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摘 要： 摘要：南京金鷹天地廣場T1塔樓的核心筒結(jié)構(gòu)建造采用了鋼梁與筒架交替支撐式整體爬升鋼平臺模架。實(shí)踐表明，這種整體鋼平臺模架整體性強(qiáng)，模塊化拼裝體型適應(yīng)性強(qiáng)，并具備兩層同步施工能力，在超高建筑復(fù)雜核心筒結(jié)構(gòu)建造中效果良好。 關(guān)鍵詞：超高層建筑;核
摘要：南京金鷹天地廣場T1塔樓的核心筒結(jié)構(gòu)建造采用了鋼梁與筒架交替支撐式整體爬升鋼平臺模架。實(shí)踐表明，這種整體鋼平臺模架整體性強(qiáng)，模塊化拼裝體型適應(yīng)性強(qiáng)，并具備兩層同步施工能力，在超高建筑復(fù)雜核心筒結(jié)構(gòu)建造中效果良好。
關(guān)鍵詞：超高層建筑;核心筒;鋼平臺;剪力鋼板層;伸臂桁架層
1 工程概況
南京金鷹天地廣場由裙房和3棟超高層塔樓組成，3棟塔樓均采用“鋼框架-核心筒-伸臂桁架結(jié)構(gòu)”形式。其中 T1塔樓總高365.5 m，地上79層，另外2棟69層和62層的塔樓高約300 m。3棟塔樓在192 m高空通過空中平臺連接為整體，空中平臺高約40 m，最大跨度70 m，是在建的跨度最大、高度最高的非對稱三塔空中連體結(jié)構(gòu)(圖1)。本文以 T1塔樓為研究對象。
期刊推薦：《工程建設(shè)》(雙月刊)創(chuàng)刊于1963年，該雜志是經(jīng)國家新聞出版總署批準(zhǔn)、面向國內(nèi)外公開發(fā)行的我國唯一面向工程建設(shè)全過程的專業(yè)技術(shù)雜志(雙月刊),它由世界500強(qiáng)企業(yè)中國冶金科工集團(tuán)的全資子公司---中冶長天國際工程有限責(zé)任公司主辦,自1963年創(chuàng)刊以來已辦刊40多年，是一份歷史悠久的工程建設(shè)類專業(yè)技術(shù)雜志。主要報(bào)道冶金礦山以及能為冶金礦山所借鑒的黃金、有色、化工、建材、煤碳等礦山工程設(shè)計(jì)與建設(shè)方面的新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備等方面的技術(shù)成果與進(jìn)展。
T1塔樓核心筒平面為九宮格形式，形狀為29.6 m× 25.4 m的長方形，內(nèi)設(shè)4道隔墻(圖2)。核心筒墻體隨高度變化經(jīng)歷多次收分，其中外墻地上部分共收分8次，底部最厚處1 300 mm、頂部最薄處400 mm，內(nèi)墻地上部分共收分3次，底部最厚處600 mm、頂部最薄處300 mm。為增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度，核心筒四周外墻22層及以下內(nèi)設(shè)鋼板，采用鋼板混凝土組合剪力墻形式，43層設(shè)置1道高8 m、貫穿外墻的伸臂桁架。
2 整體鋼平臺模架設(shè)計(jì)
2.1 模架選型
本工程核心筒為高365.5 m的復(fù)雜超高層結(jié)構(gòu)，施工時多專業(yè)穿插且立體交叉作業(yè)多，對模架裝備的
整體性和安全性提出了極高的要求。基于核心筒結(jié)構(gòu)體量大、剪力鋼板分布層數(shù)多、伸臂桁架節(jié)點(diǎn)復(fù)雜等特點(diǎn)，選擇鋼梁與筒架交替支撐式液壓爬升整體鋼平臺模架裝備進(jìn)行施工。
該模架裝備整體性強(qiáng)，在超高空實(shí)現(xiàn)安全全封閉的作業(yè)空間。裝備遵循單元化設(shè)計(jì)理念，局部拆裝工藝簡單，吊裝剪力鋼板、伸臂桁架單元時不破壞模架的整體性。同時，該模架裝備承載力大，滿足施工操作及材料設(shè)備的堆放要求，可實(shí)現(xiàn)雙層同步施工，可以保證剪力鋼板、伸臂桁架吊裝施工作業(yè)空間滿足要求，使得勁性鋼構(gòu)件能夠做到2層一吊。
2.2 模架設(shè)計(jì)
整體鋼平臺模架裝備由5個系統(tǒng)構(gòu)成，包括鋼平臺系統(tǒng)、腳手架系統(tǒng)、筒架支撐系統(tǒng)、鋼梁爬升系統(tǒng)、模板系統(tǒng)，以下分別介紹各系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容。
2.2.1 鋼平臺系統(tǒng)鋼平臺系統(tǒng)
主要作為堆載區(qū)域位于模架頂部，上設(shè)鋼筋材料堆場、施工機(jī)具堆場、人員作業(yè)區(qū)域、混凝土布料機(jī)等。
本工程鋼平臺系統(tǒng)平臺外框平面尺寸為32 m× 28 m，初始面積約900 m2 。由于本工程部分樓層施工鋼平臺需要帶模板爬升，且裝備自重大，考慮承載力需求，鋼梁主要采用HN500 mm×200 mm×10mm×16 mm型鋼，部分分布在核心筒翼墻外側(cè)的鋼梁采用HM350 mm× 250 mm×9 mm×14 mm型鋼。鋼梁布置時避開勁性鋼柱，受力主梁通長設(shè)置，并考慮剪力鋼板、伸臂桁架的分段，加大次梁間距，盡可能在平面上預(yù)留足夠的可保證勁性構(gòu)件順利吊裝就位的間距，同時考慮布料機(jī)的局部承載要求，在2臺布料機(jī)位置對局部鋼梁進(jìn)行加強(qiáng)(圖3)。
2.2.2 腳手架系統(tǒng)
腳手架系統(tǒng)是為了滿足模板、鋼筋等土建施工的需要，在鋼平臺系統(tǒng)下方沿混凝土結(jié)構(gòu)墻體、在一定高度范圍內(nèi)布設(shè)懸掛腳手架。本工程中腳手架系統(tǒng)共6步，其中第1～4步高2 100 mm，第5步高2 160 mm，第6步高 1 900 mm。由于外墻收分900 mm，外腳手架為滿足施工距離的需求，設(shè)為角部固定部分和中部可滑移部分，滑移滾輪設(shè)置于鋼平臺系統(tǒng)鋼梁下翼緣。 28 250 32 450 塔吊 AD AC 布料機(jī)電梯 布料機(jī)塔吊 A2 A3 A4 圖3 鋼平臺系統(tǒng)布置
2.2.3 筒架支撐系統(tǒng)
筒架支撐系統(tǒng)為鋼平臺模架施工作業(yè)狀態(tài)提供支撐。筒架支撐系統(tǒng)位于內(nèi)筒內(nèi)，豎向筒架支撐柱頂端連接于頂部平臺梁，底端通過其上設(shè)置的牛腿與頂墻導(dǎo)輪分別將裝備承受的豎向荷載、水平荷載傳遞至混凝土結(jié)構(gòu)墻體。本工程墻體連梁多，墻體不連續(xù)，所以最中間內(nèi)筒不設(shè)置支撐系統(tǒng)，采用腳手架下掛，其余內(nèi)筒根據(jù)核心筒墻體分布特點(diǎn)，在5個內(nèi)筒中設(shè)置四點(diǎn)支撐，在3個內(nèi)筒中設(shè)置兩點(diǎn)單邊支撐，共設(shè)26個牛腿支撐點(diǎn)。
2.2.4 鋼梁爬升系統(tǒng)
爬升鋼梁采用HN600 mm×200 mm×11 mm×17 mm 型鋼組成平面受力框架，設(shè)置于筒架支撐系統(tǒng)第7步中，通過框架上設(shè)置的牛腿支撐于混凝土結(jié)構(gòu)，利用其上設(shè)置的雙作用液壓缸動力系統(tǒng)為裝備提供爬升動力[1-2] 。動力系統(tǒng)由1套集中控制系統(tǒng)、8臺液壓泵站和26個液壓頂升油缸組成。鋼梁爬升系統(tǒng)的牛腿設(shè)置位置與筒架支撐系統(tǒng)相同，共設(shè)26個牛腿支點(diǎn)(圖4、圖5)。
2.2.5 模板系統(tǒng)
模板系統(tǒng)用于保證現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)幾何形狀以及截面尺寸，并承受澆筑混凝土過程傳遞的荷載。整體鋼平臺模架中模板采用鋼大模形式，施工中根據(jù)工程結(jié)構(gòu)形式、鋼大模施工特點(diǎn)及開間進(jìn)深尺寸確定模板規(guī)格，每塊鋼大模由面板、橫向圍檁、豎向圍檁、對拉螺栓通過安裝組成。本工程鋼大模從標(biāo)高23.80 m開始使用，按照核心筒的標(biāo)準(zhǔn)層高4 300 mm配置。
2.3 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
牛腿是整體鋼平臺模架的關(guān)鍵受力構(gòu)件，無論是爬升階段還是施工作業(yè)階段，整體鋼平臺模架的豎向荷載均通過牛腿傳遞給混凝土結(jié)構(gòu)。牛腿設(shè)置于筒架支撐系統(tǒng)、鋼梁爬升系統(tǒng)中的鋼梁框架上，外圍為鋼板焊接而成的箱體反力架，反力架通過端板與底板上的高強(qiáng)螺栓與鋼平臺模架連接，牛腿在反力架腔體內(nèi)部通過液壓驅(qū)動進(jìn)行外伸和收縮動作，實(shí)現(xiàn)其在混凝土結(jié)構(gòu)上的支撐或脫離。
初始狀態(tài)時，牛腿距離墻面110 mm(圖6)，此時按照設(shè)計(jì)的外伸長度擱置于混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)留洞內(nèi)，根據(jù)牛腿的約束條件及所受最大荷載對其受力狀態(tài)進(jìn)行校核，強(qiáng)度、剛度均滿足要求。
隨著墻體的收分，牛腿與墻體的間距逐漸增大，牛腿外伸擱置時懸臂增大。為了保證牛腿有足夠的承載力，設(shè)計(jì)時必須根據(jù)最不利工況對其進(jìn)行加固處理。本工程中牛腿支撐位置墻體最大單邊收分300 mm，針對此工況，在牛腿頂部設(shè)置由鋼板焊接而成的反力三角撐來減小牛腿外伸后的懸臂長度(圖7)，通過計(jì)算驗(yàn)證，牛腿在頂部加固的情況下受力滿足要求。
3 整體鋼平臺模架施工
3.1 施工總體流程
標(biāo)高23.80 m以下混凝土墻體采用常規(guī)腳手架進(jìn)行施工，待施工完成后，按分塊單元依次安裝整體鋼平臺模架。22層以下為剪力鋼板層施工，此階段模板系統(tǒng)懸掛于鋼平臺系統(tǒng)鋼梁上并隨整體鋼平臺模架一起爬升;22～43 層為標(biāo)準(zhǔn)層施工;43～44層為伸臂桁架層施工，此階段模板系統(tǒng)懸掛于鋼平臺系統(tǒng)鋼梁上并隨整體鋼平臺模架一起爬升;44～79層為標(biāo)準(zhǔn)層施工。79層施工完畢，拆除整體鋼平臺模架。
3.2 標(biāo)準(zhǔn)層施工方法
1)初始狀態(tài)混凝土澆筑完畢，整體鋼平臺模架停留在剛澆筑的混凝土頂部。
2)以爬升鋼梁上的牛腿為支撐，油缸伸展頂升架體 2 150 mm，就位后通過筒架支撐系統(tǒng)底部設(shè)置的牛腿支撐于墻內(nèi)預(yù)留洞，爬升鋼梁上的牛腿收回，完成受力轉(zhuǎn)換。
3)以筒架支撐系統(tǒng)底部牛腿為支撐，油缸回提帶動爬升鋼梁上升2 150 mm，就位后通過爬升鋼梁上的牛腿支撐于墻內(nèi)預(yù)留洞，筒架支撐系統(tǒng)上的牛腿收回，完成受力轉(zhuǎn)換;重復(fù)上述步驟，完成標(biāo)準(zhǔn)層4 300 mm的爬升。
4)鋼筋由塔吊吊運(yùn)至鋼平臺頂面堆放，作業(yè)人員在鋼平臺頂面通過格柵板傳遞至鋼平臺系統(tǒng)下方墻體位置，在腳手架上進(jìn)行綁扎。
5)鋼筋綁扎完畢，此時模板系統(tǒng)固定于鋼筋綁扎層下一層，待下層混凝土達(dá)到強(qiáng)度后拆模，提升模板系統(tǒng)，模板系統(tǒng)就位調(diào)直，并利用穿墻螺栓固定。
6)利用設(shè)置在鋼平臺頂部的液壓布料機(jī)完成混凝土澆筑。
3.3 剪力鋼板層施工方法
墻體中內(nèi)設(shè)剪力鋼板增加了施工難度，施工過程要充分考慮整體鋼平臺模架與鋼結(jié)構(gòu)、土建之間的協(xié)同施工問題。本工程核心筒內(nèi)剪力鋼板分布于四邊外墻，并與勁性鋼柱相連，施工吊裝時穿過鋼平臺梁，在整體鋼平臺模架內(nèi)部連接固定。因此要做到協(xié)同施工，必須考慮剪力鋼板吊裝對模架平臺梁設(shè)置以及爬升高度的影響，具體關(guān)鍵點(diǎn)如下：
1)對剪力鋼板進(jìn)行合理分段、分節(jié)。
2)施工中局部剪力鋼板與鋼梁相碰部位，將鋼梁設(shè)為可拆裝式，在不影響整體性的情況下滿足臨時拆卸的需求。
3)沿外墻在頂部鋼平臺梁的相應(yīng)位置設(shè)置外模板吊點(diǎn)與內(nèi)模板吊點(diǎn)，解決模板吊點(diǎn)梁跨墻設(shè)置對剪力鋼板吊裝產(chǎn)生的影響(圖8)。
4)結(jié)合剪力鋼板吊裝單元豎向長度調(diào)整鋼平臺的提升高度，為剪力鋼板的吊入提供足夠的立面空間。
5)確定剪力鋼板吊裝順序、鋼平臺梁拆裝順序。為保證施工效率，減少吊次，施工時每個剪力鋼板吊裝單元豎向長度分為2層一段。施工方法具體步驟如下
1)初始狀態(tài)為核心筒混凝土澆筑完畢，大模板通過對拉螺栓固定于混凝土墻體上。
2)拆除對拉螺栓，通過設(shè)置在鋼平臺梁上的模板吊點(diǎn)用葫蘆將大模板固定在鋼平臺梁下，為防止平臺爬升過程中模板晃動，模板水平圍檁用鉛絲固定在吊架立桿上。
3)按照標(biāo)準(zhǔn)層所述的爬升步驟爬升4次，整體鋼平臺模架總共爬升8 600 mm高度，保證了平臺梁底部至混凝土面之間的距離滿足鋼板2層一吊的需求。此過程中模板隨鋼平臺同時爬升。
4)按照剪力鋼板吊裝順序依次吊裝，由塔吊將吊裝單元從預(yù)留空隙吊入鋼平臺裝備內(nèi)部，局部與鋼梁相碰位置將鋼梁臨時拆除，吊裝完畢后及時復(fù)位(圖9)。
5)綁扎第1框鋼筋，大模板就位，緊固對拉螺栓，利用鋼平臺系統(tǒng)頂部的混凝土布料機(jī)，澆筑混凝土。
6)混凝土養(yǎng)護(hù)，綁扎第2框鋼筋，大模板就位，緊固對拉螺栓，利用鋼平臺頂部的混凝土布料機(jī)，澆筑混凝土。
7)進(jìn)入下一個剪力鋼板層施工循環(huán)。
3.4 伸臂桁架層施工方法
與剪力鋼板層施工類似，伸臂桁架層施工的關(guān)鍵在于伸臂桁架吊裝單元與鋼平臺模架平面、立面的關(guān)系處理以及各專業(yè)間的協(xié)調(diào)。本工程伸臂桁架位于43層，整體高度 8 m，分布于外墻，由上弦結(jié)構(gòu)、斜腹桿以及下弦結(jié)構(gòu)組成，桁架鋼梁橫置于核心筒外墻內(nèi)，上、下弦結(jié)構(gòu)處分別有5個部位有牛腿伸出。上、下弦結(jié)構(gòu)4個角部均為十字形單元(圖10)，且2個方向伸出墻外，如何安全吊裝就位也是施工中的重點(diǎn)。基于整體鋼平臺模架完成伸臂桁架層施工，除剪力鋼板層施工中所述的優(yōu)化鋼梁、設(shè)置可拆裝鋼梁、設(shè)置內(nèi)外吊點(diǎn)、調(diào)整模架爬升高度、確定合理吊裝順序等措施之外，還需采取以下措施：
1)角部節(jié)點(diǎn)吊裝時，十字形節(jié)點(diǎn)與鋼平臺角部4個方向鋼梁相碰，4根鋼梁同時拆除使角部承載力大大降低，必須在鋼梁拆除前提前采取加固措施保證施工安全，防止角部因變形過大使拆除的鋼梁無法恢復(fù)。
2)整體鋼平臺模架爬升前，有外伸牛腿位置處的走道板應(yīng)提前避讓，保證整體鋼平臺模架順利爬升。
3)整體鋼平臺模架帶模提升到位后，作業(yè)狀態(tài)模板懸掛于鋼平臺上，此時角部同時拆除4根鋼梁，在角部承載力削弱的基礎(chǔ)上同時承受模板荷載，必須對此最不利工況進(jìn)行驗(yàn)算，確保加固措施安全可靠。
綜合考慮各方面因素，研究確定了伸臂桁架層2階段的施工方法。
第1階段，整體鋼平臺模架爬升5 950 mm，下弦構(gòu)件吊裝就位，隨后綁扎鋼筋、封模、澆筑混凝土;第2階段，整體鋼平臺模架爬升6 950 mm，斜腹桿、上弦桿按順序吊裝就位。第2階段帶模爬升時，模板系統(tǒng)通過葫蘆懸掛于平臺梁上，剪力鋼板層施工時模板系統(tǒng)通過鉛絲固定于腳手架系統(tǒng)上部，而桁架層施工時，為了不影響斜腹桿與上弦桿的吊裝及焊接，模板系統(tǒng)固定于腳手架系統(tǒng)靠下位置。
4 結(jié)語
基于南京金鷹天地廣場T1塔樓核心筒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及施工難點(diǎn)，采用鋼梁與筒架交替支撐式整體爬升鋼平臺模架進(jìn)行核心筒施工。
實(shí)踐表明，該模架裝備整體性好，復(fù)雜結(jié)構(gòu)適應(yīng)性強(qiáng)，具備2層同時施工的能力，針對剪力鋼板層、伸臂桁架層等施工難題優(yōu)勢明顯，滿足了復(fù)雜超高層建造安全、高效、經(jīng)濟(jì)的綜合需求。