1、城市核心区复杂环境下超高层建筑安全防护形式研究 刘卫未 翟海涛 王晶 鹿英奎 常奇峰 刘芳 苏彦龙 樊成龙 中建一局集团建设发展有限公司 摘 要： 超高层建筑施工活动的显著特点是施工高度高、作业环境复杂、危险源众多。各专业平行作业和立体交叉区域人员聚集导致安全管理难度增大。因此, 施工阶段的安全防护设计及选型已成为超高层建筑中一项关键技术, 它不仅涉及建筑造型、结构形式, 而且与施工工艺密切联系。安全防护选型既要综合考虑各工种、各工序、各专业的交叉影响, 又要兼顾业主、专业分包的特殊需求。结合中国国际贸易中心三期 B 阶段工程, 详述了复杂环境下、敏感地区的超高层建筑安全防护系统的形式、选型及
2、效果。关键词： 高层建筑; 安全; 防护; 施工电梯; 交叉施工; 作者简介：刘卫未, 高级工程师, E-mail:收稿日期：2017-08-20Research of Safety Precautions for Super High-rise Building Construction Under Complex Environment in Urban Central AreaLIU Weiwei ZHAI Haitao WANG Jing LU Yingkui CHANG Qifeng LIU Fang SU Yanlong FAN Chenglong China Constructi
3、on First Division Group Construction Abstract： The distinctive features of super high-rise building construction activity is high construction height, complex working environment and many hazards and dangerous assignments. At the same time, each major and interchange area personnel gathered in paral
4、lel operation safety management more difficult. Safety precaution design and selection of construction stage, therefore, has become a super high-rise building one key technology, it not only involves architectural modeling, structure, and closely connected with construction technology. Security sele
5、ction should not only consider the type of work, each working procedure, each professional cross influence, and to give attention to both the owner and the specific requirements of the professional subcontractor. According to the China international trade center project phase 3 B stage, particularly
6、 describes safety precaution system, selection and effect of super high-rise building under complex environment.Keyword： tall buildings; safety; precautions; construction elevator; intersection construction; Received： 2017-08-201 工程概况中国国际贸易中心三期 B 阶段工程 (以下简称国贸三期 B) 位于中国国际贸易中心建筑群的北端, 具体位置在北京市中央商务区东扩项目
7、的西面, 长安街的北面, 东侧紧靠东三环, 北侧毗邻光华路, 与中央电视台对望。国贸三期与1990 年、1999 年分别投入使用的国贸一期、二期工程一起构成了全球最大国贸商圈。国贸三期 B 集办公、酒店、商业、娱乐、车库为一体的综合体项目, 占地面积为 19 456m, 总建筑面积为 227 413m。地下室共 4 层, 主要为停车场、设备用房、后勤用房及配套商业设施。主塔楼地上 59 层, 采用组合框架+核心筒结构形式, 其中核心筒剪力墙内墙厚度为 400mm;外墙墙体厚度则逐渐降低, 从底部的 1 400mm 变为顶部的 600mm。钢骨混凝土柱的尺寸从 1 000mm1 600mm 变成
8、600mm600mm。为保证结构的抗震性能, 核心筒底部 L1L7 层采用了钢板混凝土剪力墙, L7 层以上在核心筒四角设置钢柱, L26 和 L43 层设置 2 道伸臂桁架和腰桁架。外框柱采用钢骨混凝土组合柱, 外框梁为钢梁, 外框楼板为钢筋桁架楼承板体系, 内筒楼板为普通混凝土梁板体系, 为配合幕墙外立面造型, 各层板边凹凸变化, 增加了防护难度。塔楼地上结构施工按照“核心筒先行, 外框跟随”的原则进行, 根据施工层次序分成 5 个作业面:核心筒钢结构、核心筒爬模、核心筒内楼板、外框钢结构、外框楼板及外框柱混凝土, 各施工作业面按照“不等高同步攀升”组织流水施工。钢结构和土建均存在大量临空
9、作业面, 且水平和竖向均存在大量交叉作业的情况。塔楼结构施工顺序如图 1 所示。图 1 塔楼结构施工顺序立面示意 Fig.1 Construction process of building 下载原图2 安全防护难点1) 周边环境复杂、敏感项目周边高楼林立, 所处位置极其敏感。国贸桥附近交通压力异常紧张, 且国贸三期 B 项目与建筑红线的距离较近, 施工过程中尚需考虑对周边道路的防护。极其重要的地理位置导致施工安全、消防等问题在较短时间内引起社会关注, 往往造成极其恶劣的社会影响。安全防护任务异常艰巨。2) 建筑结构复杂、多变国贸三期 B 工程钢结构及混凝土体量大 (约 2 万 t 钢、2 万
10、 m 混凝土) , 为配合幕墙的外立面造型, 外框楼板层层变化。复杂、多变的建筑及结构特点, 使得安全防护的设计较为复杂。3) 工期紧张及交叉作业施工本工程总工期为 1 147d, 整个工期异常紧张, 钢结构、土建、机电、幕墙、精装修、电梯等专业相互穿插施工, 对现场的安全管理提出了严峻挑战。3 安全防护形式3.1 核心筒竖向混凝土结构施工防护体系本项目核心筒竖向墙体施工采用“JFYM100/150 型液压爬模技术”, 极大地减少了高空危险作业的工作量, 保证了安全生产、文明施工, 并根据工程需要, 可同时提供多个操作平台。各工序可同时进行交叉作业, 大大缩短施工工期。液压爬模体系采用大钢模模
11、板, 大钢模明显提高了墙体混凝土施工质量及混凝土结构工艺水平, 节省了人工、周转材料费用等, 为施工管理带来综合效益。本项目采用的新型液压爬模技术采用了先进的防倾、防坠装置, 保证了液压爬模架的使用安全。液压爬升系统操作简单, 最大顶升能力保证了液压爬模架在爬升过程中的安全。架体间采用侧片连接, 螺栓固定, 保证了架体的整体性。液压爬模架附墙点靠预埋装置和附墙座直接与墙体连接固定, 确保了液压爬模架使用的安全。与其他爬模架相比, 架体跨距大, 投入使用早, 需要现场配备资源少, 安装拆除方便、爬升速度快、占用场地小、快速, 现场整洁等 (见图2) 。图 2 核心筒液压爬模架立面示意 Fig.2
12、 Hydraulic climbing formwork elevation of core tube 下载原图3.2 塔楼外框钢结构安装工程防护体系3.2.1 钢柱、钢梁安装时防护核心筒外钢结构包括外框柱安装、外框钢梁及楼承板的安装, 位于爬模架体下方。钢结构安装过程中, 楼板施工前, 吊装、焊接和楼板施工作业过程中工人均需要在钢柱上攀爬, 在钢梁上行走, 一旦施工机具和人员不慎坠落, 后果将十分严重, 因此项目部借鉴以往钢结构工程施工经验, 采取每 3 层满挂水平防护网的保护措施。钢结构焊接时, 火花溅落很容易引燃周围及下层材料, 尤其当结构下部进行防火涂料施工、上部在进行钢结构焊接时,
13、很容易引起防火涂料围挡起火, 所以焊接钢梁及钢柱时一定要搭设焊接防护平台, 并在平台内满铺防火布。如图 3所示。3.2.2 楼承板施工时安全防护当外框楼板浇筑完成后, 须搭设防护挑网, 防止杂物及施工人员坠落。楼承板外挑网可使用钢结构外框柱防护挑网留下的内口, 楼承板外挑网搭设须注意以下几点。图 3 钢结构安装安全兜网、挑网做法 Fig.3 Safety pocket net and protective net of steel structure 下载原图1) L2 层搭设 1 道, 且保证该道防护挑网水平投影长度6m。2) L2 层以上每 2 层搭设 1 道, 且保证该道防护挑网水平投影
14、长度3m。如图4 所示。图 4 外挑网搭设立面 Fig.4 Protective net setting 下载原图3) 楼承板外挑网可直接使用钢结构外框柱挑网预先焊接在外框梁上的钢管作为内口。4) 楼承板外挑网搭设要求可参见钢结构外框柱防护挑网的相关要求。3.3 核心筒内水平结构施工硬防护体系综合考虑工期、经济等方面因素, 项目部采取了固定式斜拉钢管木跳板平台对核心筒内楼板施工进行防护。平台分别在 L8, L18, L28, L38, L48, L58 层搭设。L8 层硬防护拆除前保证 L18 层硬防护搭设完毕, 以此类推, 保证了核心筒内楼板施工的连续性。具体的搭设方法如下 (以 L8 层为
15、例) 。1) 在 L8 层核心筒内相对的连梁之间平拉12mm 钢丝绳, 钢丝绳为施工人员悬挂安全带的安全措施。2) 施工人员将拼接好的长钢管横架在筒内相对的 2 根连梁上, 操作过程中必须将安全带牢固可靠地系在水平钢丝绳上。3) 以横架在连梁上的钢管为支撑点, 向四周拓宽水平架体, 现场须保证横杆和纵杆的间距均1.0m, 且主受力杆在下。4) 水平架体在中部 (墙体连梁处) 进行钢丝绳斜拉加固, 以减少钢管跨度。斜拉钢丝绳直径 12mm, 一端与连梁可靠连接, 另一端与水平架体斜拉。斜拉点间距为 2m, 斜拉点布置在纵向杆与水平杆的节点处。每个核心筒内的水平架体必须通长、对称地斜拉 2 道 (
16、贴连梁洞口两边各 1 道) 。5) 水平架体的两侧由于无连梁洞口而无法拉设钢丝绳, 现场可采用墙体施工过程留下的穿墙螺杆孔焊接拉杆钢筋, 钢筋采用28 HRB400 钢筋, 利用 8 号铅丝可靠地将水平架体悬拉加固, 在转角位置应多拉 1 道。6) 水平架体搭设并斜拉加固完成后, 方可搭设脚手板。脚手板搭设应有规律, 不能随意乱搭, 脚手板搭设完成后, 再在其上满铺 15mm 厚多层板, 多层板与墙体之间应无缝隙。7) 整个施工过程中必须有专人看护、专项人员监督, 防止安全事故发生。8) 按照现场施工计划, 拆除下道硬防护平台前, 上层硬防护必须搭设完毕。3.4 外框组合柱施工防护体系外框楼承
17、板施工完毕后应及时设置临边防护, 给外框柱施工提供条件。由于本项目土建施工进展较快, 幕墙施工速度较缓慢, 幕墙不能尽早地封闭楼层, 导致外框组合柱施工防护系统使用时间较长。项目部为保证该临边防护的可靠性和防火要求, 采取了周圈搭设钢管架张挂钢丝网形式对塔楼进行整体封闭。保证了幕墙封闭前柱施工阶段、钢结构防火喷涂阶段以及精装、机电等各专业作业面的安全防护。楼板混凝土浇筑完成后搭设此单排防护架, 考虑到外框柱施工在此防护架搭设完成之后, 所以防护架搭设过程中需考虑避开柱钢筋绑扎、柱模板支设作业面。防护架搭设原则如下:选取相邻几层楼板最靠外的 1 层开始搭设防护架, 防护架立杆距离最外侧楼板 15
18、0mm, 架体尽量连续统一搭设, 高度控制在 20m 以内, 架体搭设采用明黄色483.5 钢管, 并用扣件连接成整体, 根据楼层板边线的凹凸变化, L29 层及以上各层防护架可分为以下几段, 各节架体间互不连接, 单独搭设, 如表 1 所示。封闭防护立面如图 5 所示。3.5 核心筒电梯井道、洞口防护体系核心筒内水平结构施工完毕后, 应及时施工井道水平防护, 防止上部核心筒内水平结构施工时坠人、坠物。此时楼层的砌筑施工尚未开始, 尚需要设置临边防护。表 1 排架单设分节 Table 1 Segmentation of bent frame 下载原表 图 5 封闭防护立面 Fig.5 Encl
19、osed protective facade 下载原图3.5.1 洞口临边防护临边防护可采用普通钢管搭设, 须至少设置 2 道横杆, 第 2 道横杆高度1.5m, 保证结构可靠连接。3.5.2 井道内硬质防护为防止电梯井筒坠物, 须在电梯井筒设置硬防护, 硬防护采用48.63.0 的脚手管拼搭而成。如图 6 所示。图 6 电梯井道硬防护 Fig.6 Elevator shaft hard protection 下载原图具体施工方法如下。1) 梁板上预埋件 (转环轴) 采用 HRB400 级 25 钢筋弯锚在混凝土梁板内, 现场须保证有效锚固长度15d。预埋件中心距洞口梁边 250mm。HRB4
20、0020 钢筋转轴环弯曲直径为 100mm。2) 预埋件应焊接或者绑扎在钢筋骨架上。3) 硬防护横向斜杆纵距 1 200mm, 横杆上绑搭纵杆的间距 1 200mm, 纵杆之上满铺木跳板, 木跳板上铺 1 层多层板, 防止细碎杂物坠落。保证横向斜杆端部300mm 距离内各有 1 列纵杆。4) 硬防护架斜杆上端栓拉 1 根 15mm 钢丝绳, 以便拆卸该防护架时使用。5) 现场可调整埋件位置及数量, 但应保证埋件间距2 000mm。6) 电梯井筒硬防护每 10 层安装 1 道, 硬防护之间每 3 层设置挑网软防护。3.6 现场施工电梯防护体系根据项目部总体施工进度安排, 共安装了 2 部施工电梯
21、, 其中 1 部位于东南角侧的井筒内, 1 部位于西北角侧塔楼外侧。3.6.1 内施工电梯安全防护内施工电梯布置在核心筒东南角, 如图 7 所示。图 7 井道升降机方案 Fig.7 Hoistway lift scheme 下载原图1) 防砸棚为防止从爬模架体上掉落重物砸坏电梯, 在施工电梯上部设置防砸棚。防砸棚采用扣件式钢管搭设在电梯笼顶部电梯设备顶部, 防砸棚满铺 2 层木跳板, 对于重物砸坏的木跳板及钢管, 应及时更换。上层木跳板上再铺设 1 层1mm 厚的铁皮板。2) 核心筒内楼板施工层临边防护核心筒内楼板施工时, 电梯在井道内运行, 须在电梯井筒侧设置临边防护。在电梯井边搭设 1 排
22、钢管架体, 高度1.2m, 下扫地杆距离底面 200mm, 中杆距离底面 900mm, 上杆距离底面 1 200mm。单排杆挂密目网或钢丝网封闭。立杆间距1.5m, 由核心筒内边梁纵筋上焊接生根钢筋立竖杆。3) 电梯门硬质防护在施工电梯平台出口处安装 1 800mm 高对开式防护门, 防护门由钢管和钢网焊接而成 (外框可采用 DN32 钢管, 横杆可采用 DN25 钢管) , 门的下沿距离平台应50mm;平台两侧设置硬质防护, 采用普通立杆搭设, 上面满铺钢丝网 (1cm1cm) 。硬质防护架立杆通顶, 横杆步距 0.6m, 与结构可靠固定;防护门朝向提笼一侧设置门闩;门框及横杆、防护栏杆均刷
23、红白相间警示漆, 防护门朝向提笼一面设置中建标识。4) 爬模架下挂平台安全防护施工作业人员从施工电梯通往爬模体系须通过爬模架的下挂平台。下挂平台共3 层 (其中 1 层为爬模体系自带下挂层, 下面 2 层为施工人员从电梯通往爬模架体的中转层) 。为保证作业期间下挂架体的安全稳定及作业人员的及时安全疏散, 对该 2 层下挂架体进行防护。最下层下挂层, 在临边位置安装电梯门, 电梯门安装在单排杆上, 单排杆固定在下挂架体下挂柱上。该排杆尚需采用高度1.2m 普通木质胶合板进行围挡, 防止下挂层杂物坠落。由于电梯导轨架上限位装置等要求, 导轨架突出至上、下挂平台, 须做好临边防护。临边防护采用固定于
24、下挂平台立柱的钢管形成单排架体, 然后架体上封普通木质胶合板, 模板高度1 200mm。3.6.2 外施工电梯由于楼板各层有退有进, 施工电梯布置在结构最大外边缘线以外 250mm, 距离最远的结构边线近 1m。因此为保证电梯人员通行安全, 项目部采取挑架的形式, 悬挑梁布置在外挑楼层, 分别为 L4, L8, L18, L31, L33, L37, L39, L43 层。挑架周圈用防火布封闭。挑梁做法如图 8 所示。图 8 L4 层挑梁做法示意 Fig.8 Cantilever beam of L4 floor 下载原图外施工电梯的通行通道尚需做护头棚, 防止主塔楼施工作业坠物伤人。3.7
25、塔楼幕墙硬防护体系主楼幕墙工程与主体结构的钢结构工程、土建工程同步施工, 为确保幕墙工程在施工过程的施工安全, 根据幕墙单位提出的条件, 本工程幕墙硬防护搭设在L15, L33, L47, L59 层。幕墙硬防护采用14a 作为悬挑主梁, 内锚固 2m, 外挑 3m, 间距 3m, 每 2 道槽钢之间加 1 道钢管。次梁采用 48.33.6 钢管, 间距 750mm 布置 1 道, 与钢管接触面采用扣件扣死, 与槽钢接触面采用 8 号铅丝绑扎 2 道。悬挑主梁锚固端采用 2 道 20 圆钢地锚固定, 在主梁上满铺 1 层木跳板和 1 层多层板及 1 层薄铁皮 (防止焊渣掉落引燃木板) , 保证
26、其牢固可靠。在悬挑主梁端部设置 1道 1.5m 高的防护栏杆, 分别在距主梁顶部 0.3, 0.9, 1.5m 处设置 3 道横杆与防护立杆采用扣件扣紧。在钢梁顶端焊接 1 段 300mm 高的立筋作为立杆立点, 防止滑动, 也能保证钢梁上所有架管和脚手板向外滑动。防护栏杆处采用 1.2m高多层板封死, 外面使用钢丝网全封闭。硬防护主梁每道张拉 1 道钢丝绳卸荷。另硬防护仅作为安全防护使用, 严禁在硬防护上堆料或者上人, 在硬防护边缘应设置安全警示语标牌。硬防护搭设完成后, 主楼的外临边防护不得拆除, 并应有专人每天巡视。硬防护剖面如图 9 所示。图 9 硬防护剖面 Fig.9 Profile
27、 of hard protection 下载原图3.8 塔楼卸料平台防护体系本项目主塔楼利用 2 个卸料平台供塔楼外框柱施工用料倒换。卸料平台设计须严格按照相关规范进行并附有相关计算书。卸料平台上张贴告示牌、使用规程、安全标识及验收牌。3.9 外爬塔塔机司机爬塔防护体系为保证主塔楼施工进度, 项目部共配置了 2 台重型动臂塔式起重机 ZSL750 和M760D。其中 M760D 为内爬式, 司机可以通过核心筒内施工电梯上至爬模, 然后通过爬模进入 M760D 塔身, 然后再爬到驾驶室。而 ZSL750 塔式起重机为外附着式, 与主体结构有 2m 的安全距离。随着建筑高度的攀升, 塔机司机不可能
28、一直从首层向上爬, 为此须在相应楼层为其搭设爬塔设施并做好安全防护, 以改善塔机司机的作业环境。根据现场需要, 为方便 ZSL750 塔式起重机司机爬塔, 结合 ZSL750 塔式起重机附着设置 (2 套附着体系) , 在 ZSL750 塔式起重机的临时附着体系上设置通行通道供司机进入塔身, 再爬塔进入驾驶室。以 L35 层第 5 道临时附着为例, 搭设如图 10 所示。图 1 0 爬塔措施 Fig.10 Tower climbing measures 下载原图3.1 0 周边道路安全防护体系由于国贸三期 B 项目距离红线过近且楼层高度较高, 为保证高区施工过程中掉落下的杂物不危及路人, 须对
29、现场影响范围内的道路进行防护, 以保证现场的安全和文明施工。结合道路实际情况, 项目部对围挡四周的人行道路设置了硬防护, 硬防护采用钢架, 上面铺设 2 层木跳板。4 结语超高层建筑施工活动的显著特点就是高度高、作业环境复杂、危险源众多。由于建筑规模大, 分包单位多, 作业点多面广, 人员总体上分散, 各专业平行作业和立体交叉区域人员聚集导致安全管理难度增大。其施工活动特点决定了超高层建筑施工作业过程潜在坠落、飞落、感电、倒塌、撞击及火灾等类型危害, 易造成工地内及外部周边环境极大风险危害。本文以国贸三期 B 阶段工程为依托, 详细描述了城市中心区复杂环境下超高层建筑施工各阶段涉及安全防护形式
30、及安全防护形式选型需要考虑的因素。为国内, 特别是城市核心区复杂环境、敏感地区的超高层建筑的安全防护选型提供一定的参考。参考文献1檀运方.超高层建筑施工中的安全防护措施J.建筑施工, 2008 (11) :963-965. 2苏京.中心区超高层建筑立体交叉安全防护体系J.建筑安全, 2012 (10) :47-49. 3章燕清, 蒋俊志, 张兰滔, 等.超高层建筑核心筒内爬塔式起重机底部的封闭安全防护平台设计和运用J.模板与脚手架, 2015 (6) :701-703. 4徐德林, 孙连学, 迂长伟, 等.北京奥林匹克公园瞭望塔柔性钢结构施工安全防护关键技术J.施工技术, 2013, 42 (2) :1-5.
