东莞国贸中心T2塔楼高428.8m, 为钢管混凝土外框柱+钢筋混凝土核心筒 (内置钢板) +伸臂桁架+腰桁架多重抗侧力结构体系, 核心筒为九宫格筒体, 4个角部随楼层不断升高形成切角, 外墙厚度由1 400mm逐渐减小至500mm, 施工时需重点考虑墙体变化部位对顶升平台及施工进度的影响, 以保证项目整体进度要求。

智能顶升钢平台系统由承力系统、动力与控制系统、挂架系统、模板系统、智慧工地系统组成。T2塔楼智能顶升钢平台如图1所示。

承力系统由上下支撑箱梁、传力柱、立柱及顶部钢平台组成 (见图2) , 其中上下支撑箱梁间通过传力柱连接, 下支撑箱梁与液压顶升油缸连接, 上支撑箱梁与立柱连接, 立柱支撑与钢平台连接, 形成稳定的整体。整个钢平台工作原理为:上下支撑箱梁每端设置伸缩牛腿, 由伸缩油缸控制, 通过伸缩及顶升实现上下支撑箱梁交替支撑于结构墙体预留洞口, 进而实现整个系统顶升。施工过程中可根据结构形式优化立柱布置, 进而减少钢平台用钢量。

动力与控制系统主要由顶升油缸、泵站、PLC同步控制系统组成。根据立柱布置, 在每根立柱对应位置设置顶升油缸, 并配套设置泵站。设置PLC控制系统对顶升行程及同步顶升位移进行控制, 可实现智能同步顶升 (精度±1mm) , 同时配合油缸液压自锁保护 (防爆阀、平衡阀、压力过压报警) 实现顶升安全控制。

挂架系统作为施工人员操作平台及安全防护设施, 分为内外挂架, 可根据楼层高度进行优化设计, 既要满足各段施工作业面需要, 又要满足人员通行及安全需求。

每步挂架设计高度<2.2m, 挂架高度范围内需覆盖钢结构施工、钢筋绑扎、混凝土浇筑、混凝土养护及底部封闭清理施工作业面。一般设置6～7步高度, 同时每隔1层走道板需设置封闭走道板, 保证下部通行及作业人员的安全。挂架立杆顶部与钢平台连接吊挂于钢平台底部, 挂架采用钢方通作为横、竖向杆, 走道板由角钢框架、钢板网或花纹钢板组成。

模板系统作为智能顶升钢平台主要组成部分之一, 由定型大模板 (铝合金模板或钢模) 、滑轮、电动葫芦、对拉螺杆等组成。其中模板通过钢平台下弦杆底部滑梁悬挂于钢平台底部, 随钢平台顶升实现同步顶升。模板设计时需重点考虑吊点设置、变截面部位模板处理、变层高部位模板加高方式、对拉螺杆布置等。

智慧工地系统为智能顶升钢平台信息化安全控制系统, 主要由支撑箱梁与主次桁架部位应力及应变传感器、立柱部位姿态传感器、牛腿部位红外线视频监控、钢平台顶部气象监测站、动臂式塔式起重机360°全景实时监控云台组成。通过实时数据监控及反馈, 管理人员可随时掌握钢平台动态, 保证钢平台的安全运行。

智能顶升钢平台施工工艺流程如图3所示。

钢平台系统设计需根据实际工程结构特点进行, 考虑因素包括支撑箱梁位置、钢平台主次桁架布置、顶升高度、挂架高度等, 在最大限度上满足现场施工要求。油缸、泵站、PLC控制系统等配件可重复利用。钢平台设计时考虑钢平台自身安全性、核心筒墙面变化部位处理方式等。

1) 支撑点设计优化

为充分利用连梁部位洞口, 减轻钢平台用钢量, 同时减轻油缸压力, 根据结构形式采用5支点支撑方式 (见图4) , 用钢量由原来的432t减至386t。整个钢平台系统自重约1 300t, 选用5个顶升油缸后, 将500t顶升力的油缸换为450t即可满足顶升要求。

2) 钢平台受力分析

智能顶升钢平台为材料堆放及施工作业的主要场所, 为保证施工作业环境安全稳定, 对钢平台施工阶段及顶升阶段进行受力分析。

支撑立柱高21m, 平台尺寸为28.8m×29.5m, 支撑箱梁跨度为3m, 钢平台最大跨中长度为17m, 端部最长悬挑6.96m。

施工阶段上下支撑箱梁牛腿均支撑在核心筒结构上, 此时钢筋等材料堆载最大。考虑恒荷载、活荷载、风荷载作用, 其中风荷载考虑最大12级, 风速36m/s。

对施工阶段钢平台建模进行分析, 由计算结果可知, 钢平台位移矢量和为22.4mm, 由于桁架悬挑较大, 钢平台y方向位移峰值 (20.39mm) 出现在桁架平台4个角部, 桁架悬挑长6 960mm, 其起点z方向位移为12mm, 挠度为8.39mm<6 960/400=17.4mm, 刚度满足要求;顶升系统水平位移最大值为10.2mm, 顶升系统高21m, 允许立柱水平位移为21 000/1 250=16.8mm, 刚度满足要求。钢平台体系最大应力144MPa, 应力满足要求。

油缸打开, 下支撑箱梁与钢平台通过顶升立柱与活塞杆传力, 此时需重点考虑风荷载作用。对顶升阶段钢平台建模进行分析, 由计算结果可知, 钢平台位移矢量和为29.5mm, 由于桁架悬挑较大, 钢平台y方向位移峰值 (29.7mm) 出现在桁架平台4个角部, 桁架悬挑长6 960mm, 其起点z方向位移为17mm, 挠度为12.7mm<6 960/400=17.4mm, 刚度满足要求;顶升系统水平位移最大值为9.15mm, 允许立柱水平位移为21 000/1 250=16.8mm, 刚度满足要求。钢平台体系最大应力217MPa, 位于顶升立柱与横梁连接处, 区域较小, 为应力集中区;大面积应力较高区出现在主桁架与次桁架上, 应力满足要求。

钢平台作为大型顶升系统, 安装前需对施工方法、施工顺序、定位轴线、定位标高、注意事项等进行详细交底。

现场安装前准备工作包括: (1) 预先施工与外框柱及水平板错开的3层竖向混凝土墙体, 该墙体作为安装钢平台的基础, 施工时采用传统支模方式; (2) 墙体上预埋支撑钢平台桁架的临时支撑托架; (3) 墙身预留支撑箱梁牛腿洞口; (4) 安装所需构配件由工厂加工完成后运至现场。所有构配件、现场支撑托架、预留洞口验收合格且具备安装条件后进行钢平台安装。

钢平台安装顺序为:顶升箱梁地面组装 (支腿油缸、支腿、导向腿) →顶升箱梁整体吊装就位 (支撑部位预埋牛腿垫板) →顶升油缸吊装、安装→支撑箱梁地面组装 (牛腿油缸、牛腿、导向轮) →支撑箱梁整体吊装就位 (支撑部位预埋牛腿垫板) →立柱吊装、安装→各箱梁供电设备、液压设备及通信信号线连接调试→各主立柱间供电设备、液压设备及通信信号线连接调试→主次桁架拼装、吊装→主次桁架与主立柱连接→挂架梁安装→内外挂架安装→挂架平台及安全网安装→模板滑梁安装→模板挂接→顶层工作台及卸料平台铺设→布料机架设→安全检查, 试运行及安装验收。

1) 钢平台系统为钢筋工程施工提供安全、封闭的操作空间, 特别是需要通过设置挂架保证连梁及上部墙体部位钢筋的绑扎。

2) 分批次将钢筋吊运至钢平台顶部, 再通过人工或卷扬机传运至施工部位进行安装。钢筋堆载重量应在平台设计承载范围内。

3) 钢平台提升前需在钢筋上弹出对拉螺杆定位线, 箍筋及竖向钢筋需错开该位置, 防止对拉螺杆与钢筋碰撞。

4) 埋设预埋件、预埋管线、水平构件钢筋及直螺纹套筒, 直螺纹套筒需定位准确、连接牢固。

5) 钢筋绑扎完成后需检查钢筋与挂架是否存在挂接, 同时对上部钢筋进行固定, 防止偏位。

1) 顶升准备

顶升准备工作包括以下内容: (1) 预埋钢筋、直螺纹、塔式起重机埋件、钢构埋件、钢筋工程等隐蔽验收完成; (2) 检查油缸油路及连接节点是否异常、螺栓是否紧固、油缸垂直度是否满足要求等;检查支撑立柱垂直度、变形情况及各节点连接情况是否存在异常; (3) 检查支撑箱梁部位预留洞口标高及尺寸、钢平台主次桁架受力及变形情况; (4) 检查模板是否完全脱开混凝土墙体表面、挂架翻板是否全部翻起; (5) 顶升行程内影响顶升的障碍物须全部清理完成, 钢平台上堆载须均衡; (6) 钢平台顶升前须组织安全检查。

2) 试顶升

准备工作完成后开始顶升作业, 上支撑箱梁顶起3～5cm, 查看牛腿是否完全脱离洞口底部、是否与洞口碰撞。

3) 正式顶升

无异常后开始正式顶升, 启动小油缸收回箱梁牛腿, 然后采用大吨位长行程油缸继续顶升上支撑箱梁。当上支撑钢梁距牛腿预留洞口800mm时, 由专人测量各伸缩牛腿下部距支撑洞口底的距离, 采用薄钢板再次对各洞口进行复核找平, 确保各支撑洞口底部与伸缩牛腿底部的距离相同。找平结束后继续顶升至伸缩牛腿底部距洞口底部3～5cm后停止, 调整支撑钢梁位置, 对准支撑洞口, 启动小油缸控制伸缩牛腿至支撑洞口内, 回落上支撑箱梁使其承受整个系统荷载。按上支撑钢梁顶升步骤提升下支撑箱梁。待上下2道支撑钢梁全部就位后进行1次调整顶升, 使上下支撑箱梁共同受力, 均分整个钢平台系统荷载。

钢平台顶升完成后开始铝合金模板合模工作, 以引测至已浇混凝土墙体内外两侧标高线和测量墙体控制点为基准进行铝合金组装的标高及平面控制, 组装时严格按照施工顺序进行, 注意各配件拼装情况及螺杆孔的位置, 发现问题及时更换、调整, 对拉螺杆间距应符合设计要求。

模板安装完成后根据定位点对每面墙模板进行测量复核, 模板检测内容主要包括墙体垂直度、截面尺寸、轴线位置。每道墙体模板都要进行轴线引测检查, 轴线下投时对每道墙体的偏差情况做好标记, 边测边调整并做好模板加固工作, 直至满足规范要求为止。

模板加固采用16以上的高强对拉螺杆, 模板内设钢筋内撑, 模板下口夹紧已浇筑混凝土15cm。

铝合金模板固定就位后利用标高和轴线位置校核模板安装, 模板垂直度、标高、加固情况符合要求后浇筑混凝土。混凝土浇筑时需派专人看护模板, 防止模板漏浆。

1) 钢平台上放置2台大型自动布料机, 随钢平台系统同步顶升。固定布料机位置, 通过遥控器进行转动摆臂。

2) 混凝土泵管应按顶升高度进行设计及配置, 每顶升1层仅需将1段竖向管取下, 顶升结束后将与顶升长度相同的1段管安装在竖向管上即可。竖向管通过抱箍固定于剪力墙上。

3) 钢平台与混凝土浇筑面高度一般>2m, 故需采用串筒将混凝土从布料机口下引至混凝土浇筑面。

4) 严格按照浇筑顺序进行分层浇筑, 严禁1次浇筑到顶。

5) 浇筑完成后必须马上清理各作业面混凝土残渣, 确保各作业面清洁。

1) 混凝土终凝后松开对拉螺杆5mm, 利用脱模器将模板松开, 终凝时间根据实际情况进行调整。

2) 拆模前检查每块模板上部吊点是否连接牢固。

3) 按照支模反向顺序依次拆除对拉螺杆, 清理干净后分类堆放整齐, 并将模板退开墙面100mm左右。

4) 对变形、损坏的模板进行修补, 并在下次合模前涂刷脱模剂。

钢平台设计之初应考虑伸臂桁架层及结构变截面部位的处理方式, 主要将受影响部位设计为可拆装的型钢梁, 到达影响层时, 将该部位型钢梁暂时拆除。主桁架应避开该部位, 确保不影响整个钢平台的受力。

1) 严格按设计方案要求加工制作钢平台系统各构件, 液压系统及PLC控制系统相应构件应采购满足设计要求的合格产品, 安装完成后应进行联动调试, 确保各仪表、阀门能满足设计功能要求, 保险装置在意外情况下能及时生效。

2) 为确保钢平台顶升过程中各项工作有序进行, 须建立一套完整有效的通信指挥系统。

3) 顶升油缸同步性是顶升安全的重要保障, 要求控制钢平台各支撑立柱顶升点绝对高差<3mm。当>3mm时, PLC控制系统制动, 调节油缸压力值。当出现特殊情况 (顶升过程中遇障碍物) 造成支撑立柱顶升点绝对高差>10mm时, 系统自动报警并强制停止顶升作业, 查明原因并排除故障后采用点动顶升方式将支撑立柱高度调整水平后继续顶升。

4) 钢平台顶升完成后应及时使用防火布将牛腿小油缸上口盖好, 避免上部水泥浆掉入伸缩牛腿中, 影响后续工作。

5) 定期做好模板质量检查及复核, 应定员定岗进行模板清理, 层层涂刷脱模剂, 每隔5～6层清理1次。

1) 钢平台上堆载不得超过设计要求, 不得随意堆放材料及设备, 放置限载标识牌。

2) 钢平台顶升前应对各项安全措施进行认真检查, 均合格后方可进行顶升。顶升结束后应检查正常使用前的各项安全措施, 均合格后方可使用。

3) 钢平台封闭系统采用双重保险, 如模板悬挂、挂架翻板等在正常使用情况下再增加1道拉结。

4) 钢平台使用过程中在水平施工楼层与钢平台间设置防护棚, 防护棚可根据楼层高度进行增减, 一般每隔15～20层设置1道。

5) 台风来临前应采取对应加固措施, 将铝合金模板固定在墙体上, 将钢平台上的零星物料清理并吊运至地面。

随着物联网、互联网技术的发展, 智能顶升钢平台已集合众多先进的监测手段, 在钢平台应用过程中, 通过应用物联网、云存储等手段进行实时监测及传输, 使智能顶升钢平台更加安全、经济、高效。东莞国贸中心项目通过对智能顶升钢平台施工过程的优化大大加快施工速度, 降低施工成本。