超高层建筑转换层整体钢平台施工安全监控技术_张龙龙.pdf

202212Building Construction2998超高层建筑转换层整体钢平台施工安全监控技术张龙龙上海建工集团工程研究总院 上海 201114摘要：为了提高超高层建筑转换层的钢平台模架施工安全和现场施工效率，减少高空作业施工人员，采用信息化技术对钢平台施工过程进行监控，针对现浇混凝土施工状态、钢平台安全状态、现场作业状态等关键对象开展研究。通过模板侧向压力传感器研发、应力监控系统搭建、视频监控系统搭建、监测软件开发、监测数据分析等方法，实现了超高层建筑钢平台模架施工安全状态监控，极大地提高了现场施工作业信息化水平。关键词：超高层建筑；整体钢平台；施工过程；信息化监控中图分类号：TU974 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2022)12-2998-04 DOI：10.14144/ki.jzsg.2022.12.053Construction Safety Monitoring Technology of Integral Steel Platform for Super High-rise Building Transfer FloorZHANG LonglongEngineering General Institute of Shanghai Construction Group,Shanghai 201114,ChinaAbstract:To improve the construction safety and onsite construction efficiency of the steel platform formwork for the transfer floor of the super high-rise building,reduce the high-altitude construction workers,the informatization technology is used to monitor the construction process of the steel platform,and the key objects such as the construction status of cast-in-situ concrete,the safety status of the steel platform,and the on-site operation status are studied.Through the research and development of the lateral pressure sensor of the formwork,the construction of the stress monitoring system,the construction of the video monitoring system,the development of the monitoring software,the analysis of the monitoring data and other methods,the safety status monitoring of the steel platform formwork construction of the super high-rise building is realized,and the information level of the onsite construction operation is greatly improved.Keywords:super high-rise building;integral steel platform;construction process;informatization monitoring1 工程概况上海某超高层建筑塔楼高度320 m，核心筒高度4549层南侧剪力墙向内斜向收分，在221.40246.90 m的标高区间内（总高25.50 m）共收分2.85 m，形成倾角为6.37的超高倾斜剪力墙结构。项目应用钢柱筒架交替支撑式整体钢平台模架体系进行核心筒剪力墙结构施工，大体量的超高斜墙结构对钢平台施工技术及模板施工技术提出全新挑战（图1）。图1 超高层建筑转换层钢平台施工近年来，整体钢平台模架装备以系统整体性、体型适应性、施工便利性及作业安全性等优势，被广泛应用于当代超高层建造过程中，能够有效提升建筑核心筒施工效率和保障施工质量1-3。钢平台模架施工过程中，受限于其结构体系转换、多工种交叉作业、高空作业危险性以及施工环境复杂，同样存在较大的施工风险4-5。然而，超高层建筑转换层建造技术对于钢平台模架施工会带来更大的技术挑战，如钢平台架体适应性收分、钢平台支撑状态评估、斜墙模板安全状态评估、临边洞口安全保障等6-8。针对以上技术难点，本文采用信息化手段对超高层建筑转换层钢平台模架施工安全状态进行实时监控，进一步提高超高层建筑施工现场作业安全。基金项目：上海建工集团股份有限公司重点科研项目课题（20JCSF-06）。作者简介：张龙龙（1992），男，硕士，工程师。通信地址：上海市闵行区新骏环路700号（201114）。电子邮箱：收稿日期：2022-10-17数字建造DIGITAL CONSTRUCTION建筑施工第44卷第12期29992 钢平台施工变形监测方案2.1 斜墙模板压力监测方案2.1.1 传感器研发设计研发了监测量程为00.5 MPa的振弦传感器，直径114 mm，厚度20 mm。为了研究传感器采集的振动频率值与实际外界作用载荷间的线性规律关系，开展了多组多线程不同荷载工况下的振弦式压力标定试验，分别设置了0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 MPa等不同恒定压力作用于传感器上，通过对传感器采集频率的稳定性和重复性测试后，确定了外载荷P与传感器振动频率的对应关系，见式（1）。PK(f 2if 20)（1）式中：K传感器标定系数值；fi传感器加载时的振动频率值；f0传感器未受力时的振动频率值。2.1.2 斜墙模板施工监测方案采用型钢支架作为斜墙模板支撑体系，型钢支架采用25#工字钢，长度为6 m，下端通过螺杆抱箍与已完成结构紧固连接，上端通过钢管与钢平台大梁连接，在混凝土浇筑阶段及强度形成阶段构成稳固支撑。选取其中一块斜支撑混凝土模板作为监测对象，斜支撑模板在现浇混凝土结构施工时，内侧模板受到混凝土的压力一般高于外侧模板所受压力，因此将压力传感器分布设置于混凝土模板内侧，由下至上间隔1 m高度排列，如图2所示。钢平台型钢支架斜墙钢大模板压力传感器钢筋笼058218058204058201058200钢大模板4 m3 m2 m1 m1 m图2 斜墙模板施工与监测方案当混凝土模板从斜墙表面被拆模后，准备安置模板压力传感器。为保证压力传感器采集数据准确，应尽可能使压力传感器与模板接触面完全贴合。必要时清理混凝土模板表面混凝土废渣，保证混凝土模板表面的相对平整度。通过黏合方式将传感器固定在模板表面，传感器安装时注意避开钢筋碰撞区。压力传感器采集频率信号输出采用2芯屏蔽线，一根为激励电源线，另外一根为信号反馈线。压力传感器的屏蔽线紧贴模板内侧，最终连接外部的振弦式采集仪。图3为斜墙模板侧向压力监测传感器布置现场。2.2 结构应力监测方案钢平台外挂架是钢平台模架设备的重要组成部分，外（a）传感器安装（b）模板压力监测图3 模板压力监测实施现场围挂架与钢平台筒架结构通过顶部钢梁连接，顶部钢梁受力模式为悬挑结构变形受力；斜墙模板施工作业时，通过吊点葫芦带动钢索提拉钢模板升降，模板的质量由顶部钢梁分担，加大了钢平台外围悬挑钢大梁的变形风险。因此在钢梁与筒架柱连接点、钢梁底部安装振弦式应变计，用于测量钢梁施工过程中的变形情况。选取斜墙模板上方的4处悬挑钢梁角部位置进行应力监测，振弦式应变传感器安装在钢梁底部（图4）。悬挑钢梁提拉葫芦振弦式应变计图4 钢梁应力监测实施方案2.3 采集方式本工程采用了数据自动采集与发送功能兼具的智能模块，集成4G全网通信模块、4路振弦采集模块、1路RS485采集模块和4G控制模块，无线数据采集终端自动发送采集信号至云服务器软件。可通过微信小程序对模块进行配置，同时也支持远程后台进行配置。数据采集方式为间隔采集1次/（560 s），采集频率范围为0.450 kHz，采集仪通信方式为无线（任意流量卡）传输，工作温度2560，采样精度0.1%Fs，综合误差2.0%Fs。张龙龙:超高层建筑转换层整体钢平台施工安全监控技术202212Building Construction30003 施工作业监控3.1 混凝土施工监控为了提高钢平台现场混凝土浇筑的施工效率，方便布料人员掌握模板内的混凝土浇筑情况，提高模板内现浇混凝土工艺的标准化以及混凝土浇筑现场施工安全，同时便于管理人员实时查询混凝土结构施工现场进度，搭建了基于钢平台模架的混凝土作业监控系统，实现了对现场钢筋绑扎过程、模板开合过程、混凝土浇筑过程等环节的连续监控。3.2 支撑作业监控牛腿支撑体系是钢平台模架系统的重要组成部分，支撑牛腿伸缩作业也是钢平台模架爬升控制过程的关键部分，支撑牛腿伸缩作业状态识别对于提高钢平台模架爬升控制自动化程度和模架搁置施工状态安全尤为重要。模架支撑牛腿控制方式多由现场操控工人手动启停现场顶推油缸实现伸缩控制，钢平台每个核心筒里设置1名操控人员，支撑牛腿控制的自动化程度较低。通过设置支撑牛腿伸缩状态监控系统，大幅缩减现场牛腿操控人员，在控制末端设置1名操控人员完成所有支撑牛腿的伸缩控制，提高了钢平台支撑作业的自动化程度。3.3 临边封闭性监控高空坠物在超高层施工中造成的人员伤亡事故中经常出现。钢平台施工过程防护措施操作不合理也会造成高空坠物的风险，钢平台外挂架与建筑核心筒的活动间隙成为高处物体坠落的重大风险源。除此之外，在钢平台爬升过程中，外挂架与建筑核心筒还要保留足够的活动间隙，避免核心筒外墙凸出的钢筋、角铁、连接件等碰撞或勾挂钢平台外挂架，造成钢平台架体爬升失稳及阻碍钢平台爬升。通过在钢平台外挂架处设置视频监控系统，实现了核心筒、外挂架临边封闭性的高效监控，避免了因人力不足、安全意识不够、施工人员疲劳引起的安全事故，降低了钢平台施工过程高空坠物的风险。4 监控平台与结果分析4.1 平台监测开发了基于远程网页端的钢平台模架安全监控软件，如图5所示。在监控平台系统内组态现场采集仪设备信息，建立采集仪外接的振弦式传感器/485式传感器数据的参数信息；传感器与采集仪连接后，在现场网络通信正常的环境下，数据采集仪可将传感器反馈的监测信号发送给平台软件，通过对传感器实时监测信号与传感器初始状态反馈值进行比较、计算，得到了钢平台现场监测构件力学性能变化的实时数据。图5 基于远程网页端的钢平台模架安全监控软件4.2 模板侧压力分析图6为斜墙模板内不同高度位置的侧向压力数据曲线，数据采样间隔为1 min，斜墙模板内混凝土浇筑时间在1014点。1#传感器设置于模板底部，相对于混凝土模板底部高度1 m，2#、3#、4#传感器安装高度依次递增1 m。压强/MPa压强/MPa压强/MPa压强/MPa00.010.020.030.040.0500.010.020.030.040.0512点14点16点17点19点21点22点0点2点4点5点7点监测时间（a）斜墙模板在1 m高度的侧向压力变化曲线12点14点16点17点19点21点22点0点2点4点5点7点监测时间（c）斜墙模板在3 m高度的侧向压力变化曲线（b）斜墙模板在2 m高度的侧向压力变化曲线监测时间12点14点16点18点19点21点22点0点2点4点5点7点（d）斜墙模板在4 m高度的侧向压力变化曲线监测时间12点14点16点18点19点21点22点0点2点4点5点7点00.010.020.030.040.0500.0050.0100.0150.0200.