第十五节核心筒智能化整体顶升平台设计与施工方案

技术标部分包深圳市城市轨道交通14号线工程施工总承包-2-核心筒智能化整体顶升平台设计与施工方案核心筒特点及对模架体系的要求核心筒地上共119层，核心筒首层平面尺寸为34.3m×33.8m的矩形，外圈墙体在F48-F53以斜墙方式向内缩3.25m,F78-F82层楼面外侧已斜墙的方式内缩进3.7m,F96-F99楼面层东、西两侧外墙以搭接方式同时向内缩进3.4m经过三次外墙变化及墙体截面收缩后，平面尺寸变为25.4×25.3m。外墙厚度有1400mm、1200mm、1000mm、800mm、600mm、350mm和400mm七种，墙厚变化幅度有50mm、100mm、150mm和200mm，外墙内侧不变、外侧向内收。最小层高1.925m，最大层高10m，层高变化大。内墙厚度600mm、500mm、400mm、350mm、300mm、250mm、200mm七种，墙厚不发生变化。模架选型直接影响着施工质量与效率。核心筒结构设计简介核心筒概况见表15.1.1-1。核心筒概况设计简介典型图示楼层编号F01-F47标高（m）224.6层高（m）5.5/4.5外墙厚度（mm）1400、1200内墙厚度（mm）600、500楼层编号F54-F77标高（m）256.95层高（m）4.5外墙厚度（mm）1200内墙厚度（mm）400楼层编号F84-F99标高（m）399.15层高（m）4.5外墙厚度（mm）600内墙厚度（mm）300楼层编号F100-F116标高（m）474.25层高（m）3.9外墙厚度（mm）400内墙厚度（mm）600核心筒墙体模架体系比选超高层施工中，目前普遍采用三种模架体系。针对本工程核心筒特点，三种模架体系各有优缺点，具体分析见表15.2.1-1。模架体系比选表名称提模液压整体顶升平台爬模图例工作原理在混凝土结构中的钢格构柱上设置提升装置，将整体操作平台向上提升。核心筒预留的洞口内设置顶升钢梁，利用大行程、大吨位液压油缸和支撑立柱，将上部整体钢平台向上顶升，带动所有模板与操作挂架上升，完成核心筒竖向混凝土结构的施工。液压爬升机构依附在已成型的竖向结构上，利用双作用液压千斤顶先将导轨顶升，之后架体沿导轨向上爬升，从而达到整个爬模系统的爬升。优点形成一个封闭、安全的作业空间，核心筒墙体施工全部集中在平台系统中，机械化程度高，文明施工，速度快，形象好。整体平台系统形成一个封闭、安全的作业空间，核心筒墙体施工全部工作集中在整体平台系统中，机械化程度高，文明施工，速度快，形象好。平面附着点多，整体稳定性易满足要求，可抵抗较大的风荷载；单片架体爬升时，竖向至少有两个附着点，稳定性强。本工程中使用的缺点需要利用型钢柱做提升支撑，本工程部分墙体、部分楼层中没有型钢柱，需要自行设置型钢柱，费用较高；工程已有型钢柱位置有变化，需要对中途架体进行调整，工作量大，影响工期。支撑方式实现困难。墙体内有钢板、型钢柱等，在墙体内预留孔洞时需要将墙体主受力钢筋断开，也需要在钢板、型钢柱上开洞，对结构受力影响较大，需要提交原结构设计复核。根据以上分析，本工程核心筒若采用爬模与提模，将存在较多问题需要解决，而采用智能化整体平台板体系，具有一定的优势。针对传统整体平台在本工程中使用的一些缺点，对其进行部分改进，设计出智能化附着式整体顶升平台。具体做法是：借鉴塔吊附着与爬升原理，将原有的通过水平钢梁支撑液压油缸的方式改为在墙体上附着附墙支架的方式；采用智能控制，设置油缸压力传感器、平台应力传感器、位移传感器和视频采集传输系统，编制专业控制软件，借助中央控制电脑，控制整体平台的受力与爬升位移，实现同步性和安全性。智能化附着式整体顶升平台与传统整体顶升平台相比，具有以下明显优势：（1）借鉴于内爬或外挂式塔吊的附着方式，形式更易为人接受，操作更易上手。（2）附墙支架可只与一片墙体连接，也可与两片平行或垂直的墙体连接。（3）当附墙支架与单片墙体连接时，整体平台支撑位置可较为灵活的设置，避免了传统整体平台需要两片墙体的限制。（4）当与两片距离较近的平行墙体连接，或与两片相互垂直墙体连接时，整体平台的连接更为牢固，对结构的影响更小。（5）附着时只需要在结构墙体内预埋埋件，不影响结构原有受力钢筋和钢骨。（6）智能化程度高，系统同步性与安全性大大提高，减小了因不同步带来的偏移风险，避免了在爬升过程中因整体平台体系与结构意外连接带来的安全问题。智能化整体顶升平台系统介绍系统构成智能化整体顶升平台系统由顶升系统、平台桁架系统、架体与围护系统、模板系统和智能控制系统组成。顶升系统由大型油缸（行程6m、顶升力2500KN）、墙体埋件、附墙箱梁和支撑钢格构柱组成。平台桁架系统由贝雷架组成的空间桁架。桁架层高度2.25m，由主桁架、次桁架及各种连接钢梁组成。钢平台具有足够的刚度和空间，能为人员操作与材料堆放提供立体空间。平台上方设置1.8m高围护钢板网，保证操作人员安全。架体与围护系统由悬挂在平台桁架下方的下挂架、钢跳板及各种围护钢板网组成。模板系统由吊杆、铝合金模板等组成。智能控制系统由油缸压力传感器、油缸行程感应器、平台应力传感器、位移传感器、视频采集传输系统、专业控制软件和中央控制电脑组成。智能化附着式整体顶升平台效果见图15.3.1-1所示。智能化附着式整体顶升平台效果系统工作原理借鉴内爬外挂式塔吊爬升原理，在混凝土墙体内预埋埋件，用以固定附墙上、下支撑箱梁；支撑梁托住液压油缸及其上部的支撑立柱，油缸的顶升带动支撑立柱及上部的钢桁架平台上升，同时也带动架体与模板系统同步上升。本系统设置12套液压站，其中4组主顶升缸分别由4组液压站驱动，另外8组辅助液压站分别驱动8组支撑梁上的牛腿伸缩及水平较正。1）操作第一步：上支撑梁牛腿收回，准备程序。把主顶缸启动转入自动状态，启动主顶缸上腔进油，当上支撑梁上的牛腿端头较正缸均离开墙体孔下端口，即完成第一步操作（离开墙体孔下端10~30mm即可）2）操作第二步：收回所有上支撑梁的牛腿启动所有上支撑梁的牛腿收回按钮，这时，上支撑梁上的所有辅助液压站均处于工作状态（即电机得电，收回电磁阀得电），当各自的牛腿收到位后，由行程开关控制各自的液压站自动终止工作状态。3）操作第三步：主顶升缸上腔进油，上支撑梁上升确定转换开关处于自动状态，启动主缸上腔进油按钮，所有主顶升液压系统均处于工作状态（即电机得电，上腔进油电磁阀得电），此时4只主顶升缸向上移动的距离均由位移编码器进行读数，编码器把每只缸所读取的数据输送到主控制室内的PLC控制中心，进行比较自动较对误差，其目的是达到4只油缸在上升过程中始终同步，且同步精度误差不大于2mm。4）操作第四步：上支撑梁牛腿伸出启动所有上支撑梁的牛腿伸出按钮，这时上支撑梁上的所有辅助液压站均处于工作状态（即电机得电，伸出电磁阀得电），当各自的牛腿伸出到位后，由行程开关控制各自的液压站自动终止工作状态。5）操作第五步：下支撑梁牛腿收回准备程序把主顶升缸启动转入自动状态，启动主顶升缸下腔进油，此时上支撑梁的牛腿逐渐回落动墙体孔下端，这时主顶升缸下腔继续进油，下支撑两的牛腿慢慢离开墙体孔下端，当确定所要下支撑梁的牛腿都离开墙体孔下端10~30mm后，即完成此步操作。6）操作第六部：收回所有下支撑梁牛腿启动所有下支撑梁牛腿收回按钮，这时下支撑梁的所有辅助液压站均处于工作状态（即电机得电，收回电磁阀得电）。当各自的牛腿收到位后，由行程开关控制各自的液压站自动终止工作状态。7）操作第七步：主顶升缸下腔进油，下支撑梁上升确定转换开关处于自动状态，启动主顶升缸下腔启动按钮，所有主顶升液压系统均处于工作状态（即电机得电，下腔进油电磁阀得电），此时4只主顶升缸向上移动的距离均由位移编码器进行读数，编码器把每只缸读取的数据输送到主控制室内的PLC控制中心，进行比较自动较对误差。其目的是达到4只油缸在收缩过程中始终同步，且同步精度误差不大于2mm。8）操作第八步：下支撑梁牛腿伸出启动所有下支撑梁的牛腿伸出按钮，这时下支撑梁上的所有辅助液压站均处于工作状态（即电机得电，伸出电磁阀得电）。当各自的牛腿伸出到位后，由行程开关控制各自的液压站自动终止工作状态。9）操作第九步：下支撑梁牛腿上的较正油缸接触墙孔下端确定转换开关处于自动状态，启动主缸上腔进油按钮，所有主顶升液压系统均处于工作状态（即电机得电，上腔进油电磁阀得电）。此时主顶升缸上腔下压降低，下腔压力上升，当所有主顶升缸下腔压力均达到10kg/cm2时完成此步动作。预埋埋件、上下支撑箱梁、预埋埋件、主提升油缸和平衡油缸等组成，如图15.3.2-1、15.3.2-2。系统组成图上下支撑箱梁剖面图该支撑系统的顶升，采用油缸往复运动的方式，将上、下支撑箱梁依次提升，从而实现整个平台系统的顶升。对于层高小于油缸行程的楼层一次顶升到位。智能化整体顶升平台系统设计平台平面功能分区须满足以下使用功能要求：材料堆放，工具与机械设备堆放，人员交通，人员生活需求，人员操作空间等。综合考虑功能、安全与受力合理等各方面因素，平台功能分区如图15.4.1-1。除图中标注的功能分区外，其他部位均可作为材料堆放场地，均匀堆放材料。对于内圈内平台允许堆放荷载为5kN/m2，内圈外、外圈内平台允许堆放荷载为2.5kN/m2，外圈外侧不堆放材料，将此参数写在指示牌上，放置在平台上。顶部平台功能分区系统竖向设计从下至上，系统可满足以下要求：墙体清理，模板操作，钢筋绑扎，钢板安装，型钢柱安装，顶层平台空间，顶层安全防护。据此，系统下挂架体须覆盖4个楼层高度。整体平台完成的116个楼层,F01-F07个楼层层高为5.5m，F08-F98楼层层高4.5m，F99-F107楼层层高3.9m，F108-F116楼层层高6.3m。因此整体平台设计时标准层高按照4.5m考虑，加上桁架高度、安全防护高度等等，整个系统覆盖高度22.3m。系统竖向功能分区立面附着位置设计核心筒为长方形，墙体由内、外两圈墙体加部分连接墙体组成，外圈墙体在F48-F54以斜墙方式向内缩3.25m,F78-F83层楼面外侧已斜墙的方式内缩进3.7m,F96-F99楼面层东、西两侧外墙以搭接方式同时向内缩进3.4m。为保证施工连续性，避免中途移动支撑位置、修改架体，支撑位置必须在最终核心筒墙体上。各阶段支撑位置详见图15.4.3-1、15.4.3-2、15.4.3-3、15.4.3-4。第一阶段液压油缸平面布置第二阶段液压油缸平面布置第三阶段液压油缸平面布置第四阶段液压油缸平面布置顶升与附着系统设计1）顶升系统本工程核心筒液压顶升系统设备包括4只顶升主液压缸。其中主顶升缸的缸筒体通过法兰与上支撑钢梁相连，主顶升缸的活塞杆通过铰节法兰与下支撑钢梁相连，32个牛腿由32支伸缩油缸的伸缩动作完成，上下支撑梁的较平是由32支较正油缸完成。本系统采用了4组负责主顶升缸的液压站，8组辅助液压站负责牛腿伸缩，上下支撑梁的水平较正整体平台采用4个大型液压油缸作为动力系统。其顶升油缸性能参数见表15.4.4-1、伸缩油缸参数见表15.4.4-2，油缸大样见图1.4.4-1。顶升油缸参数顶升动力油缸有效行程缸体顶升速度油缸内径活塞杆直径2500kN6m70mm/min400mm200mm伸缩油缸参数伸缩动力油缸有效行程缸体顶升速度油缸内径活塞杆直径90kN500mm160mm/min80mm50mm油缸大样图2）附着系统预埋件及牛腿详见图15.4.4-2。附墙埋件及支撑牛腿详图贝雷架与支撑柱结构设计1）平台桁架设计平台桁架为由主要由200型贝雷片、ZT柱头连接件、YZ一字连接件、SZ十字连接件、主梁端部加强件、主梁中部加强件组成。上下中心距离2.23m。各杆件截面特征见表15.4.5-1。桁架层由主桁架、次桁架与局部连接梁组成。纵横桁架连接节点，采用栓焊连接。对于需要提前拆除的那部分桁架，预先做好分段设计，分段部位用锚栓连接。平台贝雷架剖面见图15.4.5-2。平台贝雷架剖面贝雷架平面布置图2）支撑立柱设计桁架层由主桁架、次桁架与局部连接梁组成。纵横桁架连接节点，采用锚栓连接。对于需要提前拆除的那部分桁架，预先做好分段设计，分段部位用连接。平台桁架平面布置见图15.4.5-4。3）支撑箱梁设计支撑箱梁支架高度1150m，长6700mm，如图15.4.5-3。4）力学计算根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012、《钢结构设计规范》GB50017-2003和《Midas分析与设计原理手册》中规定的方法和取值，建立钢平台三维有限元计算模型，利用Midas软件，针对各种不同工况对钢平台系统进行有限元分析计算，根据分析结果最终确定桁架与支撑立柱设计。立柱立面详见1.4.5-4。上、下支撑梁大样图立柱立面桁架、支撑立柱与附墙支架各杆件截面特征序号构件名称构件编号数量单位1200型贝雷片3048单元BL3048195片2200型贝雷片2438单元BL243845片3ZT柱头连接件ZT4个4YZ一字连接件YZ28个5SZ十字连接件SZ49个6主梁端部加强件DJQ64个7主梁中部加强件ZJQ64个下挂架体设计在整体平台桁架下弦杆下端安装工字钢滑轨，在滑轨上安装滑轮，滑轮连接吊杆，可实现下挂架的吊挂。滑轨、滑轮与吊杆连接节点见图15.4.6-1，滑轮大样图见15.4.6-2。滑轨、滑轮与吊杆节点详滑轮大样下挂架体杆件均采用方钢管做受力杆件，采用钢板网做水平跳板和防护，采用钢制爬梯做上下通行楼梯。防护网：边框采用30×20×2方管制成，护网采用0.8mm冲孔钢板网，是挂架的外防护措施。模板吊索：由∅16圆钢制作而成，减少倒链锁链的长度，是连接滑梁与倒链的部件，承载模板和倒链的拉力。底层操作架平台：边框采用40×3角钢，面板采用2mm厚防滑钢板焊接而成，是底部防护和封闭，施工人员通行和施工操作场所。下挂架平面布置见图1.4.6-3，标准下挂架体立面见图1.4.6-4，吊杆与水平杆连接节点示意图15.4.6-5，钢板网走道板连接节点法见图15.4.6-6。下挂架体平面布置标准下挂架体立面图吊杆与水平杆连接节点图钢板网走道板连接节点图下挂架体共分7层，每层高度均为1.8m。架体总高度18m。为不影响塔吊爬升，在塔吊布置位置，下挂架体设置8层，将最下层架体去掉即可。在液压油缸布置处，下挂架体局部增加7层，用以完成安装和拆除承力销等工作。在平面布置上，下挂架体随墙体位置满布，以提供墙体施工操作用。在塔吊、施工电梯和液压油缸布置部位，下挂架体局部调整以避免冲突。模板系统设计模板选型目前超高层施工常用的模板有钢质大模板、钢框钢模板、钢框木模板和工字木梁木模板、铝模板等等。根据规划，核心筒需要浇筑116层混凝土，模板要使用116次。目前最好的胶合板WISA板，根据工程经验，其实际周转次数约30次，普通胶合板周转次数更少。如果采用胶合板做面板，需要中途更换，影响工期，因此不适合。钢质大模板自重大、加固繁琐，影响效率。而钢框钢模板质量较轻、强度高，周转次数多，采用夹具拼装，施工效率较高；铝模板为进几年的新兴模板，质量轻、强度高、周转次数高。因此核心筒施工选用铝模板。模板之间采用螺栓连接；模板面板采用铝合金模板，能有效保证模板强度、钢度及平整度。详见图15.4.7-1所示。铝合金模板背楞的使用铝合金模板采用2400mm模数标准设计，模板拼接采用专用M16*50螺栓连接，拼接紧密可靠，和背楞结合使用，能够防止错台，保证浇筑墙体的平整度，以达到良好的饰面效果。施工时先拼装，再整体吊装到位，操作方便，拼装简单。结合核心筒结构特点和流水方式，基本避免了二次拼装，节省人力和时间的投入，保证施工的进度。阴角模与直模板连接处采用企口搭接方式，阳角模与直模板为平口连接，用直背楞与相邻直模板进行加固，确保角模和模板在同一个平面上，这样既可避免阳角处胀模，又可使墙面平整且不渗浆。本模板体系较轻质，零配件较少，实现了模板施工的机械化与专业化程度。模板高度设计核心筒层高变化较大，从模板3.9m到6.3等。其中有91个楼层层高4.5m，此层高重复次数最多，因此模板按照4.5m层高设计，上下端各超出50mm，模板总高度按4.6m考虑。对于低于4.5m的楼层，模板不做改动；对于超过4.5m、低于5.5m层高的楼层，采用模板接高的方式解决；对于超过5.5m层高的楼层，采取两次顶升、两次浇筑的方式解决。模板立面见图15.4.7-2。模板立面图模板平面设计按照F10层平面满配，总共配置墙体平板模板2025m2，角模185m2。1）吊杆布置主要承受架体竖向荷载，并将竖向荷载传递到滑梁的竖向承拉结构。吊杆主要采用50×50×3的方管与8x40x250制作的连接板和M16×90螺栓连接，横杆用40×40×3的方管制成，将内吊杆与外吊杆焊接成一组吊架。详见图15.4.7-3吊杆水平布置2）穿墙螺栓铝合金模板采用直径16mm穿墙螺栓。穿墙螺栓横向间距最大不超过900mm，竖向间距统一为300mm+1025mm+1025mm+1025mm+1025mm+300mm。墙体中没有劲性钢结构的部位，采用传统穿墙对拉做法。对有劲性钢结构的部位，对拉螺杆在劲性钢构件上对拉螺栓高度焊接一段C形钢由T形螺栓+套筒+周转螺栓+PVC管护套组成，T型螺栓钩住C型钢后拧紧，待混凝土达到一定强度后，利用周转螺栓端部方头旋转，回收周转螺栓。如图15.4.7-3所示。C形钢与T型拉钩拉结对拉螺栓3）梁窝的处理梁窝现场用钢丝网片、覆膜多层板解决，待混凝土浇筑完成、拆模后，将钢丝网片后的水泥浆进行剔凿处理，重新进行梁筋绑扎。为保证大模板流水的通用性，连系梁处模板不断开，配模时直接通过去，在墙体中预留梁窝，现场用钢丝网片、覆膜多层板解决，待混凝土浇筑完成、拆模后，将钢丝网片后的水泥浆进行剔凿处理，重新进行梁筋绑扎。具体做法见图15.4.7-4。梁窝节点示意图4）阴阳角部位为保证阳角部位的整体强度，增加模板夹具、加强背楞等进行加固。为防止水泥砂浆从阳角接缝处渗出，一侧的模板端与另一侧模板板面的结合处需贴上密封条，以防漏浆。阴阳角模板施工节点见图15.4.7-5。板阴阳角模板施工节点整体上下交通与逃生通道设计1）施工电梯平台上方有二部电梯（1#、2#电梯）可以直接到平台顶部。在平台上预留电梯孔道，使其能顺利通过。其他施工电梯可到达整体平台挂架下部，局部调整相关挂架以便衔接。见图15.4.8-1,15.4.8-2。到达平台顶部电梯平面到达平台顶部电梯设置示意2）整体平台内钢楼梯整体平台高度覆盖范围内，设置钢楼梯实现人员上下通行。剪力墙将核心筒分隔成9个独立的筒，其他各筒内均布置钢楼梯。对尺寸较大的筒，布置2部钢楼梯。上下两层钢楼梯在竖向位置上相互错开。共设置11部钢楼梯。钢楼梯平面布置图见图15.4.7-3，设置示意图见图15.4.7-4。整体平台内钢楼梯平面布置钢楼梯设置示意3）整体平台与核心筒水平楼板之间逃生通道设计。为衔接核心筒楼板与整体平台，在整体平台下挂两部自爬升钢楼梯，底部到达核心筒楼梯最上层，作为人员紧急逃生通道。逃生通道平面布置详见图15.4.8-5、立面详见图15.4.8-6、剖面图详见15.4.8-7。应急通道平面布置图钢楼梯立面自爬升钢楼梯剖面图智能控制系统设计智能控制系统由油缸压力传感器、油缸行程传感器、平台应力传感器、位移传感器、视频采集传输系统、专业控制软件和中央控制电脑组成。顶升系统通过液压伺服系统调节控制4个油缸的液压油流量，以便实现同步顶升目的。通过油缸行程传感器实时监控4个油缸的行程差值。当4个油缸行程最大差值超过3mm（人工设定）时，软件自动下达指令，令行程最大油缸暂停，行程最小油缸自动补偿，以实现顶升行程的同步。油缸压力传感器监控4个油缸内液压油的压力。考虑到整体平台传递给4个油缸的荷载并非完全相同，软件以顶升前的初始压力为基准，顶升过程中当压力出现急剧变化超过0.3MPa（人工设定）时，软件即可下达指令，停止供油，待人工检查后再次开始工作。在整体平台的四个角部设置位移传感器，其一端固定在挂架上，另外一端固定在已成型的墙体上，检测整体平台与结构墙体的相互位移。当4个相互位移差值较大时，表明整体平台发生倾斜，需要人工检查以纠偏。智能化附着式整体顶升平台系统施工总体施工流程整体平台在F2层墙体施工完毕。在F2层和F3层施工时预埋整体平台埋件。在施工过程中根据平面变化分别在F54层、F84层、F100层墙体施工完毕后对整体平台进行改装，在F116层墙体施工完毕后将整体平台拆除。总体施工流程见图15.5.1-1。总体施工流程系统工作步骤系统工作步骤见表15.5.2-1。系统工作步骤图示工作内容步骤1：附墙支架附着在第N-2层和第N-3层墙体上；第N层混凝土浇筑并养护；第N+1层钢板已安装，钢筋正在绑扎；型钢柱已安装到第N+2层。步骤2：第N层混凝土养护完成后，脱模，模板清理；第N+1层钢筋绑扎、埋件预埋；第N+2层钢板安装。工作内容步骤3：第N+1层钢筋绑扎与埋件预埋完毕并验收合格后，解除上部附墙支架与墙体的连接，油缸进油，整体平台开始顶升；同时第N+2层钢板已安装完毕，钢筋已开始绑扎。步骤4：整体平台顶升一个楼层，上部附墙支架与墙体连接；解除下部附墙支架与墙体的连接，油缸回油，下部附墙支架提升到位，与墙体连接；具体安装步骤整体平台安装过程1-安装下部支撑箱梁2-安装上部支撑箱梁和油缸3-安装支撑立柱4-安装立柱上方主桁架5-安装挂架和模板6-安装顶部花纹钢板、围护和各种设施爬升规划油缸行程为6m，油缸初始安装按层高4.5m考虑，油缸下部安装了600mm的调节短柱，则对于不同层高时的处理方法见下表15.5.3-1。爬升规划序号楼层高度处理方式1＞6m可单层爬升两次，也可跟其