鋼結(jié)構(gòu)摩天大樓高效施工新技術(shù)！

行走在世界各地，鱗次櫛比的摩天大樓越來越多，外觀迥異的高樓大廈為城市增添了美麗的風(fēng)景。在中國，建筑的高度也在不斷攀升，因各種不可預(yù)測的因素給施工單位帶來的難度也在不斷增大。中建鋼構(gòu)有限公司設(shè)計(jì)院院長、廣東省鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)秘書長撰寫的《鋼結(jié)構(gòu)摩天大樓高效施工新技術(shù)》重點(diǎn)介紹了中建鋼構(gòu)有限公司在深圳平安金融中心、廣州東塔施工時(shí)采用新技術(shù)后減少施工現(xiàn)場塔吊設(shè)備投入、勞動(dòng)人工降低等優(yōu)勢。

一、前言

為了有效地緩解城市空間壓力和提高城市空間利用率，越來越多的摩天大樓拔地而起，根據(jù)目前CTBUH（世界高層都市建筑學(xué)會(huì)）收錄的數(shù)據(jù)顯示，世界上已建成和正在建設(shè)的400米以上摩天大樓共44座，其中正在建設(shè)的沙特阿拉伯“王國大廈”設(shè)計(jì)高度已經(jīng)突破1000米，與此同時(shí)，仍有一大批摩天大樓已處在規(guī)劃階段。

鋼結(jié)構(gòu)摩天大樓一般都具備結(jié)構(gòu)新穎、節(jié)點(diǎn)復(fù)雜、技術(shù)要求高、吊裝及焊接與連接工程量大、危險(xiǎn)性大、安全防護(hù)困難等特點(diǎn)，毋庸置疑，建筑高度越高，施工難度就越大，工期就越長。而在摩天大樓的建設(shè)方面，業(yè)主單位由于投資回報(bào)的考慮，通常又將工期因素作為一項(xiàng)重要的考核指標(biāo)。在摩天大樓垂直方向無法實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)施工的情況下，充分利用好塔吊工作時(shí)間對加快工程建設(shè)工期至關(guān)重要。

二、外掛自爬升塔吊支承架懸掛拆卸施工技術(shù)

1.技術(shù)背景

摩天大樓常用的結(jié)構(gòu)主要有高層鋼結(jié)構(gòu)、高層混凝土結(jié)構(gòu)和高層鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)，而高層鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)常用的體系主要有框架—筒體結(jié)構(gòu)體系、巨型柱框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系、筒中筒結(jié)構(gòu)體系以及其它新型結(jié)構(gòu)體系。在施工的過程中，因大部分材料、構(gòu)件都需要由塔吊從地面運(yùn)轉(zhuǎn)至高空，所以，塔吊作為最主要的垂直運(yùn)輸設(shè)備直接制約著工程的施工進(jìn)度。

當(dāng)前，摩天大樓施工現(xiàn)場一般配備2 4臺(tái)大型動(dòng)臂式塔吊，采取簡支或懸挑的方式布置在核心筒內(nèi)或掛于核心筒外。由于塔吊產(chǎn)生的豎向荷載及水平荷載都很大，與之配套的塔吊支承架也具有體積大、構(gòu)件重、節(jié)點(diǎn)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)。在外掛自爬升塔吊支承架的拆卸方面，國內(nèi)外一般采用鄰邊塔吊相互配合的方式進(jìn)行，但其工藝復(fù)雜、施工效率低。因此，如何提高支承架拆卸、周轉(zhuǎn)速度，對保證施工整體進(jìn)度具有重要意義。

2.技術(shù)主要內(nèi)容

第一，外掛自爬升塔吊爬升原理。外掛自爬升塔吊的爬升原理是采用特定的外掛爬升系統(tǒng)將塔吊附著于核心筒外壁上，一套外掛爬升系統(tǒng)由3道支承架組成，塔吊正常作業(yè)時(shí)由兩道支承架共同作業(yè)，塔吊爬升過程則由3道支承架交替作業(yè)。塔吊的自爬升主要利用的是塔吊下部標(biāo)準(zhǔn)節(jié)內(nèi)置的液壓油缸和特制的鋼爬梯，通過爬升爪的自鎖、液壓油缸的交替頂升和縮缸使塔吊向上爬升。

第二，支承架受力特點(diǎn)。塔吊工作狀態(tài)時(shí)，下道支承主要承受塔吊自重，上道支承和下道支承一起平衡吊臂及吊重，以水平反力為主。完成每次的塔吊爬升動(dòng)作后，僅承受水平力的上道支承又轉(zhuǎn)為下道支承承受塔吊自重和水平力。

第三，支承架懸掛轉(zhuǎn)移。塔吊支承架懸掛轉(zhuǎn)移的思路是采用特制的索具將A榀支承架連接在C榀支承架上。索具端頭設(shè)置有捯鏈，通過捯鏈，將A榀支承架整體提升并脫離核心筒的約束，再將組成支承架的兩個(gè)三角框調(diào)平后拆開，實(shí)現(xiàn)拆卸的目的；拆卸后，支承架繼續(xù)由索具懸掛，等待周轉(zhuǎn)。因?yàn)樗�吊支承架的重量不到塔吊自重�?5%，所以將待轉(zhuǎn)移的支承架懸掛在僅承受水平力的上道支承架上，對于塔吊支承結(jié)構(gòu)的安全沒有影響。

3.技術(shù)應(yīng)用及前景

第一，應(yīng)用實(shí)例。深圳平安金融中心高660米，共配置4臺(tái)動(dòng)臂式塔吊，每臺(tái)塔吊配備一套支承系統(tǒng)。塔樓整個(gè)施工過程中，每臺(tái)塔吊將使用23次支承架懸掛拆卸施工技術(shù)向上爬升，可為項(xiàng)目創(chuàng)造如下工期效益（見常規(guī)拆卸技術(shù)與懸掛拆卸技術(shù)時(shí)間對比表）。　　
從常規(guī)拆卸技術(shù)與懸掛拆卸技術(shù)時(shí)間對比表可知，與常規(guī)技術(shù)需要臨近2臺(tái)塔吊配合拆卸支承架相比，使用該技術(shù)后，單臺(tái)塔吊支承架累計(jì)拆卸時(shí)間可由34.5天縮短至11.5天，增加該塔吊20天使用時(shí)間；同時(shí)，可節(jié)約相鄰2臺(tái)塔吊共2×1.5×23=69天的使用時(shí)間。由此得出，項(xiàng)目上單臺(tái)塔吊支承架的周轉(zhuǎn)可節(jié)省出1臺(tái)塔吊89天時(shí)間用于結(jié)構(gòu)吊裝�！　�
同時(shí)，由于常規(guī)拆卸技術(shù)還要使用塔吊將支承架運(yùn)回地面再周轉(zhuǎn)，因此，當(dāng)建筑高度越高時(shí)，該技術(shù)效果更加明顯�！　�
第二，推廣前景。該技術(shù)使用新型索具作為懸掛拆卸工具，不占用塔吊有效工作時(shí)間；支承架采用整體提升、高空分離的方式拆卸，過程安全平穩(wěn)，高效可靠，為塔吊的快速爬升奠定了基礎(chǔ)；支承架拆卸后，繼續(xù)由索具懸掛于半空，等待周轉(zhuǎn)，節(jié)省了地面堆場，為車輛進(jìn)場、構(gòu)件堆放提供了良好條件，間接地加快了施工進(jìn)度。　　
在深圳平安金融中心項(xiàng)目應(yīng)用之后，該技術(shù)又在597米高的天津117項(xiàng)目得到推廣應(yīng)用，為項(xiàng)目解決了塔吊支承架拆卸難度大、拆卸時(shí)間長、占用塔吊時(shí)間過多等一系列問題。

三、跨障礙自爬升操作平臺(tái)應(yīng)用技術(shù)1.技術(shù)背景

在鋼結(jié)構(gòu)摩天大樓的施工方面，鋼柱對接部位經(jīng)常用到操作平臺(tái)。而目前應(yīng)用最多的操作平臺(tái)是腳手架操作平臺(tái)或裝配式型鋼操作平臺(tái)，但兩種操作平臺(tái)都需要利用塔吊進(jìn)行轉(zhuǎn)移。在鋼結(jié)構(gòu)安裝施工完全依賴于塔吊的現(xiàn)狀下，必將對工程的整體施工進(jìn)度產(chǎn)生較大影響�！　�
鋼結(jié)構(gòu)摩天大樓正朝著更高的結(jié)構(gòu)高度、更大的構(gòu)件截面、更多的鋼柱分段和變截面發(fā)展，對施工操作平臺(tái)的要求越來越高，吊裝設(shè)備緊張的問題與操作平臺(tái)頻繁移位之間的矛盾日益突出，急需新型操作平臺(tái)的出現(xiàn)。

2.技術(shù)主要內(nèi)容

第一，跨障礙自爬升平臺(tái)組成�？缯系K自爬升平臺(tái)由爬升系統(tǒng)、平臺(tái)系統(tǒng)和同步電控系統(tǒng)組成。爬升系統(tǒng)作為平臺(tái)系統(tǒng)的支承，由雙向動(dòng)力油缸推動(dòng)，通過機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自爬升；平臺(tái)系統(tǒng)是伸縮式設(shè)置，在局部位置可避讓樓層鋼梁，實(shí)現(xiàn)跨障礙的功能；同步電控系統(tǒng)則由微電腦與傳感器對液壓系統(tǒng)進(jìn)行遙控�！　�
第二，大梯度變截面自爬升系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用同心掛座的設(shè)計(jì)，通過掛座、導(dǎo)軌、機(jī)架創(chuàng)新的機(jī)械配合形式，使液壓爬升設(shè)備具備爬升導(dǎo)軌與爬升架體一同繞掛座進(jìn)行大角度順暢轉(zhuǎn)動(dòng)的功能，從而實(shí)現(xiàn)大梯度變截面爬升。　　
第三，自動(dòng)懸掛附著裝置。該裝置由掛座自動(dòng)回位卡舌、同心自動(dòng)掛爪及其配合機(jī)構(gòu)組成。掛座自動(dòng)回位卡舌，可在導(dǎo)軌與之接觸時(shí)對其自動(dòng)懸掛；同心自動(dòng)掛爪及其配合機(jī)構(gòu)，使機(jī)架在爬升到位后可自動(dòng)掛著于掛座兩側(cè)配合機(jī)構(gòu)。　　
第四，伸縮卡舌式防墜調(diào)向機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)采用了結(jié)構(gòu)簡單的圓柱狀伸縮式單向爪，只需通過轉(zhuǎn)動(dòng)單向爪的尾部即可實(shí)現(xiàn)裝置的換向。通過觀察單向爪尾部伸出狀態(tài)即可判斷單向爪是否故障，并可將其滑動(dòng)卡舌自動(dòng)復(fù)位時(shí)發(fā)出的聲響，作為液控系統(tǒng)的手動(dòng)換向閥適時(shí)換向的準(zhǔn)確信號(hào)。　　
第五，伸縮式工作平臺(tái)。該平臺(tái)應(yīng)用互相嵌入式導(dǎo)槽、滑輪的子母平臺(tái)結(jié)構(gòu)，以及重疊式安全圍護(hù)系統(tǒng)，在無需拆裝的前提下，使子平臺(tái)相對于母平臺(tái)可隨意伸縮，實(shí)現(xiàn)伸縮平臺(tái)系統(tǒng)的尺寸無級調(diào)整，從而方便地避開鋼柱上已焊裝的牛腿或鋼梁，使平臺(tái)能順利地進(jìn)行跨障礙自爬升�！　�
第六，多油缸自動(dòng)同步電控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過開度儀檢測油缸行程、接近開關(guān)檢測防墜爬升器卡舌狀態(tài)，將爬升系統(tǒng)狀態(tài)輸入控制臺(tái)，由PLC預(yù)置程序進(jìn)行同步控制、安全監(jiān)控。根據(jù)開度儀讀數(shù)，自動(dòng)對油缸發(fā)出速度調(diào)整指令，利用液壓站的比例閥進(jìn)行油缸速度調(diào)控。

3.技術(shù)應(yīng)用及前景　　
第一，應(yīng)用實(shí)例。廣州東塔建筑高度539.2米，主塔樓是帶加強(qiáng)層的巨型框架——筒體結(jié)構(gòu)。由于巨柱截面大（最大處5600毫米×3500毫米）、隨樓層上升分階段收縮（共漸變11次）、分段數(shù)量多（地上574節(jié)），焊接操作平臺(tái)需頻繁移位。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)顯示，該平臺(tái)每次爬升一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層（4.5米）平均占用3名作業(yè)人員2.5小時(shí)；與傳統(tǒng)的腳手架操作平臺(tái)或裝配式操作平臺(tái)需要塔吊移位相比，該平臺(tái)每爬升一次平均可節(jié)約塔吊0.5天的工作時(shí)間，爬升次數(shù)越多，節(jié)約塔吊的時(shí)間越多�！　�
第二，應(yīng)用前景。該技術(shù)具備跨越牛腿障礙、爬升大梯度變截面以及自動(dòng)同步爬升的功能，可解決鋼柱施工過程中操作平臺(tái)頻繁移位的問題，適應(yīng)變截面能力強(qiáng)，能增加塔吊的有效工作時(shí)間，又可避免大量高空安拆作業(yè)。跨障礙自爬升平臺(tái)技術(shù)，采用機(jī)械動(dòng)力，為鋼結(jié)構(gòu)施工提供了一種高效快捷的安全措施。

四、結(jié)束語

外掛自爬升塔吊支承架懸掛拆卸技術(shù)，使用新型索具作為拆卸設(shè)備，避免了因配合拆卸而浪費(fèi)相鄰塔吊的大量時(shí)間；其高效的拆卸速度，又為自身塔吊爭取了更多有效工作時(shí)間�？缯系K自爬升操作平臺(tái)應(yīng)用技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)跨障礙自爬升，避免了因操作平臺(tái)的頻繁移位而占用過多的塔吊時(shí)間；采用機(jī)械動(dòng)力措施，提高了操作平臺(tái)的機(jī)械化水平，有利于加快平臺(tái)的爬升速度。隨著摩天大樓的快速發(fā)展，塔吊作為最主要的吊裝設(shè)備，應(yīng)充分用于主體結(jié)構(gòu)吊裝，減少塔吊在其他方面的使用次數(shù)，這也是加快工程建設(shè)整體工期行之有效的好方法。