超高层塔楼核心筒采用钢平台退台施工斜墙技术

闫雁军 邓勇平 杨万锋

[摘  要]：液压爬升整体钢平台工艺由于其具备施工速度快、安全性高等特点，其在超高层建筑核心筒施工中广泛使用。文章以上海某超高层建筑为例，详细介绍了在高空斜墙处对液压爬升整体钢平台进行补充与拆改施工斜墙的施工工艺，同时考虑了斜墙所在筒仓部位布置了内爬塔吊的工况，在核心筒继续向上施工时，施工荷载及风荷载对核心筒稳定性分析以及针对不利工况的加固措施。

[关键词]：液压爬升整体钢平台; 退台; 斜墙; 稳定性; 加固措施

TU755.2B

超高层建筑施工时，如何保证高质、高效、安全、少成本完成施工任是整个项目实施的控制重点。经过三十余年的摸索、改进、提高我国的液压爬升整体钢平台工艺广泛应用于超高层建筑的核心筒、桥塔、高耸构筑物等工程中[1-3]，而随着建筑样式的不同，液压爬升整体钢平台的施工工艺也在根据不同的工程需要在不断的突破更新。本文结合实际案例详细介绍了在高空斜墙处对液压爬升整体钢平台进行补充与拆改施工斜墙的施工工艺，同时考虑了斜墙所在筒仓部位布置了内爬塔吊的工况，在核心筒继续向上施工时，施工荷载及风荷载对核心筒稳定性分析以及针对不利工况的加固措施。

1 工程概况

1.1 应用项目简况

塔楼地上总建筑面积170 772 m2，共59层，建筑总高度320 m。塔楼结构形式采用混凝土核心筒钢外框结构，钢结构下插至基础底板。标准层层高4.5 m，其中10/20/30/40/49层为避难层，层高为6 m。塔楼核心筒外围剪力墙自1 300 mm厚逐步收分为400 mm厚，核心筒内腹墙自600 mm厚逐步收分为250 mm厚，混凝土等级C60高层后变为C50。核心筒平面呈9宫格型的正方形，边长29.2 m，外框边长51 m，有9个筒仓（图1），外框设置劲性巨柱16根，其中包含多根多角度斜柱。

为满足施工质量、施工安全、项目工期等要求，采用液压爬升整体钢平台施工核心筒。液压爬升整体钢平台根据核心筒墙体的布置共分为13个架体，其中核心筒外架体4块、筒内架体9块，架体平面布置如图2所示。根据施工工艺要求及项目策划部署，塔楼核心筒竖向结构先施工，水平构件与外框水平结构同步施工，其中塔楼核心筒竖向结构领先外框钢结构约10层，外框领先楼承板铺设2层，楼承板领先栓钉焊接2层，栓钉焊接领先钢筋绑扎1层，钢筋绑扎领先楼承板浇筑1层，总体核心筒竖向结构领先外框结构混凝土浇筑面15个楼层左右。

1.2 核心筒斜墙概况

根据设计要求，核心筒南侧剪力墙体从F50层楼面开始向内以7°斜收缩，直到F57层楼面收缩完成。核心筒剪力墙从距轴线5 650 mm收至距轴线1 750 mm，共向内收缩3 900 mm，平均每层收缩557.1mm，逐层渐变斜收分，形成一个梯形立面（图3）。

斜墙厚度随楼层增高也在变化，F50～F52层楼面南侧斜墙部分剪力墙厚度为500 mm，F52～F57层楼面剪力墙厚度为400 mm。内腹墙F50～F51厚度為300 mm，F52～UPRF墙厚250 mm;外墙F50～F51厚500 mm，F52～UPRF厚400 mm。竖向施工缝处水平分布筋为C10/12/14。

2 核心筒斜墙施工部署

考虑斜墙施工时，在240 m以上的高空对液压爬升整体钢平台架体拆改、重新安装的难度和危险性较大。核心筒F50～F57层楼面的斜墙处采取液压爬升整体钢平台退台，斜墙同外框结构同步施工的施工工艺。如图4所示，虚线区域的剪力墙后施工。

2.1 F50层以上核心筒施工工艺流程

钢平台施工至核心筒F49层顶—爬升钢平台至F50层顶—施工核心筒板墙及连梁（除后施工区域），同步塔吊配合穿插拆除后施工区域钢平台架体—补缺钢平台后施工区域走道板及滑移外挂脚手—浇筑F50-F51层剪力墙及连梁（除后施工区域）—核心筒继续往上施工，逐层补缺后施工区域钢平台架体—利用钢平台施工核心筒至机房层顶（311.5 m标高）—最后拆除钢平台。

2.2 斜墙施工工艺流程

外框劲性柱及核心筒内外梁板水平结构浇筑至F50楼面—搭设核心筒内斜墙连梁及梁板水平结构排架—绑扎钢筋及模板支设加固—浇筑F50核心筒南侧斜墙、连梁（外框钢梁预埋件就位）及F51核心筒内梁板水平结构—施工F50外框柱及F51外框钢梁、楼板，浇砼养护—重复工序流程至F59顶。

核心筒及外框浇筑至F50楼面，外爬架爬升至F50楼面以上。外框钢结构北侧、东侧、西侧不受斜墙施工限制按正常工况施工，南侧外框钢结构（钢柱）施工至F51层楼面。斜墙施工工况1如图5所示。

接着进行核心筒F51梁板及南侧F50-F51斜剪力墙施工，外爬架爬升至F51楼面以上，绑扎外框柱钢筋。如图6的斜墙施工工况2。

施工技术与测量技术闫雁军， 邓勇平， 杨万锋： 超高层塔楼核心筒采用钢平台退台施工斜墙技术

待核心筒南侧F50～F51斜剪力墙达设计强度后，吊装斜墙区域F51外框钢梁，施工外框F50框，如图7。考虑剪力墙强度达到设计强度有施工间隙，可在外框楼板上搭设2层高落地脚手架，施工斜墙F51～F52。

后续楼层斜墙施工按上述施工步骤循环作业，逐层有序完成斜墙施工。

斜墙按钢平台退台方案施工工艺施工，此时需留设的施工缝为东西向贯通整个核心筒的竖向施工缝，施工缝留设在收分后后施工区域剪力墙内侧边线，为确保后续施工时满足钢筋搭接要求，应按图集规范在施工缝处预留不少于0.5 m长的绑扎搭接钢筋 [4]。

2.3 斜墙排架搭设流程

搭设落地排架脚手体系，验收—绑扎钢筋、支设模板、加固—隐蔽工程验收后浇混凝土—养护—拆模、检查—排架脚手体系拆除—清理场地。注意配置至少3套排架支撑体系，确保混凝土楼板强度形成及养护时间。

3 核心筒钢平台退台施工

3.1 钢平台拆分施工管理

3.1.1 拆除原则

钢平台拆除过程需要满足分块拆除后剩余单元的整体稳固性要求，并根据核心筒体型特征、构件受力特点以及分块分段位置情况制定合理的拆除顺序，根据拆除过程的受力要求采取有效的临时支撑措施。后施工区域钢平台架体拆除分块如图8所示。

3.1.2 拆除总体流程

钢平台拆分总体施工流程如下：结构施工至51F（251.450 m）—拆除提升钢柱及液压管线—杂物及垃圾清理—拆除剪力墙钢大模板—拆除外挂脚手及其上部平台梁—按核心筒南侧三个筒仓自西向东顺序依次进行拆分。

3.2 退台施工要求

钢平台模架体系拆分时，拆除施工按照分块顺序拆除。每拆除一吊，现场随即用钢管做好临时防护，拉好警戒线。

同时，综合考虑场布、塔吊的吊装性能及拆除的安全性等因素，外脚手部分采取平台梁+下部脚手整体吊装方式进行拆除，内筒部分采用平台梁+内挂脚手+底梁整体吊装方式进行拆除。不需要拆除区域的核心筒可正常施工，以减少钢平台退台对核心筒竖向结构工期的影响。

4 核心筒斜墙后施工工况稳定分析

4.1 分析概况

由于核心筒施工进度快于外框架安装及楼板的浇筑，在斜墙后施工的工况下，为了保证在施工过程中核心筒的稳定，利用有限元软件ABAQUS[5]进行施工状态下核心筒结构的稳定性、关键构件的强度校核、分析。计算分析考虑最不利的工况，核心筒施工至59层，核心筒内水平结构浇注至37层，外框钢结构吊装施工到41层，外框混凝土结构浇注至38层。

其中，稳定分析主要包括：①结构特征值分析;②考虑几何非线性和材料非线性的整体稳定分析。给出各种状态下结构可能的失稳模式与安全荷载系数，并结合计算结果提出施工建议措施。

4.2 荷载条件

（1）恒载：仅考虑施工状态下结构的自重。

（2）钢平台荷载：包括钢平台结构体系的自重及施工荷载。钢平台收分前后均设有36只牛腿搁置在剪力墙上，由于其是依靠其支撑体系的牛腿支撑在核心筒的预留洞口处，因此有限元并不对顶模进行直接建模，而是将由顶模产生的作用力分别施加在牛腿相应位置的有限元单元节点上。

（3）塔吊荷载：2台内爬塔机，均使用核心筒内墙壁进行支撑。将内爬塔的荷载直接施加到核心筒对应位置的有限元单元节点上。爬塔荷载荷载值见表1。

（4）风荷载：由于本工程为超高层建筑，施工周期较长，因此施工中需要考虑风荷载的影响。其中基本风压按10年一遇取值，地面粗糙度取C类。整体结构的体型系数取1.3，风振系数按50009-2012《建筑结构荷载规范》相关计算公式取值[6]。

计算模型示意见图9，图10为受力状态下南侧核心筒斜墙后施工对应剪力墙自由端失稳模式。

4.3 计算结果

利用通用有限元软件ABAQUS对施工階段核心筒非线性稳定及构件强度校核进行了分析，分析中考虑了几何非线性、材料弹塑性，并考虑了竖向荷载组合、水平风荷载的作用。经计算，核心筒墙体收分后，收分部位内测Y方向剪力墙外端没有X方向剪力墙的约束，端部为自由状态，在工况作用下具有发生局部失稳的可能性。采用混凝土损伤模型模拟分析表明，结构在X向局部屈曲的临界稳定荷载系数为1.5，安全系数相对较低，不满足安全施工要求。

4.4 加固措施

4.4.1 塔吊基座钢梁处结构加固

（1）塔吊基础钢梁设置在连梁上的，需将连梁下剪力墙体外延，外延墙体配筋同结构剪力墙配筋。

（2）剪力墙加固水平分布筋应拉通至剪力墙转角处，中间遇到连梁应拉通穿过;加固范围为受力处及其相邻上下层。

（3）塔吊基础区域的梁箍筋根据图集加密设置。

4.4.2 50F以上剪力墙自由端加固

考虑外墙较厚，复核验算可行，而内腹墙自由端较薄，在#7号筒仓54F/58F加设直径351mm，壁厚12mm，材质Q235的斜向水平钢管将内腹墙南侧自由端与内侧3道墙相交加强节点形成稳固整体。临时加固如图11所示。

4.4.3 后施工区域斜墙阴角加固

根据塔吊及风荷载组合作用时复核计算书结果（风荷载10年一遇），避免阴角应力集中带来的混凝土结构撕裂及挤压破坏，需在斜墙后施工区域F50～F51剪力墙局部加腋，核心筒外墙加3.775 m×1.5 m高（外墙）、1.2 m×1.5 m高（内墙），如图12、图13所示阴角加固区域。

4.5 加固后复核验算

加固后利用有限元软件ABAQUS进行了非线性稳定分析。结果表明，加设临时水平支撑后，结构在X、Y向局部屈曲临界稳定荷载系数分别为3.4、7.2，整体稳定系数分别为4.9、7.5，满足大于2.0的安全施工控制要求。增加临时水平支撑后（钢支撑），对剪力墙稳定性能提高显著，增加了施工的安全性。

5 斜墙施工及加固要求

5.1 焊接要求

（1）所有焊接应严格按照《规范》[6]和《规程》之要求进行。

（2）工厂焊接宜尽量采用自动焊接和半自动焊接，并采用平焊操作。

（3）所有焊件坡口必须符合设计图纸和有关技术要求，凡未达到要求的均应进行修整;采取必要的措施，避免焊接冷裂缝（延迟裂缝）的产生，焊前认真清除焊丝及坡口的油、锈及水分、焊条严格烘干等。

（4）焊接顺序的选择应遵循原则：①应使焊接变形和收缩量最小;②应使焊接过程中加热量平衡;③收缩量大的焊接部分后焊。

（5）在进行双面坡口全熔透焊接时，当一面焊接后，在焊接另一面之前或在已焊金属上面再施焊之前，应彻底清除焊渣、弥补缺陷等，然后方可继续施焊。

（6）当采用衬垫板焊接时，除焊接坡口根部间隙尺寸须符合设计要求外，应使衬垫板和焊件紧密贴合，并使焊流熔入衬垫板。

（7）对于塔吊基座等箱型构件腹板和翼缘的连接应为部分焊透的T形对接焊缝，其焊脚尺寸（mm）应符合GB 50017-2017《钢结构设计规范》7.1.1条和7.1.5条的要求。

（8）末注明的构件连接，采用角焊缝全截面焊接，焊脚尺寸：当焊件最薄厚度t≤6 mm时，焊缝尺寸hf同板厚，其余hf=6 mm。

（9）焊缝质量检验等级：所有工厂拼接焊缝（包括构件拼接點）和现场安装的坡口焊缝均为二级焊缝。

（10）焊缝表面不得有裂缝、焊瘤等缺陷;一级、二级焊缝不得有表面气孔、夹渣、弧坑裂纹、电弧擦伤等缺陷，且一级焊缝不得有咬边、未焊满、跟部收缩等缺陷。

5.2 钢丝绳拉接

钢管支撑及安装时吊笼配备安全绳，采用磷化涂层钢丝绳20 mm，两端分别连接钢平台架体、塔吊标准节与下挂临空钢管支撑、挂架平台。钢丝绳使用前必须检查绳索是否损坏，不得有急剧的曲折、环圈、跳丝或砸扁等缺陷，其末端结成绳索时，最少用3个卡子，若用编结法时，其编结部分长度不少于钢丝绳直径的15倍，但最短不少于30 cm。现场严禁用打结的方法连接，并于钢丝绳两端各设置一段同材质的保护绳，保护绳与钢丝绳通过卡箍连接。钢丝绳表面不应存在GB/T 8706-2017《钢丝绳、术语、标记和分类》中规定的制造缺陷，须满足GB/T 20118-2017《钢丝绳通用技术条件》规范要求，方可进行施工使用。使用过程中如发现出油现象（新绳除外）即表明钢丝绳变形很大，应立即停止工作，进行检查处理。

5.3 维护要求

定期对塔吊与结构连接节点、南侧加腋剪力墙表观进行一次全面检查，发现局部损坏、变形及锈蚀部位等应及时施行修补、补充加固支撑等措施。

6 结束语

本文结合具体的工程案例，详细介绍了在高空斜墙处对液压爬升整体钢平台进行补充与拆改施工斜墙的施工工艺，同时考虑了斜墙所在筒仓部位布置了内爬塔吊的工况，在核心筒继续向上施工时，施工荷载及风荷载对核心筒稳定性分析以及针对不利工况的加固措施。目前，本工程核心筒已顺利施工完成，施工中采取的相应技术及加固措施，顺利完成了液压爬模的拆改及爬升工作，完成后的核心筒墙体满足设计要求，剪力墙的钢筋混凝土质量满足质量要求。本工程斜墙的施工实践可为今后类似工程的施工提供经验。同时，得出了使用该斜墙施工方案的实用优点：

（1）斜墙退台后做，避免了钢平台内部搭设平台同步施工斜墙的安全隐患，确保了核心筒先行的总体技术路线及整体进度。

（2）剪力墙自由端加固钢管支撑及安装用挂架均预先在工厂加工完成，现场安装简单、机动性强、工期短。水平结构跟进施工时均可对其平稳回收利用，经济环保。

（3）平台架体杆件组合调节度高，可推广实施性高，具备高度的借鉴性。

参考文献

[1] 崔晓强，胡玉银，陆云.超高层建筑中液压爬模技术应用[J].建筑机械化，2009，30（7）：61-64.

[2] 钟敏.上海国际金融中心工程中的DOKA液压爬模系统施工技术[J].建筑施工，2010，32（3）：253-254+262.

[3] 龚剑，李庆，汤洪家.上海环球金融中心超级巨型柱结构施工中的液压自动爬升模板脚手系统[J].建筑施工，2007， 29（1）：2-6.

[4] 混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图： 16G101-1[S].北京：中国建筑标准设计研究所，2016.

[5] 齐威. ABAQUS 6.14超级学习手册[M].北京：人民邮电出版社， 2016.

[6] 建筑结构荷载规范： GB50009-2012[S].北京：北京建筑工业出版社，2012.