1 工程概况
背景工程位于厦门市思明区，总建筑面积360 000 m2，由A塔楼、B塔楼和裙楼构成，A塔楼地下3 层，地上64 层，屋顶造型结构50 m，顶标高+300.00 m，B塔楼地下3 层，地上55 层，屋顶造型结构50 m，顶标高+300.00 m，裙楼地下2 层，地上7 层。塔楼结构体系采用劲性框架混凝土组合结构，塔楼外围框架柱为异形十字混凝土柱，核心筒剪力墙采用十字形、H型钢与钢筋混凝土结构，外围框架与核心筒通过钢梁连在一起，形成稳定结构。钢结构总质量为30 000 t。
根据现场施工需要，A、B塔楼各采用2 台型号分别为ZSL45105、ZSL45124的动臂式塔吊，见图1，塔吊支撑系统挂于核心筒剪力墙外侧，见图2。
2 塔吊爬升[1-3]
塔吊通过支撑系统挂于核心筒剪力墙外侧，将塔吊荷载传递给核心筒剪力墙，塔吊使用过程中，只需设立2 道支撑框（每道支撑框由水平框架、2 根斜支撑和2 根斜拉杆组成），见图3（a）。塔吊在爬升状态下，会临时增设1 道支撑框3，形成3 道支撑框，见图3（b），塔吊爬升完成后，拆除支撑框1，保持支撑框2、3，见图3（c）。随着塔楼核心筒施工，塔吊需要不断爬升，其支撑系统的安装与拆除为塔吊爬升的难点，为此对塔吊的支撑系统在安装与拆除过程中如何选用比较实用的操作平台进行了研究。
图1 塔楼塔吊支撑系统布置示意
图2 塔吊支撑系统立面示意
图3 塔吊爬升示意
3 操作平台的设计方案选择[4-7]
由于本工程工期紧、任务重，外围框架结构为施工重点，为不影响外框结构施工，核心筒结构领先外框结构8～10 层。为保证核心筒结构施工进度满足工程要求，标准层核心筒结构施工采用内外爬模，首先完成核心筒剪力墙的混凝土浇筑，然后核心筒楼板则与外框结构同步施工。
塔吊支撑系统的安装与拆除主要包括：单片水平框架、斜拉杆、斜撑杆与牛腿间定位销的安装；单片水平框架、斜拉杆、斜撑杆的牛腿与核心筒埋件的定位及焊接；两片水平框架间高强度螺栓的安装；两片水平框架间高强度螺栓的拆除；单片水平框架、斜拉杆、斜撑杆与牛腿间定位销的拆除；实施以上步骤都需要在相关位置搭设临时操作平台，现通过以下3 种思路来搭设操作平台。其中高强度螺栓的安装与拆除所需的操作平台较简易，暂不做相关分析。
1）采用搭设满堂脚手架形式，施工荷载通过脚手架传递给下道爬升框（局部增加下道爬升框承载的荷载），满堂脚手架搭设后，工人操作安全性高，但搭设周期长，塔吊爬升完毕后，拆除满堂脚手架的施工周期也不小；
2）采用临时脚手架形式，在核心筒外侧剪力墙内相关标高处预埋带螺纹钢管连接件，并用带螺纹钢管与预埋连接件组成操作平台，外围用普通钢管搭设围栏。施工荷载通过预埋件传递给核心筒，受力明确。但是对埋件强度要求高，且埋件为一次性投入（无法重复利用，造价较高），另外围栏的搭设操作性差，安全性低；
3）采用折叠式三角形支撑与脚手架搭设形式，在核心筒施工过程中，在剪力墙外侧布置临时角钢，三角形支撑与角钢组成平台，外围用普通钢管搭设围栏。
通过分析、对比以上3 种思路，发现思路3）搭设的操作平台，可以为塔吊支撑系统的安装与拆除提供操作平台，并且该平台能满足施工载荷由核心筒承担、操作简便且不影响爬模施工、施工投入少等要求，可解决此类施工中产生的困难。
三角形支撑设计简图及示意见图4，采用材料主要为角钢（100 mm×8 mm）、膨胀螺栓（M16）、套管（φ50 mm×8 mm，L=60 mm）、普通脚手架钢管（φ48 mm×3.5 mm），搭设完成后在其上铺设脚手架钢管和钢丝网片，形成操作平台。
图4 三角形支撑设计简图及示意
本操作平台功能为安装与拆除塔吊支撑框，所以主要活荷载为施工允许活荷载，荷载分类主要为脚手架钢管自重标准值38.4 N/m；施工允许活载标准值2.5 kN。
经验算三角架的最大变形约14 mm，满足要求；最大应力约10 000 MPa，满足Q235B要求；三角架的最大拉力≤2 kN，压力≤1 kN，剪力≤5 kN，均满足M16膨胀螺栓的允许设计值。
4 操作平台的施工工艺
在塔吊爬升过程中，支撑系统安装操作平台的搭设采取从核心筒剪力墙外侧搭设三角形支撑的方式。该三角形支撑通过4 只M16膨胀螺栓与核心筒剪力墙连接固定，然后在三角形支撑上搭设脚手架钢管，铺设钢丝网片，增设围栏。
首先，核心筒爬模平台提升至塔吊支撑系统操作平台安装标高时，施工人员利用相应标高处的爬模平台，将三角形支撑固定于核心筒剪力墙上，并将三角架支撑折叠，不影响爬模平台继续提升；其次，核心筒爬模平台爬升至塔吊支撑系统标高以上并满足施工需要时，依次将三角形支撑展开并在其上搭设脚手管、铺设钢丝网片、增设围栏。施工过程中，相关人员必须配戴安全带，安全带植根于安装在核心筒外侧剪力墙上的安全绳上。
5 结语
通过对超高层塔吊支撑系统安装与拆除操作脚手架的设计与施工工艺研究，在工程实践中取得了理想的成效并总结出节约成本的改进措施：
1）塔吊支撑系统的安装与拆除操作平台，采用折叠式三角形支撑与脚手架搭设形式，可以解决支撑系统主要部件的安装，既能保证施工的安全性，又能保证施工的进度，每台塔吊爬升可以缩短3～5 d施工周期。
2）工程采用类似的折叠式三角形支撑时，可考虑适当增加支撑的材料强度，这样能降低施工过程中的损耗，提高使用周期，且可回收利用到类似的结构形式中。
[1] 江苏省科学技术协会,中国安全生产科学研究院.城市与工业安全——2005中国南京第二届城市与工业安全国际会议论文集[M].南京:东南大学出版社,2005.
[3] 顾纪清.实用钢结构施工手册[M].上海:上海科学技术出版社,2005.
[4] 韩鹏.提高钢结构建筑工程的质量与安全办法[J].企业导报,2011(4):51-52.
[5] 钱春芳.钢结构工程的高空作业防护及安全检查[J].建筑安全杂志,1998(7):19-20.
[6] 中国钢结构协会.建筑钢结构施工手册[M].北京:中国计划出版社,2002.
[7] 黄新伦,李建业.超高空钢结构安装的安全防护技术——广州新电视塔施工专项调研[J].建筑安全,2009(10):35-38.