北京丽泽E06项目不规则核心筒爬模架体附着钢支撑柱施工技术

兰云睆，肖运清，李海生，赵鹏宇，张胜帅

(1.中建三局第二建设工程有限责任公司，湖北 武汉 430074；2.北京市建筑工程研究院有限责任公司，北京 100039)

0 引言

随着建筑设计理念的发展突破及业主方成本意识的不断加强，超高层建筑结构形式不断向多样化和轻量化发展，主要体现在建筑造型愈发独特及建筑结构形式的简洁优化。在超高层建筑中，此类结构主要采用核心筒剪力墙-外框钢结构的形式，其中，核心筒剪力墙随着建筑高度的增加，受造型空间及成本用材方面的影响，超过一定高度后往往将部分位置的剪力墙变换为连梁，从而达到筒体空间结构优化、降低钢筋混凝土等材料用量的目的。在爬模架体爬升到一定高度时，取消的剪力墙部位无法进行架体机位的附着，影响结构的进一步施工。据此，研究开发一种适用于不规则核心筒爬模架体附着的装置及施工技术至关重要。

为解决上述问题，通过对北京丽泽E06项目爬模架体附着工况进行分析，优化传统爬模架体在无剪力墙位置的附着方式，提出一整套关于爬模架体等爬升设备在无结构支撑部位附着的关键技术。该技术在不改变原设计结构及不对设备架体进行二次拆改的情况下完成爬模架体等爬升设备的附着及爬升，满足不规则核心筒结构的施工需求。

1 工程概况

北京丽泽E06项目位于北京市丰台区金融商务区，总占地面积约2.5万m2，总建筑面积约15.6万m2，地下4层，地上43层，建筑高201m。该工程西立面自12～43层以7.038°斜向收缩，核心筒受外框建筑造型影响，分别于13，24，35层呈阶梯状收缩，结构形式改变，部分位置原剪力墙部位改为上下连梁的结构体系，属于不规则核心筒结构。若采用传统附着形式，需在无剪力墙部位额外增加附着的混凝土剪力墙或对爬模架体进行拆改，增加大量工期及成本，且需对增加的混凝土结构进行破除，不符合绿色施工要求。

2 施工关键技术

2.1 钢支撑柱设计

钢支撑柱在满足受力需要的同时还要保证其与结构及爬模架体的可靠连接，需对连接进行准确设计。依据结构形式的不同，钢支撑柱与结构及爬模架体连接部位分别采用贴合钢板、顶紧螺栓、穿墙螺栓及架体附着固定块的方式，保证钢支撑柱与结构及爬模架体的连接。

2.2 钢支撑柱受力分析

根据爬模架体在结构上的附着位置及结构空间尺寸，设计钢支撑柱模型，依据现场爬模架体的应用及爬升工况，采用ANSYS有限元软件模拟钢支撑柱的受力情况。分析各种工况下钢支撑柱的应力及位移变形，对比模拟计算结果与设计允许值，对模型不断优化，调整钢支撑柱的材料选择，确定最优的设计方案。

2.3 钢支撑柱附着技术

依据不规则核心筒结构特性，原剪力墙部位变化为无剪力墙的连梁结构形式，现场根据无剪力墙部位上、下结构间距设计钢支撑柱高度，从而满足钢支撑柱与上、下连梁结构的连接，同时满足爬模架体的附着需求。由于钢支撑柱与结构相连，需保证钢支撑柱与主体结构、钢支撑柱与爬模架体连接可靠。钢支撑柱为现场加工，采用Q235材质[20和20mm厚钢板，加工完成后涂刷防锈底漆、面漆，从而提高防腐性能。钢支撑柱上下通过螺栓与结构连梁内的预留套管穿梁连接固定，并通过I16与内侧剪力墙连接，穿墙螺栓选用8.8级M36螺栓，连接处加垫片并拧紧双螺母。在钢支撑柱安装完成后，旋转钢支撑柱两端设计的顶紧螺栓，保证钢支撑柱与结构受力可靠，顶紧螺栓选用8.8级M24螺栓，如图1所示。

图1 钢支撑柱安装示意

3 附着钢支撑柱受力分析

3.1 有限元软件模拟

采用ABAQUS软件，依据设计图纸建立有限元数据模型，分析最不利工况下的应力及变形情况，对比模拟结果与设计要求的允许值。如果模拟结果超过设计允许值，则重新设计钢支撑柱，包括材料和结构的优化设计，从中选择最佳方案。ABAQUS有限元模拟结果如图2所示。

图2 钢支撑模拟

3.2 钢支撑柱与结构连接验算

附着钢支撑柱与结构梁采用M36穿墙螺栓连接并固定，根据螺栓及结构梁受力条件，需对螺栓进行抗拉和抗剪验算。

根据GB 50017—2017《钢结构设计标准》，螺栓受剪承载力应为583.2kN。螺栓承受剪力值最不利荷载NV=120kN<583.2kN，螺栓受剪承载力验算满足要求。

同时承受剪力和杆轴方向拉力的普通螺栓与铆钉，其承载力满足受力要求。

本工程钢支撑柱与剪力墙连接构件I18为轴心受拉构件，采用Q235B钢材，经验算满足受力要求。

根据GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》(2015年版)，剪力墙局部受压强度满足要求。

4 附着钢支撑柱施工技术

4.1 钢支撑柱设计及现场加工

根据爬模架体机位布置图，确定附着钢支撑柱所在核心筒位置，并对该位置空间尺寸和结构构件信息进行分析，同时根据爬模机位的附着要求进行分析，据此进行附着钢支撑柱的深化设计，并进行受力验算，经核算满足受力条件后出具加工及安装图纸。图纸中需明确附着钢支撑柱的各项材质信息、尺寸规格及焊接要求等，加工过程须严格按图纸要求进行，钢支撑柱加工如图3所示。

图3 钢支撑柱加工

构件加工前，需对附着钢支撑柱进行材料取样复试，复试合格后方可进行加工。依据爬模架体在每层附着的相对高度，在完成后的附着钢支撑柱对应处焊接爬模架体附着所需的连接附着块。构件加工完成后，需对其规格尺寸、焊接质量等关键点进行复核，确保满足图纸及现场使用要求。

4.2 附着钢支撑柱现场安装

在结构施工过程中对钢支撑柱安装位置进行放线，并在混凝土连梁和剪力墙内按图预埋套管，在工字钢安装位置上部结构板底预留吊环。在爬模架体爬升前，用塔式起重机将钢支撑柱、工字钢及穿墙螺栓吊运至安装位置，吊装过程中首先利用穿墙螺栓将支撑柱临时固定后脱钩，同时拧紧钢支撑柱上下的顶紧螺栓使钢支撑柱与结构上下连接紧密，然后利用吊环和手拉葫芦将工字钢提升至设计高度，用螺栓将支撑柱、工字钢、连梁和内侧的剪力墙连接为受力整体，钢支撑柱安装如图4所示。

图4 钢支撑柱安装

4.3 爬模架体爬升附着

爬模架体利用钢支撑柱作为附着支撑点爬升的方式与传统利用核心筒剪力墙进行爬升的操作区别不大，需在满足安全及规范的前提下进行爬升作业，保证爬模架体和钢支撑柱连接的可靠性，爬升步骤如下。

1)当混凝土强度达到15MPa后方可进行爬升作业，首先在钢支撑柱附着块上安装爬模架体的附着支座，然后启动油缸顶升爬模架体导轨并穿过附着支座，确保导轨顶端与附着支座卡位准确。

2)收起爬模架体的顶墙支腿，然后拆除爬模架体与原附着支座连接处的防倾插板，再次启动油缸，进行爬模架体爬升。

3)爬模架体爬升到位后，插入防倾插板，使架体通过附着支座与钢支撑柱形成完整受力体系，实现利用钢支撑柱进行爬升的目的。

5 结语

北京丽泽E06项目针对爬模架体无附着点的情况，在不改变原有建筑结构形式的前提下，利用钢支撑柱附着技术，达到了爬模架体爬升、附着及安装的目的，解决了不规则核心筒爬模架体等爬升设备无附着点的施工难题，避免更改结构形式，在保证爬模架体正常附着爬升的情况下，缩短工期、降低工程成本并提高工程施工效率。该支撑柱可周转使用，整个安装及操作过程便捷高效，绿色环保，无建筑垃圾产生。