超高層塔樓核心筒采用鋼平臺退臺施工斜墻技術

閆雁軍 鄧勇平 楊萬鋒

[摘? 要]：液壓爬升整體鋼平臺工藝由于其具備施工速度快、安全性高等特點，其在超高層建筑核心筒施工中廣泛使用。文章以上海某超高層建筑為例，詳細介紹了在高空斜墻處對液壓爬升整體鋼平臺進行補充與拆改施工斜墻的施工工藝，同時考慮了斜墻所在筒倉部位布置了內爬塔吊的工況，在核心筒繼續向上施工時，施工荷載及風荷載對核心筒穩定性分析以及針對不利工況的加固措施。

[關鍵詞]：液壓爬升整體鋼平臺; 退臺; 斜墻; 穩定性; 加固措施

TU755.2B

超高層建筑施工時，如何保證高質、高效、安全、少成本完成施工任是整個項目實施的控制重點。經過三十余年的摸索、改進、提高我國的液壓爬升整體鋼平臺工藝廣泛應用于超高層建筑的核心筒、橋塔、高聳構筑物等工程中[1-3]，而隨著建筑樣式的不同，液壓爬升整體鋼平臺的施工工藝也在根據不同的工程需要在不斷的突破更新。本文結合實際案例詳細介紹了在高空斜墻處對液壓爬升整體鋼平臺進行補充與拆改施工斜墻的施工工藝，同時考慮了斜墻所在筒倉部位布置了內爬塔吊的工況，在核心筒繼續向上施工時，施工荷載及風荷載對核心筒穩定性分析以及針對不利工況的加固措施。

1 工程概況

1.1 應用項目簡況

塔樓地上總建筑面積170 772 m2，共59層，建筑總高度320 m。塔樓結構形式采用混凝土核心筒鋼外框結構，鋼結構下插至基礎底板。標準層層高4.5 m，其中10/20/30/40/49層為避難層，層高為6 m。塔樓核心筒外圍剪力墻自1 300 mm厚逐步收分為400 mm厚，核心筒內腹墻自600 mm厚逐步收分為250 mm厚，混凝土等級C60高層后變為C50。核心筒平面呈9宮格型的正方形，邊長29.2 m，外框邊長51 m，有9個筒倉（圖1），外框設置勁性巨柱16根，其中包含多根多角度斜柱。

為滿足施工質量、施工安全、項目工期等要求，采用液壓爬升整體鋼平臺施工核心筒。液壓爬升整體鋼平臺根據核心筒墻體的布置共分為13個架體，其中核心筒外架體4塊、筒內架體9塊，架體平面布置如圖2所示。根據施工工藝要求及項目策劃部署，塔樓核心筒豎向結構先施工，水平構件與外框水平結構同步施工，其中塔樓核心筒豎向結構領先外框鋼結構約10層，外框領先樓承板鋪設2層，樓承板領先栓釘焊接2層，栓釘焊接領先鋼筋綁扎1層，鋼筋綁扎領先樓承板澆筑1層，總體核心筒豎向結構領先外框結構混凝土澆筑面15個樓層左右。

1.2 核心筒斜墻概況

根據設計要求，核心筒南側剪力墻體從F50層樓面開始向內以7°斜收縮，直到F57層樓面收縮完成。核心筒剪力墻從距軸線5 650 mm收至距軸線1 750 mm，共向內收縮3 900 mm，平均每層收縮557.1mm，逐層漸變斜收分，形成一個梯形立面（圖3）。

斜墻厚度隨樓層增高也在變化，F50～F52層樓面南側斜墻部分剪力墻厚度為500 mm，F52～F57層樓面剪力墻厚度為400 mm。內腹墻F50～F51厚度為300 mm，F52～UPRF墻厚250 mm;外墻F50～F51厚500 mm，F52～UPRF厚400 mm。豎向施工縫處水平分布筋為C10/12/14。

2 核心筒斜墻施工部署

考慮斜墻施工時，在240 m以上的高空對液壓爬升整體鋼平臺架體拆改、重新安裝的難度和危險性較大。核心筒F50～F57層樓面的斜墻處采取液壓爬升整體鋼平臺退臺，斜墻同外框結構同步施工的施工工藝。如圖4所示，虛線區域的剪力墻后施工。

2.1 F50層以上核心筒施工工藝流程

鋼平臺施工至核心筒F49層頂—爬升鋼平臺至F50層頂—施工核心筒板墻及連梁（除后施工區域），同步塔吊配合穿插拆除后施工區域鋼平臺架體—補缺鋼平臺后施工區域走道板及滑移外掛腳手—澆筑F50-F51層剪力墻及連梁（除后施工區域）—核心筒繼續往上施工，逐層補缺后施工區域鋼平臺架體—利用鋼平臺施工核心筒至機房層頂（311.5 m標高）—最后拆除鋼平臺。

2.2 斜墻施工工藝流程

外框勁性柱及核心筒內外梁板水平結構澆筑至F50樓面—搭設核心筒內斜墻連梁及梁板水平結構排架—綁扎鋼筋及模板支設加固—澆筑F50核心筒南側斜墻、連梁（外框鋼梁預埋件就位）及F51核心筒內梁板水平結構—施工F50外框柱及F51外框鋼梁、樓板，澆砼養護—重復工序流程至F59頂。

核心筒及外框澆筑至F50樓面，外爬架爬升至F50樓面以上。外框鋼結構北側、東側、西側不受斜墻施工限制按正常工況施工，南側外框鋼結構（鋼柱）施工至F51層樓面。斜墻施工工況1如圖5所示。

接著進行核心筒F51梁板及南側F50-F51斜剪力墻施工，外爬架爬升至F51樓面以上，綁扎外框柱鋼筋。如圖6的斜墻施工工況2。

施工技術與測量技術閆雁軍， 鄧勇平， 楊萬鋒： 超高層塔樓核心筒采用鋼平臺退臺施工斜墻技術

待核心筒南側F50～F51斜剪力墻達設計強度后，吊裝斜墻區域F51外框鋼梁，施工外框F50框，如圖7?？紤]剪力墻強度達到設計強度有施工間隙，可在外框樓板上搭設2層高落地腳手架，施工斜墻F51～F52。

后續樓層斜墻施工按上述施工步驟循環作業，逐層有序完成斜墻施工。

斜墻按鋼平臺退臺方案施工工藝施工，此時需留設的施工縫為東西向貫通整個核心筒的豎向施工縫，施工縫留設在收分后后施工區域剪力墻內側邊線，為確保后續施工時滿足鋼筋搭接要求，應按圖集規范在施工縫處預留不少于0.5 m長的綁扎搭接鋼筋 [4]。

2.3 斜墻排架搭設流程

搭設落地排架腳手體系，驗收—綁扎鋼筋、支設模板、加固—隱蔽工程驗收后澆混凝土—養護—拆模、檢查—排架腳手體系拆除—清理場地。注意配置至少3套排架支撐體系，確?；炷翗前鍙姸刃纬杉梆B護時間。

3 核心筒鋼平臺退臺施工

3.1 鋼平臺拆分施工管理

3.1.1 拆除原則

鋼平臺拆除過程需要滿足分塊拆除后剩余單元的整體穩固性要求，并根據核心筒體型特征、構件受力特點以及分塊分段位置情況制定合理的拆除順序，根據拆除過程的受力要求采取有效的臨時支撐措施。后施工區域鋼平臺架體拆除分塊如圖8所示。

3.1.2 拆除總體流程

鋼平臺拆分總體施工流程如下：結構施工至51F（251.450 m）—拆除提升鋼柱及液壓管線—雜物及垃圾清理—拆除剪力墻鋼大模板—拆除外掛腳手及其上部平臺梁—按核心筒南側三個筒倉自西向東順序依次進行拆分。

3.2 退臺施工要求

鋼平臺模架體系拆分時，拆除施工按照分塊順序拆除。每拆除一吊，現場隨即用鋼管做好臨時防護，拉好警戒線。

同時，綜合考慮場布、塔吊的吊裝性能及拆除的安全性等因素，外腳手部分采取平臺梁+下部腳手整體吊裝方式進行拆除，內筒部分采用平臺梁+內掛腳手+底梁整體吊裝方式進行拆除。不需要拆除區域的核心筒可正常施工，以減少鋼平臺退臺對核心筒豎向結構工期的影響。

4 核心筒斜墻后施工工況穩定分析

4.1 分析概況

由于核心筒施工進度快于外框架安裝及樓板的澆筑，在斜墻后施工的工況下，為了保證在施工過程中核心筒的穩定，利用有限元軟件ABAQUS[5]進行施工狀態下核心筒結構的穩定性、關鍵構件的強度校核、分析。計算分析考慮最不利的工況，核心筒施工至59層，核心筒內水平結構澆注至37層，外框鋼結構吊裝施工到41層，外框混凝土結構澆注至38層。

其中，穩定分析主要包括：①結構特征值分析;②考慮幾何非線性和材料非線性的整體穩定分析。給出各種狀態下結構可能的失穩模式與安全荷載系數，并結合計算結果提出施工建議措施。

4.2 荷載條件

（1）恒載：僅考慮施工狀態下結構的自重。

（2）鋼平臺荷載：包括鋼平臺結構體系的自重及施工荷載。鋼平臺收分前后均設有36只牛腿擱置在剪力墻上，由于其是依靠其支撐體系的牛腿支撐在核心筒的預留洞口處，因此有限元并不對頂模進行直接建模，而是將由頂模產生的作用力分別施加在牛腿相應位置的有限元單元節點上。

（3）塔吊荷載：2臺內爬塔機，均使用核心筒內墻壁進行支撐。將內爬塔的荷載直接施加到核心筒對應位置的有限元單元節點上。爬塔荷載荷載值見表1。

（4）風荷載：由于本工程為超高層建筑，施工周期較長，因此施工中需要考慮風荷載的影響。其中基本風壓按10年一遇取值，地面粗糙度取C類。整體結構的體型系數取1.3，風振系數按50009-2012《建筑結構荷載規范》相關計算公式取值[6]。

計算模型示意見圖9，圖10為受力狀態下南側核心筒斜墻后施工對應剪力墻自由端失穩模式。

4.3 計算結果

利用通用有限元軟件ABAQUS對施工階段核心筒非線性穩定及構件強度校核進行了分析，分析中考慮了幾何非線性、材料彈塑性，并考慮了豎向荷載組合、水平風荷載的作用。經計算，核心筒墻體收分后，收分部位內測Y方向剪力墻外端沒有X方向剪力墻的約束，端部為自由狀態，在工況作用下具有發生局部失穩的可能性。采用混凝土損傷模型模擬分析表明，結構在X向局部屈曲的臨界穩定荷載系數為1.5，安全系數相對較低，不滿足安全施工要求。

4.4 加固措施

4.4.1 塔吊基座鋼梁處結構加固

（1）塔吊基礎鋼梁設置在連梁上的，需將連梁下剪力墻體外延，外延墻體配筋同結構剪力墻配筋。

（2）剪力墻加固水平分布筋應拉通至剪力墻轉角處，中間遇到連梁應拉通穿過;加固范圍為受力處及其相鄰上下層。

（3）塔吊基礎區域的梁箍筋根據圖集加密設置。

4.4.2 50F以上剪力墻自由端加固

考慮外墻較厚，復核驗算可行，而內腹墻自由端較薄，在#7號筒倉54F/58F加設直徑351mm，壁厚12mm，材質Q235的斜向水平鋼管將內腹墻南側自由端與內側3道墻相交加強節點形成穩固整體。臨時加固如圖11所示。

4.4.3 后施工區域斜墻陰角加固

根據塔吊及風荷載組合作用時復核計算書結果（風荷載10年一遇），避免陰角應力集中帶來的混凝土結構撕裂及擠壓破壞，需在斜墻后施工區域F50～F51剪力墻局部加腋，核心筒外墻加3.775 m×1.5 m高（外墻）、1.2 m×1.5 m高（內墻），如圖12、圖13所示陰角加固區域。

4.5 加固后復核驗算

加固后利用有限元軟件ABAQUS進行了非線性穩定分析。結果表明，加設臨時水平支撐后，結構在X、Y向局部屈曲臨界穩定荷載系數分別為3.4、7.2，整體穩定系數分別為4.9、7.5，滿足大于2.0的安全施工控制要求。增加臨時水平支撐后（鋼支撐），對剪力墻穩定性能提高顯著，增加了施工的安全性。

5 斜墻施工及加固要求

5.1 焊接要求

（1）所有焊接應嚴格按照《規范》[6]和《規程》之要求進行。

（2）工廠焊接宜盡量采用自動焊接和半自動焊接，并采用平焊操作。

（3）所有焊件坡口必須符合設計圖紙和有關技術要求，凡未達到要求的均應進行修整;采取必要的措施，避免焊接冷裂縫（延遲裂縫）的產生，焊前認真清除焊絲及坡口的油、銹及水分、焊條嚴格烘干等。

（4）焊接順序的選擇應遵循原則：①應使焊接變形和收縮量最小;②應使焊接過程中加熱量平衡;③收縮量大的焊接部分后焊。

（5）在進行雙面坡口全熔透焊接時，當一面焊接后，在焊接另一面之前或在已焊金屬上面再施焊之前，應徹底清除焊渣、彌補缺陷等，然后方可繼續施焊。

（6）當采用襯墊板焊接時，除焊接坡口根部間隙尺寸須符合設計要求外，應使襯墊板和焊件緊密貼合，并使焊流熔入襯墊板。

（7）對于塔吊基座等箱型構件腹板和翼緣的連接應為部分焊透的T形對接焊縫，其焊腳尺寸（mm）應符合GB 50017-2017《鋼結構設計規范》7.1.1條和7.1.5條的要求。

（8）末注明的構件連接，采用角焊縫全截面焊接，焊腳尺寸：當焊件最薄厚度t≤6 mm時，焊縫尺寸hf同板厚，其余hf=6 mm。

（9）焊縫質量檢驗等級：所有工廠拼接焊縫（包括構件拼接點）和現場安裝的坡口焊縫均為二級焊縫。

（10）焊縫表面不得有裂縫、焊瘤等缺陷;一級、二級焊縫不得有表面氣孔、夾渣、弧坑裂紋、電弧擦傷等缺陷，且一級焊縫不得有咬邊、未焊滿、跟部收縮等缺陷。

5.2 鋼絲繩拉接

鋼管支撐及安裝時吊籠配備安全繩，采用磷化涂層鋼絲繩20 mm，兩端分別連接鋼平臺架體、塔吊標準節與下掛臨空鋼管支撐、掛架平臺。鋼絲繩使用前必須檢查繩索是否損壞，不得有急劇的曲折、環圈、跳絲或砸扁等缺陷，其末端結成繩索時，最少用3個卡子，若用編結法時，其編結部分長度不少于鋼絲繩直徑的15倍，但最短不少于30 cm?，F場嚴禁用打結的方法連接，并于鋼絲繩兩端各設置一段同材質的保護繩，保護繩與鋼絲繩通過卡箍連接。鋼絲繩表面不應存在GB/T 8706-2017《鋼絲繩、術語、標記和分類》中規定的制造缺陷，須滿足GB/T 20118-2017《鋼絲繩通用技術條件》規范要求，方可進行施工使用。使用過程中如發現出油現象（新繩除外）即表明鋼絲繩變形很大，應立即停止工作，進行檢查處理。

5.3 維護要求

定期對塔吊與結構連接節點、南側加腋剪力墻表觀進行一次全面檢查，發現局部損壞、變形及銹蝕部位等應及時施行修補、補充加固支撐等措施。

6 結束語

本文結合具體的工程案例，詳細介紹了在高空斜墻處對液壓爬升整體鋼平臺進行補充與拆改施工斜墻的施工工藝，同時考慮了斜墻所在筒倉部位布置了內爬塔吊的工況，在核心筒繼續向上施工時，施工荷載及風荷載對核心筒穩定性分析以及針對不利工況的加固措施。目前，本工程核心筒已順利施工完成，施工中采取的相應技術及加固措施，順利完成了液壓爬模的拆改及爬升工作，完成后的核心筒墻體滿足設計要求，剪力墻的鋼筋混凝土質量滿足質量要求。本工程斜墻的施工實踐可為今后類似工程的施工提供經驗。同時，得出了使用該斜墻施工方案的實用優點：

（1）斜墻退臺后做，避免了鋼平臺內部搭設平臺同步施工斜墻的安全隱患，確保了核心筒先行的總體技術路線及整體進度。

（2）剪力墻自由端加固鋼管支撐及安裝用掛架均預先在工廠加工完成，現場安裝簡單、機動性強、工期短。水平結構跟進施工時均可對其平穩回收利用，經濟環保。

（3）平臺架體桿件組合調節度高，可推廣實施性高，具備高度的借鑒性。

參考文獻

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[3] 龔劍，李慶，湯洪家.上海環球金融中心超級巨型柱結構施工中的液壓自動爬升模板腳手系統[J].建筑施工，2007， 29（1）：2-6.

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[5] 齊威. ABAQUS 6.14超級學習手冊[M].北京：人民郵電出版社， 2016.

[6] 建筑結構荷載規范： GB50009-2012[S].北京：北京建筑工業出版社，2012.