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超高层建筑变截面核心筒爬模、悬挑与落地架组合施工工法

工艺原理

爬模架:主要由附墙装置、H型导轨、下架体、上架体、液压升降系统、防倾以及安全防护系统等部分组成,工艺原理是针对高层或超高层建筑主体混凝土结构施工时,根据墙体分布情况,合理布置机位,每个机位处设置液压升降系统,爬模架体系通过预埋在墙上的附墙装置连接固定。通过液压油缸出缸收缸动作及上下防坠爬升器凸轮摆块位置的调节实现导轨及架体的爬升。

悬挑架:利用固定在主体结构梁板上的型钢制作的悬挑梁,并辅以悬挑梁斜拉钢丝绳及稳定件作为钢管外架的承力构件,搭设钢管外架高度不超过24m,并按一定数量设置拉结点,沿结构外围分段搭设满足施工要求。

落地架:利用已完成主体结构梁板作为支撑面,搭设钢管外架高度不超过50m,并按一定数量设置抛撑和拉结点,沿结构外围搭设满足施工要求。

爬模、悬挑与落地架组合施工原理:核心筒标准层利用爬模架由下往上逐层爬升施工。施工至核心筒变截面楼层时,由于局部结构收缩,无法继续为爬模架提供有效附着点,故将结构收缩区域爬模架体停止爬升并拆除,改用悬挑架与落地架组合施工,结构不变区域继续用爬模架施工。三种架体连接节点处根据施工需求,做好相应封闭防护和连通拉结措施。通过爬模、悬挑与落地架三者组合完成核心筒剩余结构施工至建筑物封顶。

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爬模架体系整体剖面原理图

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变截面核心筒爬模、悬挑与落地架组合施工原理图

施工工艺操作要点

一、施工准备

1 技术准备

1)编制爬模架安全专项施工方案、悬挑架与落地架安全专项施工方案,并全部经专家论证通过。

2)爬模架专项施工方案实施前,爬模施工单位应向总包单位进行书面的方案交底,并由双方共同签字确认。爬模架施工单位应向爬升操作人员进行书面的安全技术交底,项目专职安全生产管理人员参与,所有参加人员需签字并存档。悬挑架与落地架安全专项施工方案实施前,同样做好各级交底与资料归档工作。

3)总包单位应对爬升模板系统施工工序相关的钢筋工程和混凝土工程施工人员进行安全技术交底,使其知晓模架施工的特点,做好相关的配合施工工作。

4)经分析,决定通过采用外墙液压爬模架(JFYM100型)完成核心筒标准层施工,采用爬模、悬挑、落地架组合完成变核心筒变截面层施工。

5)液压爬架体系机位间采用15道平台钢梁和10道托梁连接、U型螺栓固定,最大限度的保证了架体的强度、刚度、稳定性及整体性。拼装全部为模块化,可在地面拼装、整体吊装,下架体、导轨及防坠爬升器在出厂前组装完毕。爬升设备采用成套标准化设计,设备进入施工现场采用整体拼装后整体吊装到位,无需现场进行二次加工,标准化设计易于安装、施工管理和过程控制,更有利于施工安全。设备侧防护全部采用“钢框架+钢板网+米字钢支架”、底防护采用“钢框架+钢板”全钢外防护,阻燃防漏,高空抗风。针对临边、拐角、变截面、其他施工机具交叉使用等特殊施工过程,设计了翻板、拉门式防护、特殊防护通道等结构,确保施工安全。设备采用专项防坠装置和防倾覆装置设计,具有双重保护。

6)悬挑架与落地架主要选用18#-4.5m工字钢,φ48.0mm×3.3mm钢管,6×19W+FC(纤维芯)钢丝绳等主材,经计算均可满足受力要求。

2 材料准备

1)爬模架附墙装置、H型导轨、下架体、上架体、液压升降系统、防倾以及安全防护系统等材料按设计方案要求提前备好,相关资料合格、有效、齐全。

2)搭设悬挑架和落地架所需的工字钢、钢管、扣件、钢丝绳、脚手板、安全防护网提前备好。

3)工字钢、钢管等材料在工厂按设计要求提前加工生产好,相关力学性能必须检验合格,有出厂合格证书及其他相关验收合格文件。

3 场地准备

1) 所有材料提前准备好现场堆场,安装前一天运至现场。

2)周边洞口、临边安全防护措施到位。

3)相关部位验收完成,不影响后续的施工。

4 施工机具准备

汽车吊,锤子,单扳手,活动扳手,钢丝钳,墨斗,粉丝带,水准仪,水平尺,钢卷尺,工程测量尺,拧紧力矩检测扳。

二、核心筒标准层爬模架安装与爬升

1 平台简介

外墙液压爬模架(JFYM100型),外墙液压爬模架布置于核心筒外墙,该形式爬模架可带墙体一侧大模板一起爬升,平台宽度2.3m,架体总高16.1m,可覆盖三个半层高,架体共有六层操作平台,从上至下分别为:上三层为绑筋操作平台,可借助此三层平台绑扎钢筋;中间两层为支模操作平台,可在此平台上完成合模、拆模、清理模板等工作;下层为爬升操作平台;最底层为拆卸清理维护平台。当墙体混凝土达到15mpa要求后,先爬升液压爬模架,将液压爬模架爬升至上一层,此时借助退模机构将模板退690mm,即可借助此空隙清理模板,并对上架体进行刚性拉接,此时即可借助上两层操作平台绑扎墙体钢筋, JFYM100型液压爬模架顶层平台施工限载为400Kg/m2,架体四角悬挑禁止堆料,机位间距5米以上位置顶层平台限载为100 Kg/m2。

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核心筒液压爬模架立面示意图(左)和施工图(右)

2 根据爬模架安全专项施工方案在核心筒标准层进行安装。

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爬模架安装完成后平面示意图(左)和施工图(右)

3 爬模架安装完成后,根据核心筒施工进度逐层爬升施工。

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爬模架爬升示意图

三、变截面层结构收缩处爬模架拆除

核心筒施工至变截面层(假设为第N层),局部结构收缩,无法继续为爬模架提供有效附着点,故将结构收缩区域爬模架体停止爬升并拆除,保留结构不变区域爬模架体继续爬升施工。

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核心筒标准层与变截面层爬模架平面示意图

四、悬挑架搭设

1 搭设参数

在核心筒变截面层下方的标准层N-1层(无法搭设落地架的区域)搭设悬挑架。悬挑架采用φ48.0mm×3.3mm钢管搭设,纵距 0.7m,步距 1.8m、横距 0.85m 。型钢采用18#工字钢,内排立杆距离结构边缘0.20m。脚手板采用1m×0.8m钢笆网,在操作层满铺,并设设置180mm高挡脚板。架体外侧每步中间设两根安全栏杆并在外立面满挂密目安全网,内衬20*20mm丝径0.7mm钢丝网,每楼层均设置安全兜网。连墙件按三步一跨设置,均用钢管双扣件与主体结构可靠连接。外架搭设时立杆顶端高出结构操作层≥1.2m。

2 架体卸荷钢丝绳

每三层设置一道钢丝绳卸荷,卸荷水平距离为1倍立杆间距,即该层外架每跨均需卸荷。卸荷钢丝绳第一道拉在第一道工字钢外立杆底部位置,第二道拉在往上三层外排立杆底部,以此类推。卸荷钢丝绳作为安全储备,不参与受力计算。设置卸荷钢丝绳时,钢丝绳和内、外立杆应保持在同一个垂直平面内。钢丝绳应定期检查,保证钢丝绳的紧张度及绳卡不松动。

3 抗上升翻流作用钢丝绳

悬挑架体离地高度接近较高,考虑风荷载等因素影响,危险系数较大。采用在工字钢层设置抗上升翻流作用钢丝绳的安全技术措施,可有效解决此问题。具体做法为,在工字钢下皮距外端部10cm处双面满焊直径25cm钢筋圆环(环内径5cm),用6×19A15.5钢丝绳穿过钢筋圆环,拉结在工字钢层下方一层的预埋吊环上,每条工字钢设置一道,起抗上升翻流作用,并确保钢丝绳处于紧绷且不对工字钢产生拉力。

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悬挑架平面示意图

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悬挑架立面示意图(左)和施工图(右)

五、落地架搭设

1 搭设参数

在核心筒变截面层下方的标准层N-1层(可以搭设落地架的区域)搭设落地架。落地式钢管脚手架均采用纵距0.7m、横距0.85m、步距1.8m搭设,内排立杆距离结构边缘0.20m。脚手架外侧每步中间设两根安全栏杆并在外立面满挂密目安全网,连墙件按三步一跨设置,均用钢管双扣件与主体结构可靠连接,脚手架每层均设置安全兜网与主体结构可靠连接。

2 连墙件设置

1)刚性连墙件:采用φ48.0×3.3mm 钢管、扣件和预埋短钢管(预埋至结构边梁,埋深不小于20cm)组成,且连墙件与预埋钢管和架体内外立杆连接为双直角扣件连接。连墙件应靠近主节点设置,偏离主节点的距离不应大于 300mm。

2)柔性连墙件:当遇剪力墙无法设置刚性连墙件时,应设置柔性连墙件。柔性连墙件采用直角扁钢拉结,在施工剪力墙时扁钢一端提前埋入剪力墙内(预埋长度不小于15cm) ,另一端露出剪力墙面,待后续与连墙件钢管进行满焊。直角扁钢材质为Q235,厚6mm,尺寸为80mm*150mm+80mm*100mm,150mm长方向进行居中开洞,孔径20mm,孔距50mm,共开两洞。直角扁钢预埋时,应用20cm长,直径为14cm的三级钢筋穿过所开之孔,并与剪力墙钢筋点焊固定。

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柔性连墙件做法示意图

3 抛撑设置

落地架和悬挑架应每层设置抛撑,抛撑每三跨一设。抛撑材料选用φ48.0*3.3mm以上直径,一端用短钢管埋入板内,一端用3.5m长钢管与外架内立杆拉结,连接节点处用旋转扣件进行连接。

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落地架平面示意图

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落地架立面示意图(左)和施工图(右)

六、爬模、悬挑、落地架连接节点处理

1 爬模架和悬挑架连接节点处理

爬模架和悬挑架互不连通,两架体在端头处竖向各自封闭。由于相邻较近,考虑爬模架爬升过程避免和悬挑架互相干扰,两个架体水平方向需要留有最少200mm宽的安全距离。此200mm宽的水平空隙采用翻板封闭。翻板通过两个合叶固定在爬模架的平台板端部,可以翻转。当爬模架为非爬升工作状态时,翻板翻转后搁在紧邻的悬挑架工字钢上,并临时固定,起到水平安全防护的作用;当爬模架为爬升工作状态时,将临时固定在工字钢上的一端松开,翻转至爬模架端部并临时固定。

2 悬挑架和落地架连接节点处理

为方便施工,悬挑架和落地架互相连通,连接节点处端头双排钢管立杆用横杆互相拉结,并铺设钢板网片,方便施工人员通行。悬挑架和落地架外侧全部用安全绿网内衬钢丝网防护,防止施工时人员和物体坠落。

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爬模、悬挑、落地架连接节点示意图

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爬模架和悬挑架连接节点处翻板设置示意图(左)和施工图(右)

七、爬模、悬挑、落地架组合施工至结构封顶

核心筒变截面层结构收缩区域爬模架拆除后,同时搭设悬挑架和落地架,然后配合爬模架完成第一层变截面层结构施工。根据后续施工进度,将落地架和悬挑架往上加高搭设,并保持外架立杆顶端高出结构操作层≥1.2m。爬模架根据自身架体特点,随结构爬升,始终保持高出结构操作层两层。

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爬模、悬挑、落地架组合前、中、后施工图

八、架体使用及维修

1、架体的使用

1)爬模架架体在组装完成后,应进行一次全面的检查验收后,方可投入使用。架体的爬升遵循如下程序:

准备工作→签发爬升作业令→拆外墙模板→检查爬模机位预埋偏差→安装附墙装置→爬升导轨→导轨到位→架体的爬升准备→架体清理→爬模架拐角护网退开→松开各机位的支腿→操作电控系统爬升架体→恢复架体与平台的防护及拐角防护→爬升后检查验收→进入下一次提升。

2)钢管架在使用中,应定期检查以下项目:

(1)杆件的设置和连接,连墙件、支撑、门洞桁架等的构造是否符合要求;

(2)底座是否松动,卡箍是否松动,立杆是否悬空;

(3)扣件螺栓是否松动;

(4)安全防护措施是否到位;

(5)是否超载。

2、架体的维护保养

为保证升降架的正常使用,避免事故隐患,应定期对爬模架和钢管架进行维护和保养。

1)爬模架每次提升前,施工班组应对所升架的架体的固定导向座的附墙螺栓进行检查,螺栓罗处螺母端部的长度不得小于3扣,并不小于10mm,发现问题应及时解决和更换,由工程部验收签字后方可进行升降。

2)定期进行维护保养,检查液压升降系统、防倾以及安全防护系统情况,由爬模施工单位对架体进行检查并记录。

3)检查构件焊接情况,悬挂端下沉情况,扣件松紧情况等。

4)检查控制分机、传感器及自动控制线路等,确保能正常使用。

5)每个月都应对导轨、主梁齿条、调节支腿、防坠装置等进行保养,以保证架体的正常使用。

6)运至地面的构配件要即使检查,做好维修和保养工作,延长钢管、扣件、脚手板等周转材料的周转次数。

7)对在使用过程中,防锈漆掉落的要重新涂刷防锈漆;经检查不符合使用要求的剔除出来,不得再使用。

8)重新整理的构配件按品种和规格码堆存放,不得长时间暴露在风雨和日晒下。

九、架体拆除

1 爬模架拆除步骤如下所示,拆除示意流程图如下图5.2.9-1所示。

1)拆除准备;

2)拆除外立面钢防护网;

3)拆除各层平台和托梁;

4)拆除上支撑架与模板;

5)拆除模板支撑体系;

6)拆除主支撑系统。

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爬模架拆除示意流程图

2 悬挑、落地架拆除

脚手架的拆除顺序与搭设顺序正好相反,后搭设的先拆除,先搭设后拆除,脚手架的拆除应从上往下,水平方向拆完再拆下一步。

一般顺序:密目安全网、钢丝网→挡脚板→脚手板(钢笆)→扶手(栏杆)→剪刀撑(随每步脚手架拆除)→搁栅→大横杆→小横杆→立杆→工字钢。