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超高层塔楼钢结构柱脚支架设计及柱脚安装方案

在超高层建筑中，结构的安全性和稳定性是至关重要的。其中，钢结构的柱脚设计和安装方案更是关键环节之一，它不仅需要满足结构承载力要求，还应考虑到施工过程中的安全性以及后续维护的便捷性。

一、柱脚支架设计

1.承重分析：首先根据超高层建筑的荷载特性进行详细的承重计算，包括水平荷载（如风荷载和地震作用）、垂直荷载等高层建筑采暖供热方式的工程应用，并考虑长期使用过程中材料的老化和环境因素的影响。在此基础上，确定合适的钢材规格及连接方式。

2.结构选择：柱脚支架通常采用高强度钢结构件构成，包括主梁、次梁以及支撑节点等部分组成。其中主梁起主要承重作用，而次梁则用于加强结构的整体刚度和稳定性。同时需要考虑使用预应力技术来增强其承载力。

3.防震措施：针对地震频发区域的项目，在设计时还需加入减隔震装置或设置阻尼器等抗震设施，以提高建筑物的安全性能。

二、柱脚安装方案

1.施工准备：包括场地清理、测量放线、材料进场检验及预处理等工作。确保每一步骤都符合规范要求，并准备好所有必要的工具和设备。

2.精确定位与固定：使用全站仪等高精度仪器对支架进行精准定位，然后通过焊接或其他连接方式将其牢固地安装到基础混凝土上。在此过程中需严格控制垂直度和平整度。

3.加固措施：在完成初步安装后，还需采用化学锚栓等方式进一步增强节点间的连接强度和稳定性。

4.质量检查与验收：最后进行全面的质量检查，并按照相关标准进行验收工作。确保所有工序都达到设计要求和规范规定。

总之，在超高层建筑钢结构柱脚的设计及安装过程中需要综合考虑多种因素，包括安全性、经济性以及施工便利性等多方面的要求。通过科学合理地规划与实施，可以有效保证项目的顺利进行并最终实现预期目标。

支架主要由埋件、格构式立柱、支撑、支承马板等组成。埋件采用埋入式锚筋埋件与桩头上膨胀螺栓坚固连接埋件等两种方式。

外柱所在区域底板底筋为双层D40钢筋，核心筒所在区域底板底筋为4层D40钢筋。埋件设置时，考虑到避开底筋，便于施工，在埋件上端分别设置净高600mm转换直段。

支架立柱与埋件焊接连接，并采用支撑进行支撑与相邻立柱连接成框架的方式保证支架的稳定。

接桩处桩帽与混凝土垫层之间关系示意图

桩顶标高与混凝土垫层之间关系示意图

2.2.1外柱柱脚支架设计

外框钢柱柱脚支架竖向立杆采用H100*100*6*8的热轧型钢，型钢之间水平联系杆件为L50*5的角钢，斜向稳定支撑杆件为L75*8的角钢，型钢顶部设置20*300*300mm的定位板。支架竖向立杆底部设置预埋件，预埋件板厚12mm，锚筋采用16mm的螺纹钢，锚筋长度240mm。上述材料材质除锚筋为HRB335外，其他支撑材料材质为Q235B。支架位于砼柱顶时，预埋件采用膨胀螺栓坚固连接方式，预埋板板厚12mm，紧固件为M12膨胀螺栓。

支架立柱、横梁、斜撑搭接焊缝均为角焊缝焊缝，焊接高度不小于6mm，埋件与锚栓采用角焊缝围焊。

八根外框柱为两两对称结构，但底板南北两侧由于底板南侧存在深坑，因此，外柱柱脚支架南北不对称，东西两侧对称设置。

1）、未涉及深坑的外柱柱脚支架未涉及深坑，其设计思路如下：

2）、涉及深坑的外柱柱脚支架，其设计思路如下：

2.2.2核心筒柱脚支架设计

核心筒钢柱柱脚支架竖向立杆采用L75*5的角钢，立杆之间的联系杆件为L50*5的角钢，柱脚支架之间拉设的水平侧向稳定杆件为L75*5的角钢。预埋板与立柱或斜撑连接区间设置H100*100*6*8转换段。型钢顶部设置L90*8角铁框架支承柱脚抗剪键。支架竖向立杆底部设置预埋件，预埋件板厚12mm，锚筋采用16mm的螺纹钢，锚筋长度240mm。上述材料材质除锚筋为HRB335外，其他支撑材料材质为Q235B。支架位于砼柱顶时，预埋件采用膨胀螺栓坚固连接方式，预埋板板厚12mm，坚固件为M12膨胀螺栓。

支架立柱、横梁、斜撑搭接焊缝均为角焊缝焊缝，焊接高度不小于6mm，埋件与锚栓采用角焊缝围焊。

1）无深坑区域支架设置

柱脚平面尺寸较小，设置格构式支撑架较细长，为增加支架的侧向稳定性，在相邻柱脚支架上部拉设一道双联系横梁，横梁规格为L75*5，材质Q235B，最边缘的支架外侧设置斜向支撑，支撑规格同样为L75*5。大底板有8层D40底筋，50mm保护层，为避开底筋，在埋板与立柱或斜撑间，设置净高600mm的转换节段，转换节规格为H100*100*6*8，材质Q235B。

深坑区域支架高度较高，在深坑底部采用埋件、支撑等固定措施外，在浅区大底板标高亦相应设置埋件、水平连杆、支撑等；核心筒网钢骨柱柱脚支架立柱在高度方向分为2段，以控制变形，保证支架稳定，满足柱脚承载要求。

支架立杆的位置需避开柱脚抗剪键位置，且柱脚平面尺寸较小，因此设置格构式支撑架较细长，为增加支架的侧向稳定性，在相邻柱脚支架上部拉设一道双联系横梁，横梁规格为L75*5，材质Q235B，最边缘的支架外侧设置斜向支撑，支撑规格同样为L75*5。大底板有8层D40底筋，50mm保护层，为避开底筋，在埋板与立柱或斜撑间，设置净高600mm的转换节段，转换节规格为H100*100*6*8，材质Q235B。

2.2.3柱脚支架整体轴测图

2、典型支架1、支架2、支架3和支架4计算模型

典型支架计算模型如下：

典型支架1计算模型（外框柱脚支架）

典型支架2计算模型（涉及深坑外框柱脚支架）

典型支架3计算模型（核心筒柱脚支架）

典型支架4计算模型（深坑区域核心筒柱脚支架）

支架和埋件柱脚自重D，其中支架自重由程序自动计算，支架1和支架2柱脚埋件重量12吨、支架3脚埋件重量2吨以线荷载的形式施加在支架上，支架4柱脚埋件重量16吨以点荷载的形式施加在支架上，如下图所示。

典型支架1加载计算模型（kN/m）

典型支架2加载计算模型（kN/m）

典型支架3加载计算模型（kN/m）

典型支架4加载计算模型（kN）

支架1竖向最大变形0.89mm，杆件的最大应力为56MPa<215MPa，最大应力满足要求！

支架竖向变形（mm）【1.0D+1.0L】

杆件应力（MPa）【1.2D+1.4L】

从计算结果可知：支架2最大变形1.01mm，杆件的最大应力为62.0MPa<215MPa，最大应力满足要求！

从计算结果可知：支架3最大变形0.2mm，杆件的最大应力为64.0MPa<215MPa，最大应力满足要求！

支架4最大变形1.6mm，杆件的最大应力为45MPa<215MPa，最大应力比满足要求！

核心筒钢骨柱柱脚支架材料清单

结合大底板混凝土施工特点，在大底板垫层施工前，需提前安置柱脚支架的预埋件，并将埋件浇筑在底板垫层内，后续用于焊接固定柱脚支架；通过测量放线定位出埋件的安装位置后，将埋件安装定位，并使埋件板标高同垫层标高。

考虑到如果格构式的柱脚支架在底板钢筋绑扎前安装就位，则底板钢筋无法穿过支架定位绑扎，因此柱脚支架分为两步进行安装，先安装埋件（埋件与转换段全为一体），转换段长度600mm（高过底板底层钢筋），当底板底层钢筋绑扎完成后，再安装柱脚支架主体部分与柱脚。

根据柱脚埋件、支架、柱脚等构件重量，结合其吊装区域半径，经综合考虑，选择将支架拼装成整体安装的方案，选用徐工QAY200吨汽车吊进场与塔吊相配合吊装。

柱脚埋件、支架均采用塔吊卸车至基坑内钢结构堆放区域；北侧外柱柱脚采用汽车吊在北侧钢结构卸车点位置卸车至钢结构堆放区域、南侧外柱柱脚需运输车辆进入基坑在塔吊20米半径范围内进行卸车，柱脚卸放在坑内通道南侧钢结构堆放区域。

根据柱脚支架设计图纸四海啤酒招标文件-施工，其柱脚支架重量统计见下表

由于支架重量较轻，核心筒柱脚支架最重0.5吨，外框钢柱脚支架0.8吨，因此吊装支架时，采取在支架立杆上开吊装孔的方式吊装，吊装孔为直径25mm的圆孔，圆孔距支架顶500mm。同时核心筒柱脚支架采用两点吊的起重方式，两根钢丝绳设置在对角线上的两根立杆上，外框钢柱脚支架采用四点吊的起重方式，四根钢丝绳设置在最外侧的四根立杆上。

由于柱脚支架高度较高，需设置上人爬梯，爬梯采用Φ12 圆钢焊接而成，爬梯宽400mm，爬梯踏步间距350mm左右，踏步与爬梯立杆搭接焊接；爬梯顶部设置挂钩，并与支架横杆利用铁丝绑扎固定，一侧设置防坠绳，如下示意图所示。需要注意，爬梯不得多人同时攀爬。同时在支架最上层水平腹杆上铺设木跳板。

考虑到尽量减少柱脚段分段重量，柱脚段分段位置设置在底板标高往上1.5米位置（外框钢柱分段位置在底板往上1.6米位置）。

柱脚平面布置及编号示意图

选择徐工QAY200型汽车吊进行柱脚段吊装作业，选择52米主臂、支腿全伸的吊装工况，可满足外柱柱脚分段的吊装。

北侧外柱柱脚采用汽车吊在北侧钢结构卸车点位置卸车至钢结构堆放区域、南侧外柱柱脚需运输车辆进入基坑在塔吊20米半径范围内进行卸车gbt50312-2016标准下载，柱脚卸放在坑内通道南侧钢结构堆放区域。