超高层建筑内爬塔吊底部防护平台设计与应用_马天雨.pdf

建筑施工第45卷第1期83超高层建筑内爬塔吊底部防护平台设计与应用马天雨 吴雨桐 段 博上海建工四建集团有限公司 上海 201103摘要：以星河雅宝高科创新园三地块施工总承包工程为背景，针对超高层建筑内爬塔吊底部安全防护这一难题，设计并应用了可随内爬塔吊同步爬升的防护平台。平台主要结构为“井”字形钢梁，通过钢丝绳悬挂在塔吊内爬基节下并可随塔吊同步爬升。当平台爬升时，与墙体保持一定距离，而当平台工作时，与墙体之间的间隙被完全封闭。该平台具有安全可靠、质量轻等优点，并减少了内爬升塔式起重机对下部结构施工安全的影响，取得了良好的效果，可为同类项目提供参考。关键词：超高层建筑；内爬塔吊；防护平台；同步爬升中图分类号：TU69 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2023)01-0083-04 DOI：10.14144/ki.jzsg.2023.01.021Design and Application of Bottom Protection Platform of Inner Climbing Tower Crane in Super High-rise BuildingsMA Tianyu WU Yutong DUAN BoShanghai Construction No.4(Group)Co.,Ltd.,Shanghai 201103,ChinaAbstract:Based on the general contracting project of the third plot of Xinghe Yabao Hi-tech Innovation Park,a protection platform that can climb with the inner climbing tower crane synchronously is designed and applied to solve the problem of safety protection of the bottom of the inner climbing tower crane in super high-rise buildings.The main structure of the platform is a 井”(a Chinese character)shaped steel beam,which is suspended under the climbing joint in the tower crane by wire rope and can climb synchronously with the tower crane.When the platform climbs,it keeps a certain distance from the wall,while when the platform works,the gap between the platform and the wall is completely closed.The platform has the advantages of safety,reliability,light weight,etc.,and reduces the impact of internal climbing tower crane on the safety of substructure construction.It has achieved good results and can provide reference for similar projects.Keywords:super high-rise building;inner climbing tower crane;protection platform;synchronous climb上爬升的过程中，不仅要穿越未及时拆除的塔吊内爬支撑架的牛腿，还要能够适应核心筒内部开间和进深的尺寸变化，保持完全封闭2-6。本文以星河雅宝高科创新园三地块施工总承包工程为背景，基于内爬塔吊底部安全防护的重难点，提出了一种底部防护平台的设计及应用方案，项目实施过程中，该方案得到了较好的应用效果，可为其他工程提供借鉴。1 工程概况1.1 项目概况星河雅宝高科创新园三地块项目位于广东省深圳市龙岗区，包含1栋超高层塔楼、多座多层商业中心、1栋钢结构剧院，是由研发用房以及其配套商业和车库组成的综合体。其超高层塔楼地下5层，地上74层，建筑高度为356 m，建筑面积约18万 m2。塔楼的结构形式为框架-核心筒结构，核心筒为钢筋混凝土结构，66层及以下墙体混凝土强度等级为C60，66层内爬塔吊是超高层建筑施工常用的垂直运输设备，通过内爬支撑架附着于主体结构上，并可随结构施工高度向上爬升。由于内爬塔吊标准节数量较少，因此整体经济性较好。将内爬塔吊布置在核心筒内部时，可减小塔身的迎风面积，增强对台风的抵抗能力，比较适合台风多发地区建筑高度超过300 m的超高层建筑。但是，由于塔吊位于核心筒楼板施工区域的正上方，塔吊爬升前焊接牛腿、倒梁等准备工作将会和下部楼板施工交叉作业，存在高空坠物物体打击的风险1。为保证塔吊下部水平结构施工作业的安全，确保核心筒施工工期不受内爬塔吊影响，需在塔吊下方设置防护平台。由于超高层建筑的内爬塔吊爬升次数较多，因此防护平台也需具备爬升的功能，在防护平台向作者简介：马天雨（1988），男，博士，高级工程师。通信地址：上海市闵行区桂林路928号（201103）。电子邮箱：收稿日期：2022-10-27模 板 与 脚 手 架FORMWORK&SCAFFOLD20231Building Construction84以上墙体混凝土强度等级为C50，墙体内无剪力钢板。本工程效果图如图1所示。图1 工程效果图1.2 塔楼内爬塔吊布置概况考虑到深圳市每年的台风期为5个月，本项目将动臂式塔吊布置在核心筒内部，有效地减小了塔吊的迎风面积，提升了塔吊的抗风能力。此外，根据整体提升模架钢平台的操作空间需求，以及核心筒内部消防电梯和机电设备的布置情况，将2台LH630-50动臂式塔吊布置于核心筒的对角位置，编号分别为2#和3#，如图2所示。图2 内爬塔吊布置平面示意2 防护平台设计的提出与重难点星河雅宝高科创新园三地块项目塔楼核心筒结构施工采用上海建工集团自行研制的钢柱筒架交替支撑式液压爬升整体钢平台模架装备系统。竖向结构领先于水平结构进行施工，其中核心筒施工领先外框钢结构510层，外框钢结构吊装领先外框钢筋桁架楼板铺设23层，外框钢筋桁架楼板铺设领先核心筒内外水平楼板浇筑23层。2台动臂式内爬塔吊所在筒体内水平结构暂不施工，按施工组织策划要求稍后组织施工。钢平台系统在正常施工时处于整个体系的顶部，底层平台及顶层平台钢梁上根据施工实际情况覆盖铺板，其中1#施工升降机、2#塔吊及3#塔吊所在筒体由于施工升降机导轨架及轿厢、塔吊标准节穿越钢平台系统的底层和顶层，钢平台系统设计时需预留洞口，如图3所示。1#施工升降机3#塔吊2#塔吊图3 钢平台顶部平面示意1#施工升降机服务楼层为1层至钢平台顶部，其所在筒体水平结构楼板待钢平台及施工升降机拆除后进行施工。2#及3#塔吊所在筒体待塔吊爬升至一定高度时下部水平结构楼板开始施工。基于以上情况，需在2台内爬塔吊下方设计一个能够随塔吊同步爬升的防护平台，使得整个筒体能够完全封闭，保证塔吊下方水平结构施工作业人员的安全，如图4所示。内爬框及承重梁内爬框及承重梁内爬框及承重梁塔吊标准节钢平台塔吊下挂硬隔离平台内爬框及承重梁内爬框及承重梁塔吊下挂硬隔离平台内爬框及承重梁塔吊标准节（a）塔吊爬升前（b）塔吊爬升后图4 钢平台、塔吊、底部防护平台相互关系示意马天雨、吴雨桐、段博:超高层建筑内爬塔吊底部防护平台设计与应用建筑施工第45卷第1期85在设计该防护平台时，综合考虑防护平台的安全性、经济性与实用性，提出了如下设计重难点：1）2#塔吊所在筒体井道尺寸为5.8 m7.0 m，3#塔吊所在筒体墙厚随高度提升逐渐减小，内部净空尺寸由下至上由9.8 m7.0 m变为10.5 m7.0 m，跨度较大。防护平台不仅需承受施工荷载，还需承受一定的冲击荷载，从而保障下方核心筒梁板结构施工时人员安全。2）防护平台需固定在可靠的塔吊内爬基节上，能够随内爬塔吊同步爬升，无需反复吊装，节约人力成本，避免占用工期。3）防护平台在静止状态时必须将塔吊所在筒体全封闭，爬升过程中需与核心筒内壁保持一定的距离。4）塔吊内爬支撑架的钢牛腿可能未及时割除，防护平台在爬升过程中应能避让钢牛腿。5）应尽可能减少自重，减少对塔吊爬升的影响。6）塔吊爬升后防护平台应位于最下边的内爬支撑架下方约2 m处。7）选取钢丝绳时，增大安全储备，按仅1根钢丝绳就能承受整个防护平台计算。3 防护平台的设计方案根据上述7条设计重难点，防护平台采用“井字形主龙骨吊环耳板卸扣钢丝绳”的形式下挂于内爬塔吊的标准节下，可随动臂式塔吊同步爬升。标准节4根立柱下方各有1个直径为90 mm的销轴孔，钢丝绳通过卸扣与标准节销轴孔紧固连接，如图5所示。标准节立柱安全检查弯90销轴孔防磨损钢护套8 t卸扣钢丝绳绳卡，夹座在工作段一侧，每连接处不少于4个AAddA=6 7图5 标准节立柱与钢丝绳连接节点示意防护平台主龙骨根据标准节立柱间距来按照“井”字形排列，以保证钢丝绳角度接近90，尽可能减小钢丝绳受力并确保爬升过程中的稳定性。设计过程中全程使用Midas/Gen软件进行建模计算，模拟防护平台在使用过程中承受冲击荷载及施工荷载的工况，如图6所示。以确保防护平台的整体性、安全性及可靠性。图6 Midas/Gen模拟应力图经Midas/Gen软件模拟计算，为满足冲击荷载及施工荷载，主龙骨需采用20b工字钢，为尽量减轻防护平台自重，在保证安全的前提下次龙骨采用10#工字钢。次龙骨与主龙骨之间、主龙骨与主龙骨之间均按照上翼缘对齐的原则，采用坡口对接焊缝连接，如图7所示。坡口对接焊缝坡口对接焊缝坡口对接焊缝坡口对接焊缝焊脚尺寸10焊脚尺寸10（b）主龙骨连接节点剖面（a）主龙骨连接节点俯视图（d）主次龙骨连接节点剖面（c）主次龙骨连接节点俯视图图7 龙骨连接节点示意主龙骨交会点处设置4个吊环耳板，吊环耳板与主龙骨双面满焊连接。钢丝绳通过卸扣与吊环耳板连接。由于防护平台距离钢平台系统距离较大，为了能够有效拦截各种坠物，防止钢筋头等冲击力较大的物品击穿防护平台，同时尽可能减轻防护平台自重，在防护平台上下2个平面均焊接冲孔情况为5 mm10 mm的冲孔钢板网，且上下2层冲孔钢板网错孔布置，2#和3#塔吊防护平台自重分别为1.4 t和1.8 t。承重梁倒运后牛腿仍留置在剪力墙上，在塔吊爬升结束后进行切割。因此应采取措施避免防护平台与牛腿碰撞，每次爬升过程中防护平台均需对4个牛腿进行避让，考虑到爬升过程中防护平台可能产生轻微晃动，故边框龙骨与牛腿预留约10 cm安全距离，同时对避让牛腿处龙骨进行补强处理：于避让距离最大处设置1根20b工字钢，以保证防护平台的整体刚度和稳定性。防护平台在爬升过程中除需对牛腿进行避让外，还需与核心筒内壁保持一定的安全距离，防止因轻微晃动产生碰撞。爬升结束后，防护平台处于静止状态时，需能将筒体马天雨、吴雨桐、段博:超高层建筑内爬塔吊底部防护平台设计与应用20231Building Construction86全封闭，避免杂物从边缘缝隙掉落对下方水平结构施工造成影响。故防护平台四周每侧预留2030 cm安全距离，在边框龙骨上临边墙体处设置小翻板，承重梁牛腿位置设置小翻板，翻板采用厚3 mm花纹钢板，通过合页与龙骨连接，爬升时收起翻板，使用时打开翻板即可，翻板边缘设置橡胶垫圈，以保证翻板与墙体贴合严密。防护平台设计如图8所示。吊点吊点吊点吊点翻板双层 510冲孔钢板网20b工字钢10#工字钢图8 防护平台示意为保证防护平台与内爬塔吊内爬框及承重梁的相对独立性，防护平台需在爬升前后均位于内爬框及承重梁下方约2m处，塔楼每层层高为4.5 m，部分设备层层高为5.1 m，塔吊每次爬升4层，故采用22 m的钢丝绳悬挂防护平台。考虑到安装防护平台时可能出现4个吊点未同时起吊以及使用过程中钢丝绳的磨损，设计时按1根钢丝绳即能承受整个防护平台荷载进行计算，保证防护平台的安全性与可靠性。4 防护平台的制作与吊装通过2#、3#塔吊互相将材料吊运至塔吊所在筒体，在核心筒内进行各龙骨、翻板、冲孔钢板网、吊环耳板的焊接及安装工作。焊接完成后进行焊接质量检查，所有焊缝涂刷防锈漆以保证质量。防护平台的吊装通过钢平台上布置的2台10 t卷扬机进行施工，正式起吊前应进行静载试验模拟使用工况。于防护平台上均匀布置质量为2 t的重物，起吊至离地1.5 m处，静载2 h，观察防护平台稳定性，检查各龙骨受力变形情况，检查无误后进行正式吊装。整体施工流程为：材料吊运龙骨焊接质量检查涂刷防锈漆翻板及冲孔钢板网安装静载试验正式吊装投入使用。5 结语本文所介绍的防护平台在投入使用后历经多次随内爬塔吊同步爬升，无论是爬升过程中还是使用过程中均安全而又平稳运行。其具备如下几个特点：1）下挂于塔吊下方，可随塔吊内爬顶升同步提升，无需反复吊装。2）全程使用Midas/Gen软件模拟计算，安全可靠。3）自身质量轻，不会对塔吊造成很大负荷。4）边框龙骨避让承重梁牛腿，避免碰撞。5）边框龙骨处设置翻板，爬升前收起翻板，爬升后打开翻板搭至剪力墙上，操作简便。6）爬升前后均与承重梁保持约2 m距离，与塔吊承重系统保证相对独立。7）1根钢丝绳即可承担整个防护平台的质量，安全系数高。该防护平台在星河雅宝高科创新园三地块项目中的应用能够实现内爬塔吊筒内完全封闭，有效地拦截各类高空坠物，确保塔吊下方水平结构楼板作业人员的安全，缓解了施工进度压力，取得了良好的社会效益与经济效益，将为超高层建筑核心筒内爬塔吊底部的安全防护提供有益的借鉴。1 刘洋洋,赵亮,潘长河,等.内爬式塔式起重机在超高层建筑施工中 的应用J.施工技术,2015,44(5):10-12.2 龚剑,朱毅敏,徐磊.超高层建筑核心筒结构施工中的筒架支撑式液 压爬升整体钢平台模架技术J.建筑施工,2014,36(1):33-38.3 张杨,路朝辉,李成,等.超高层建筑核心筒结构四机械一筒体施工 技术研究J.建筑施工,2016,38(2):200-202.4 惠乐怡,裴鸿斌,周洪涛,等.超高层建筑核心筒内爬式动臂塔式起 重机兜底防护设计与应用J.施工技术,2016,45(17):131-133.5 于建伟,石文井,胡艳东.折线型超高层塔楼内爬式动臂塔吊兜底防 护施工技术J.钢结构,2017,32(2):93-96.6 章燕清,蒋俊志,张兰滔,等.超高层建筑核心筒内爬塔吊底部的封 闭安全防护平台设计和运用J.建筑施工,2015,37(6):701-703.马天雨、吴雨桐、段博:超高层建筑内爬塔吊底部防护平台设计与应用