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摘要：目前300米以上超高层建筑多采用液压自动爬模体系施工，在液压爬模爬升过程中，爬升受力原理是将自重通过爬升导轨传递到剪力墙上，层高设计多为3米至5米，一般结构施工中均能正常爬升，本文研究特殊情况下爬模爬升部位为超宽洞口无剪力墙爬升和超大层高爬升两大关键技术难题，采用理论计算和现场试验的方法论证本创新技术，加工制作了爬模临时钢柱支撑和钢支座支撑，通过数据分析和实际应用得出结论，该创新技术均成功地解决了两大问题，并达到了提高工效、节约成本、保证安全的目标，该综合技术经科学技术成果鉴定达到了国内领先水平。
关键词：300米超高层；液压自爬模；超宽洞口爬升；超大层高爬升；临时钢柱支座
一、引言
近年来超高层建筑迅猛发展，建筑多设计为钢筋砼核心筒结构，核心筒结构施工模架多采用液压爬模体系，极大的节省了工期，减少材料及机械投入，效益显著。液压爬模系统静止状态下自重通过液压平台附墙撑传递到剪力墙上，爬升时附墙撑收缩，重力则通过导轨传递到剪力墙上，但在工程实际施工中，因核心筒结构变化较大，剪力墙削弱，变为混凝土梁，因此液压爬模在超宽洞口爬升无受力传递点，因此给施工操作带来极大的困难，而传统工艺多采用浇筑混凝土柱作爬模支撑爬升，后期再将混凝土柱凿除的方式施工，该方法将增加成本投入、工期损失，不能满足现场需求。爬升导轨是整个爬模系统的爬升轨道，导轨设计需具有足够的刚度，其变形值不应大于5mm，导轨的设计长度不应小于1.5倍层高，因架体自重大，导轨长，超过5米爬升时易产生变形，严重影响爬升安全，原有设计采用预埋式支撑座，预埋工程量大，埋件自重大，耗时费力，且对模板安装质量带来极大影响，但支撑座作用大，不可取消，因而带来一系列问题，从而降低了工效，结构质量难以得到保证。针对以上两项问题展开攻关，进行了超宽洞口爬模临时支撑施工技术和液压爬模导轨支撑座施工技术创新，经过反复的计算设计和现场实践，该创新技术成功解决了爬模在超宽洞口无法附着支撑的爬升难题和超大层高爬升导轨易变形的难题，技术方便快捷、安全可靠、绿色环保，极大的节省了成本投入，提高了施工效率，并先后应用于深圳宝能中心项目和湖南长沙国金中心项目，取得了良好的经济效益和社会效益。
二、施工关键技术研究
2.1工程概况
宝能中心（12-04）施工总承包工程项目位于深圳市罗湖区，建筑高度318米，塔楼71层，核心筒结构形式为钢筋混凝土核心筒结构，采用SCS80型液压自爬模体系，核心筒54层结构以上为酒店层，层高3.6m，当结构由剪力墙变化为连梁结构时，超宽洞口（Ln≤5.6m），使用超宽洞口爬模临时支撑施工技术。塔楼核心筒3层结构开始使用液压爬模，标准层层高为4.2m，避难层高度5.3m和5.4m，该楼层采用液压爬模导轨支撑座施工技术。由两项关键技术整理归纳为超高层液压自动爬模关键技术创新应用。
1埋件总成
液压自爬模体系的埋件总成包括：埋件板、高强螺杆、安装螺栓、爬锥、受力螺栓等。
1）埋件板与高强螺杆
埋件板与高强螺杆连接，能使埋件具有很好的抗拉效果，同时也起到省料和节省空间的作用，因为其体积小，免去了在支模时埋件碰钢筋的问题。埋件板大小、拉杆长度及直径须按抗剪和抗拉设计计算确定。
2）爬锥、安装螺栓
爬锥和安装螺栓用于埋件板和高强螺杆的定位，砼浇筑前，爬锥通过安装螺栓固定在面板上。锥形接头应有可靠锚固措施，锥体螺母长度不应小于承载螺栓外径的3倍，预埋件和受力螺栓拧入锥体螺母的深度均不得小于承载螺栓外径的1.5倍。
3）受力螺栓
承载螺栓是埋件总成部件中的主要受力部件，要求经过调质处理（达到Rc25-30），并且经过探伤，确定无热处理裂纹和其他原始裂纹后才允许发货。
2 预埋件埋设
预埋件埋设正确与否，对整个爬模安装至关重要。在爬锥与高强螺杆连接处，应涂抹黄油；在爬锥表面处均匀涂抹黄油，便于埋件拆除，爬锥预埋标高为结构面下800mm。
此非标挂板由原始爬模标准挂板和非标构件焊接而成，具体尺寸如图中所示，其中非标构件厚度20mm，原始标准挂板有标准挂板和100mm增高挂板两种。构件焊接采用坡口焊，由钢结构专业焊工进行焊接，焊接后需要对焊接质量进行验收，验收合格后方可安装使用。
用塔吊卡环卡住钢柱上口吊点，扶稳钢柱，当钢柱螺杆与孔位对齐后将其用力推入，钢柱下方将其向内侧拉，将钢柱推入结构内侧。钢柱使用过程中，因为特殊非标高楼层采用的组合钢柱，因为高度较高，危险性较大，特意搭设挑架措施，以保证人员操作安全。
2.3液压爬模导轨支撑座施工技术
2.3.1 爬升系统受力分析
爬升装置系统多模板、架子合为一体，其中模架部分与导轨相互爬升，操作简单、便于安拆，可提高工作效率，通过对国内目前使用的爬升系统构造分析，其静止状态和爬升状态受力极大点均位于液压平台，导轨自身强度、刚度尤为关键，但增加受力支撑措施可有效保证导轨顺直不弯曲。
导轨计算按照标准层高4.2m计算，架体钩头爬升至导轨跨中位置时导轨处于最不利受力状态，变形最大。此时采用刚度计算荷载组合计算架体支反力图如下，此作用力与导轨所受荷载互为反作用力，方向相反，以此计算导轨受力情况。
3支撑座及受力螺栓选型分析
1）导轨支座螺栓受力计算
现场采用8.8级10mm的螺栓将附加支座固定于导轨内侧，螺栓的容许抗剪强度448MPa。导轨附加支座距离下层附墙挂座1.7m，在爬升过程中导轨一旦从附墙挂座上脱落，将对附加支座产生冲击剪切荷载。
7.5m长标准导轨重量为257.6Kg，导轨坠落至下层附墙挂座后所产生的冲击荷载为1.4×2.576=3.6KN，剪力为3.1×103/78.5=45.8MPa<448MPa，满足要求。
2）附加支座抗压强度计算
根据爬模计算书得出在正面风荷载爬升工况下，爬模承重三脚架（如图5.2.1-3所示）对导轨的作用力最大，此时横梁钩头对导轨的拉力为165.35KN，附墙撑对导轨的压力为110.57KN，对导轨进行受力分析。
2.3.2导轨开孔
1导轨放样
导轨长度7.5m，宽度150mm，材质为H15型钢。开孔位置位于无提档一侧，从导轨上端量取2.5m位置处放线，沿宽度方向用钢尺分别按照28mm、40mm、75mm、110mm、122mm画点，在中心线在28mm-40mm，110mm-122mm刻度间画DN12mm圆，此位置即为开孔位置。经技术部门进行受力计算得知，在开孔满足相应质量要求下，导轨开孔对导轨自身强度、刚度的受力影响满足受力要求。
2 摇臂机床导轨开孔
工作前对所用钻床和工卡量进行全面检查，确认无误时方可工作，检查后多人合作将导轨放置于钻床上进行钻孔，因导轨自重大，应预先设置导轨限位措施，按照定位尺寸分别进行开孔，孔径12mm，开孔后应对孔径进行复核。
切割前应清除母材表面的油污、铁锈和潮气，切割后气割表面应光滑无裂纹，熔渣和飞溅物应除去。所有零件切割应用自动或半自动切割机进行，严禁手工随意切割。切割后须矫直板材由于切割引起的变形，然后标上零件所属的零件号后才能流入下一道工序。
2 钢板开孔
对160mm×160mm×10mm尺寸钢板进行开孔。首先沿钢板中心线放线，再沿中心线方向用钢尺分别按照15mm、45mm、115mm、145mm、160mm画点，在中心线在15mm-45mm，115mm-145mm刻度间画直径12mm椭圆，此位置即为开孔位置。孔的开制采用数控切割，对于同一类型的零件进行批量加工时，应对首制件的孔径、孔位和孔壁质量进行检查，只有在首制件检验合格后，才能投入批量生产。所有零件板的制孔，应在矫平后才能进行划线和钻孔。
3 导轨支撑座焊接
根据设计图纸对所需焊接位置进行焊接，采用二氧化碳气体保护焊。施焊前，应复查组装质量，焊接部位的清理情况，如不符合要求，应修正合格后方可施焊。焊接工作应由取得相应项目、并在有效期限内的焊工合格证的焊工承担。焊工资质应与施焊条件及焊缝质量等级相适应。选用的焊接设备应具有参数稳定、调节灵活、满足焊接工艺要求和安全可靠的性能。
焊接时应沿着工字钢与钢板结合部位顺方向施焊，其相应的参数见图5.2.3-2和图5.2.3-3。其中角焊缝操作工艺如下，角焊缝焊接时，易产生咬边、未焊透、焊缝下垂等缺陷，所以应控制焊丝的角度。钢板厚度为10mm，12号工字钢平均厚度为8.4mm，板厚不同，不等厚板时，焊丝的倾角应使电弧偏向厚板，板厚越厚，焊丝与其夹角越大。
对于本施工中焊脚为6～8mm的角焊缝，采用单层单道焊，焊枪指向（焊丝）距根部1～2mm处。对于焊脚为6mm的焊缝，采用直线移动法焊接，对于焊脚为8mm的焊缝，焊枪应作横向摆动，可采用斜圆圈形运丝法焊接。
4除锈和涂装
钢构件的除锈须采用抛丸除锈，磨料采用钢丸。除锈处理后，应尽快进行刷漆处理。
2.3.4爬模爬升准备工作
1爬模准备工作
自爬模的顶升运动通过液压油缸对导轨和爬架交替顶升来实现。导轨和爬模架互不关联，二者之间可进行相对运动。退模后立即在退模留下的爬锥上安装承载螺栓、挂座体、及埋件支座，调整上、下换向盒棘爪方向来顶升导轨，将导轨顶升到位。
2其它准备工作
液压爬升装置准备爬升前，将加工完成的导轨支撑座和配套的8.8级10mm高强螺栓放置好。因导轨支撑座螺栓连接面为160mm，架体撑头间净间距为170mm，架体垂直爬升，因此爬升系统装置可完全通过此位置。
2.3.5导轨支撑座安装爬升
将导轨支撑座用高强螺栓按照预先开好孔位安装于导轨上，在解除爬模架上所有拉结之后就可以开始顶升爬模架，这时候导轨保持不动，调整上下棘爪方向后启动油缸，爬模架就相对于导轨运动，通过导轨和爬模架这种交替附着，互为提升对象，爬模架即可沿着墙体上预留爬锥逐层提升，爬升过程中导轨支撑座不需要移动，附墙撑可以自由穿过该位置。
图2.3.5-1爬升装置爬升示意图
5.2.6爬升完毕拆除存放
爬升系统本次爬升完毕后，将导轨支撑座及螺栓一并拆除，并将其贮存在专用箱中。将爬模附墙撑撑好并做好洞口安全防护工作。
3结果与分析
该爬模临时支撑技术立足于现有施工技术水平，一切围绕临时可周转使用钢柱的特性。将工厂预制带有高强螺杆的钢构件与爬模挂板焊接制成，通过预先预埋爬锥安装于混凝土梁上，作为挂钢柱的受力点，施工方便、安全可靠。将两片钢柱吊装在焊接挂板上，配两套钢柱供液压爬模上下洞口同时使用，钢柱可根据不同标高组合安装，采用高强螺栓连接，可满足3.6m至5.4m不同标高使用，此方法经济环保、适应性强。爬模爬升时导轨尾撑通过连接槽钢支撑在临时钢柱上，爬升完毕后调节附墙撑螺杆支撑于钢柱上，两片钢柱采用高强螺栓与20号槽钢连接作为钢柱受力撑点。爬升钢柱的拆卸倒运根据导轨提升时间而定，提升完成后方将底层钢柱采用塔吊吊运至上层使用，对于楼层层高较高、超宽洞口部位，需要在底层搭设专用钢管操作架，以保证人员操作安全。2.0.1采用高强螺栓将新型导轨支撑座安装于导轨上，其抗压力强，能有效承受爬升系统传递来的压力，防止爬升过程中导轨弯曲变形，避免导轨变形造成的导轨损坏，具有明显的经济效益和安全效益。
导轨支撑座具有加工简单、成本低和安拆方便的特点，工人现场操作快捷，避免了繁琐的预埋工作，从而大大提高了施工效率。导轨支撑座孔型为腰形孔，便于安装调节，可同时运用于H15和H20型导轨，推广性高。
4 结束语
超宽洞口爬模临时支撑施工技术与液压爬模导轨支撑座施工技术，两项关键技术经过现场实施，数据统计分析对比，过程中遵循持续改进原则，最终得出结论，形成了超高层液压自动爬模关键技术创新，提高了施工效率，节约了成本投入，保证了爬升安全性能，为项目生产达到了降本增效的目的。该技术经过科技成果鉴定，达到了国内领先水平，并先后获得深圳市市级工法和广东省省级工法，为今后类似超高层建筑液压自动爬模施工提供了宝贵的经验。
参考文献：
【1】张凯，超高层建筑施工中液压自爬模技术的应用，《科技传播》，2014
论文作者:郭朋朋,高超
论文发表刊物:《基层建设》2017年第33期
论文发表时间:2018/3/12
标签：导轨论文; 螺栓论文; 液压论文; 受力论文; 洞口论文; 支座论文; 层高论文; 《基层建设》2017年第33期论文;