整体提升脚手架在复杂外立面超高层建筑施工中的应用_宋自杰.pdf

202212Building Construction2948整体提升脚手架在复杂外立面超高层建筑施工中的应用宋自杰上海建工七建集团有限公司 上海 200050摘要：整体提升脚手架具有经济、安全、便捷等优点，现广泛应用于高层及超高层建筑中。对于复杂外立面的超高层建筑，采用整体提升脚手架技术有很多特殊的要求。为应对复杂外立面结构形式，结合背景工程，研究了一种斜向提升与扭转提升相结合的处理方法。应用结果显示，斜向提升与扭转提升相结合的方式，安全有效、技术合理，经济效益良好，可为类似工程施工提供借鉴。关键词：整体提升脚手架；超高层建筑；复杂外立面；斜向提升；扭转提升中图分类号：TU731 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2022)12-2948-04 DOI：10.14144/ki.jzsg.2022.12.040Application of Integral Lifting Scaffold in Construction of Super High-rise Buildings with Complex FacadesSONG ZijieShanghai Construction No.7(Group)Co.,Ltd.,Shanghai 200050,ChinaAbstract:The integral lifting scaffold has the advantages of economy,safety and convenience,and is now widely used in high-rise and super high-rise buildings.For super high-rise buildings with complex facades,there are many special requirements for adopting integral lifting scaffold technology.To deal with the complex facade structure,combined with the background project,a treatment method combining oblique lifting and torsional lifting is studied.The application results show that the combination of oblique lifting and torsional lifting is safe,effective,reasonable in technology and good in economic benefits,which can be used as reference for similar projects.Keywords:integral lifting scaffold;super high-rise building;complex facade;inclined lifting;torsional lift时，也提高了施工效率。李聪正等2针对超高层中外立面均匀向上收小，且在转角处从下至上呈倒V字形变化的特点，通过探索及研究，采用技术措施解决了附墙式升降脚手架在超高层外立面四角收缩时的变化问题。还向州等3为应对极不规则的外立面结构形式，以杭州某超高层项目为例，总结了各种不规则结构形式下架体附着的处理方法。上述研究人员针对超高层建筑复杂外立面整体提升脚手架的研究对施工安全、施工效率具有极大的指导意义。结合工程实际，为应对复杂的外立面超高层建筑，本文研究了一种斜向提升与扭转提升相结合的处理方法，满足超高层建筑的施工要求。1 工程概况张江中区单元项目是集办公、配套商业功能为一体的核心商务区城市综合体项目，业态包括village商业、甲级办公楼、交易中心等，总建筑面积264 030 m2，其中地上建筑面积189 772 m2，地下建筑面积74 258 m2。办公楼塔楼地上59层，为型钢混凝土框架-核心筒体系，建筑高度近些年，随着我国社会经济的高速发展，我国建筑技术水平也有着迅速的发展提升，建筑中釆用的脚手架材料也由以木、竹为主，发展到以钢管扣件组装的脚手架为主，后随着绿色环保、节能创新的概念的提出，超高层建筑中脚手架逐渐转向了整体提升式脚手架。整体提升脚手架与传统的落地式外脚手架、挑、吊、挂脚手架相比，具有安全可靠、方便快捷、绿色环保、节约成本等优点，现广泛应用于结构边线规则的高层、超高层建筑中。目前，超高层建筑为体现建筑属地的文化、精神，其外立面往往是比较复杂的造型，这对附着升降脚手架施工技术提出了很多新的要求。田宝吉等1结合具体的工程实例，研发了一种可变角斜向爬升全钢附着式升降脚手架，在保证防护安全的同基金项目：上海建工集团股份有限公司课题（21JCSF-17）。作者简介：宋自杰（1980），男，本科，高级工程师。通信地址：上海市长宁区武夷路150号（200050）。电子邮箱：收稿日期：2022-08-22模 板 与 脚 手 架FORMWORK&SCAFFOLD建筑施工第44卷第12期2949320 m，工程效果图见图1。2 结构特点及整体提升脚手架方案制定2.1 结构特点本工程办公楼塔楼外框架柱采用型钢混凝土柱，楼板采用钢筋桁架楼板，标准层层高4.5 m，非标准层层高有6.0、7.6、7.9、9.0 m等，非标准层楼层较多。同时，由图2可见，楼板外侧呈复杂波浪形，自3层起至顶层，楼板外侧有不同程度的向内收及向外凸出，向内收最大值达2.006 m，最大外凸值达1.724 m。图1 工程效果图 图2 办公楼塔楼结构外边线总体分析结合结构特点，项目对外挂防护架、附着式升降作业平台、整体提升脚手架3种形式的防护操作措施进行了比选，综合安全、适用、施工效率及经济等方面的比较，项目选择了整体提升脚手架作为临边防护和施工操作的工具。由于结构外边线复杂，因此，在实际施工中，如何妥善解决复杂建筑外立面的整体提升脚手架实施问题是本工程的难点之一。2.2 整体提升脚手架方案制定整体提升脚手架整个架体由架片、抗倾覆装置、防坠装置、斜拉杆、电动葫芦、同步控制系统、悬挑钢梁、底部定型翻板等组成。整体提升脚手架的竖向承力架片由架片以及若干个单元共4个节段组合而成，架体高度达21.2 m（以4.5 m结构标准层高配置）/23.1 m（以结构非标准层高配置）。脚手架宽度为0.835 m，脚手架与结构外边间距为0.515 m，步距为1.9 m/2.2 m，机位最大支承跨度为3.4 m（直线段）/3.6 m（转角段），最大提升高度为298 m。经分析对比，如图3所示，主楼结构4个面镜像对称，架体布置取1/8分析。1#单元组2#单元组3#单元组4#单元组5#单元组图3 对称平面分析1/8部分分成5个单元组，由图3可知，其中1#单元组根据结构特点逐层内收斜向提升，2#、3#、4#、5#单元组由于结构外立面呈凹凸收缩，变化复杂，提升脚手架时需发生扭转，最大扭转角为1.6。如整体提升脚架时发生扭转，会导致各抗倾装置间出现相对位移而卡死，架体也会因较大的变形而承受巨大的内应力，无法实现整体提升脚手架。因此，整体提升脚手架时需进行斜向提升并配合扭转提升的转换过程，实现整体脚手架的提升。如何实现“扭转提升”将关系到整体提升脚手架应用的成败。为了实现“扭转提升”，本工程通过采取“以折代扭”的思路，将扭转爬升过程转化为平面爬升和机位内缩2个过程，整体提升脚手架在扭转提升工况时，以2台机位为1组形成单元组进行爬升，成功解决了“扭转提升”的难题。根据上述分析结合塔楼边线变化，324层，塔楼共形成36组加强型单元机位组，设置72台机位，机位平面布置如图4所示。25层及以上施工时，在图4所示每面4单元组的位置进行分段，并增加2个机位，每面2个4单元组，共计增加16台机位，25层及以上共计布置88台机位。为满足6.0、7.6、7.9、9.0 m等非标准层的施工防护，在机位顶部增高一节1 900 mm高标准节竖向主框架，架体高度由标准层的21.2 m升至非标准层的23.1 m，以确保整体提升脚手架最上部抗倾装置的安装，满足主体结构施工高度和施工围护要求。3 架体设计计算及工况模拟分析整体提升脚手架承受水平力的受力构件为竖向主框架，水平力通过脚手架主框架上的导轨，经过抗倾覆导向轮传递至结构，导轨为受弯构件。竖向受力通过各层网板及横杆传递至立柱，立柱将荷载传递到水平支撑桁架，然后通过斜拉杆传至结构。根据施工流程，整体提升脚手架系统施工工况分为工作工况、爬升工况以及坠落工况，分别对应整体提升脚手架不同的附着形式。由于结构内收，整体提升脚手架需进行俯角爬升，斜向提升角度为1.2，斜向提升情况下，风向外吹对整体提升脚手架较为不利，属于本工程整体提升脚手架的不利工况。本文以斜向提升对应的不同工况为例，进行架体设计计算及工况模拟分析介绍。3.1 整体提升脚手架模型建立采用Midas Gen Ver.730有限元计算软件整体建模对整体提升脚手架结构进行计算分析。架体主框架最大间距为3 400 mm。为了较为真实地反映整体脚手架的受力性能，需要考虑相邻单元间的相互作用，因此，选取3榀主框架进行整体分析计算。同时，为使计算结果能够充分体现现场的实际情况，边界条件的设定十分重要，分别对提升工况、工作工况、台风工况等3种不同工况的边界形式进行计算分析。宋自杰:整体提升脚手架在复杂外立面超高层建筑施工中的应用202212Building Construction29503.2 斜向提升工况设计计算在整体提升脚手架斜向提升时，对提升工况进行计算分析，架体最大拉应力为195.0 MPa，最大压应力为151.5 MPa，最大水平位移为41.1 mm，最大位移位于整体提升脚手架顶端，见图5。对工作工况进行计算分析，架体最大拉应力为142.6 MPa，最大压应力为162.4 MPa，最大水平位移为17.4 mm，位于整体提升脚手架顶端。对台风工况进行计算分析，架体最大拉应力为106.3 MPa，最大压应力为147.2 MPa，最大水平位移为6.4 mm，位于整体提升脚手架顶端4。图4 324层机位 图5 整体提升脚手架斜向提升工况 平面布置 脚手架变形云图经计算结果分析，整体提升脚手架在爬升工况下6级风荷载作用下或施工工况10年一遇最大风压作用下，均可以满足安全使用要求。施工期间整体提升脚手架经历4次台风，整体安全可靠。4 施工流程及施工工艺4.1 整体提升脚手架组装整体提升脚手架从结构第3层进行组装搭设，提升至59层顶。整体提升脚手架下沿结构外侧搭设落地脚手架操作平台，整体提升脚手架内侧立杆中心离墙515 mm，落地脚手架操作平台内侧立杆中心与建筑外周边的距离为300 mm，脚手架宽度为1.20 m，待施工完成3框结构，落地脚手架搭设至4层楼面，待4层楼层面混凝土浇捣完成后再拆除至3层并调平。组装搭设流程：搭设落地脚手架拼装水平桁架搭设第2、3排脚手架安装下部斜拉杆搭设第4、5、6排脚手架搭设第6排以上脚手架安装上、下部导轨及导向滑轮安装吊拉钢梁、上部斜拉杆安装电动葫芦、防坠装置、电控装置脚手架验收5。4.2 整体提升脚手架提升提升施工流程：向上翻吊拉钢梁、防坠装置、导向装置拆除脚手架与结构硬拉结拆除下部斜拉杆预紧机位提升脚手架到指定标高调节脚手架垂直度安装下部斜拉杆安装脚手架与结构硬拉结6。斜向提升施工步骤：架体斜向提升前，在静止工况时，先将架体转为向内倾斜；斜向提升时上部需安装2套抗倾覆装置，斜向提升机位用手拉葫芦将脚手架与结构拉紧并安装千斤顶和调解装置后，拆除脚手架最上部抗倾覆装置，根据结构内收尺寸，固定好上部抗倾覆装置（底部不动），再调节中部抗倾覆装置，继续按上述步骤再次调节，脚手架此时向内倾斜角度最大为2，然后依次将其余的脚手架单元按此步骤内收完成，此时可进行第1次提升；第2次在第1次倾斜内收并提升后进行，同第1次的步