)整后可繼續(xù)提升施工防護(hù)至52層。

4)向內(nèi)爬升 53～68層隨著樓層增高，樓板邊緣逐漸往內(nèi)偏移，施工時(shí)，升降平臺需沿著樓板邊緣向內(nèi)傾斜爬升。待52層施工完畢，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求后，安裝52層導(dǎo)座，提升升降平臺，提升到位后葫蘆不松鏈。調(diào)整52層導(dǎo)座的三角鐵件前后的調(diào)節(jié)螺栓，使用手拉葫蘆將52層導(dǎo)座及三角鐵件向內(nèi)拉100mm；51層導(dǎo)座及三角鐵件固定牢靠；調(diào)整50層導(dǎo)座的三角鐵件前后調(diào)節(jié)螺栓，使用頂撐將50層導(dǎo)座及三角鐵件往外頂100mm。然后固定好50，52層導(dǎo)座。調(diào)整后爬升角度向內(nèi)傾斜1.4°。調(diào)整后可一直提升，直至封頂。

4.2 升降平臺伸縮

針對平面結(jié)構(gòu)尺寸變化，在保持傳統(tǒng)升降平臺設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，在升降平臺4個(gè)轉(zhuǎn)角處的腳手板下部各布置2個(gè)2.0m長單向伸縮架、1個(gè)2.0m長雙向伸縮架，采用銷軸、銷釘?shù)冗B接。腳手板通過下部伸縮架內(nèi)滑槽可相向或反向移動(dòng)，并設(shè)置限位裝置，當(dāng)轉(zhuǎn)角變大時(shí)通過拔除銷軸和銷釘，升降平臺外框架組件、腳手板逐漸相對脫離拉伸；當(dāng)轉(zhuǎn)角變小時(shí)亦然，升降平臺逐步內(nèi)縮，如圖2所示。

圖2 伸縮架立體示意

升降平臺腳手板(見圖3中100)，至少一側(cè)內(nèi)設(shè)置可自由伸縮無阻礙的伸縮架，伸縮架內(nèi)含滑槽，平行于腳手板長邊設(shè)置，并內(nèi)嵌安裝適合尺寸的新伸縮腳手板(見圖3中101，102)，則內(nèi)嵌的新腳手板可在滑槽內(nèi)自由滑動(dòng)。可伸縮的新的2塊腳手板之間通過可活動(dòng)的連接片連接。

同理，升降平臺防護(hù)網(wǎng)板(見圖3中300)，其一側(cè)防護(hù)立柱上亦設(shè)置可供伸縮防護(hù)網(wǎng)框(見圖3中201，202)相向或反向移動(dòng)的滑槽。伸縮防護(hù)網(wǎng)框在滑槽內(nèi)自由滑動(dòng)。伸縮防護(hù)網(wǎng)框在升降平臺防護(hù)網(wǎng)板內(nèi)側(cè)。

伸縮腳手板和伸縮防護(hù)網(wǎng)框可通過銷軸、銷釘?shù)裙潭ㄔ趦烧呦嘟晃恢谩＜翠N軸或銷釘為二者伸縮的“一鍵開關(guān)”。

實(shí)際實(shí)施過程中，當(dāng)平面結(jié)構(gòu)尺寸變大時(shí)，于變化的起始樓層，啟用伸縮架和滑槽裝置，拔除連接伸縮腳手板和伸縮防護(hù)網(wǎng)框的“開關(guān)”，即銷軸或銷釘。升降平臺爬升時(shí)，因滑槽的存在，伸縮腳手板和伸縮防護(hù)網(wǎng)框自動(dòng)隨結(jié)構(gòu)尺寸的增大、轉(zhuǎn)角角度的變大而開始向一側(cè)自由伸出，當(dāng)爬升至既定樓層時(shí)，恢復(fù)銷軸或銷釘連接，給伸縮腳手板和伸縮防護(hù)網(wǎng)框“上鎖”，防止靜止?fàn)顟B(tài)意外伸縮。

當(dāng)平面結(jié)構(gòu)尺寸變小、轉(zhuǎn)角變小時(shí)，伸縮腳手板和伸縮防護(hù)網(wǎng)框反向收縮即可。

5 實(shí)施效果

可斜爬和伸縮的升降平臺采用片式定型鋼框架而組裝的豎向主框架和水平承重桁架結(jié)構(gòu)，研制的斜爬導(dǎo)座裝置和伸縮架裝置嵌入其中，不改變升降平臺整體穩(wěn)定性；主框架和承重桁架采用螺栓連接，斜爬導(dǎo)座裝置和伸縮架裝置裝配其中，便于組裝和拆除，可很大程度節(jié)省工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提升勞動(dòng)工效；同時(shí)可斜爬和伸縮的升降平臺能夠標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、甚至產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

以應(yīng)用的長富金茂大廈工程為例，建筑物周長為168～180m，總高度303.8m，主體結(jié)構(gòu)施工工期按16個(gè)月計(jì)算，采用可斜爬和伸縮的升降平臺比傳統(tǒng)升降平臺費(fèi)用綜合節(jié)約780萬元，經(jīng)濟(jì)節(jié)約率達(dá)20%。

6 結(jié)語

針對超高層不規(guī)則外立面形狀，如紡錘形外立面，創(chuàng)造性地研發(fā)出帶斜爬和伸縮功能的施工升降平臺，可隨結(jié)構(gòu)邊緣不斷變化而能夠斜爬、伸縮的附著式施工升降平臺，以適應(yīng)呈漸變狀結(jié)構(gòu)外形的外立面建筑的施工。可解決傳統(tǒng)附著式施工升降平臺(只能垂直爬升，無法斜爬及隨結(jié)構(gòu)平面伸縮)的技術(shù)難題。兼顧超高層建筑外立面的藝術(shù)美感與建筑工程施工的便捷性。