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                    超高層建筑鋼平臺整體提升施工技術
                    來源:建筑鋼結構網  作者:彭暢  時間:2020-12-16   關鍵詞:  

                    摘要:超高層建筑鋼平臺整體提升施工技術彭暢[摘要]改革開放以后,中國社會經濟快速增長,人民生活水平大幅度提高,高層建筑蓬勃發展,各大城市陸

                    超高層建筑鋼平臺整體提升施工技術
                    彭暢
                    [摘要]  改革開放以后,中國社會經濟快速增長,人民生活水平大幅度提高,高層建筑蓬勃發展,各大城市陸續興建了大量的高層建筑。根據不完全統計,就上海而言,16 層以上高層建筑幢數已排名世界第一,目前上海就有 4000 多幢高層建筑,其中 100m 以上的超高層建筑就有 1000 多幢。目前世界上超過300m高度的高層建筑已達幾十幢,國際上正在籌劃的巨型建筑其高度均已超過500m。2010年竣工的迪拜塔高828m,為目前世界第一高樓;最近,韓國、日本、科威特、沙特均有建造高度超過1 000m的摩天大樓的計劃。從國內外的發展來看,今后在人口密度大的亞洲地區,超高層建筑將會往1000m甚至更高的高度發展。因此本文對超高層建筑鋼平臺整體提升施工技術進行了研究。
                     
                    [關鍵詞] 超高層建筑 整體鋼平臺 模板體系 施工技術
                     
                    1  引言
                    國內超高層從建筑結構體系來講,是按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場地的抗震設防烈度以經濟、合理、安全、可靠的設計原則,來選擇相應的結構體系。超高層建筑的結構類型主要有:框架--剪力墻、框支剪力墻、框架--筒體和筒中筒等結構??蚣?-剪力墻結構一般用于高度在 100m 以下的高層建筑。100m 以上的超高層建筑一般均采用筒體結構(包括框架--筒體)。這是由于筒體結構具有承受水平荷載的良好剛度,并能形成大空間。最近幾年,隨著經濟條件的進一步發展,巨型框架--筒體結構在高度特別大的超高層建筑中得到了長足的發展,也可說代表了超高層建筑的一種新的發展方向。如武漢綠地中心、上海環球金融中心和金茂大廈、深圳地王大廈等都屬于此類結構型式。超高層建筑現澆混凝土工程施工中主要有三個分項工程:鋼筋工程,混凝土工程和模板工程。模板工程是澆筑混凝土時滿足混凝土成型要求的模板及其支撐體系的總稱,它是鋼筋混凝土工程的重要組成部分?,F澆鋼筋混凝土結構用模板的造價約占鋼筋混凝土工程總造價的 30%,占總用工量的 50%。因此,采用先進的模板技術,可提高工程質量,加快施工進度和降低工程成本。隨著專業化施工技術的發展,高層建筑模板工程的總體發展趨向于整體化,即指具有成套裝置和自身工藝體系,適應各種工程條件和施工要求的模板工程。
                    整體自升鋼平臺模板體系(以下簡稱鋼平臺體系)是升板機整體提升鋼平臺模板體系的延續和發展,其研究是整個超高結構異型核心筒施工技術的核心部分,其施工質量直接影響著核心筒的成敗。該體系在原有基礎上對支撐系統、腳手系統、控制系統、施工工藝進行了重新研究和設計。支撐系統由原有單一的內筒外架支撐體系、格構柱支撐體系發展為利用結構勁性鋼柱作為支撐體系;腳手系統由最初的鋼管腳手架發展為可以重復利用的工具式懸掛腳手架;控制系統由單一的電氣控制發展為由計算機控制提升的數字化控制;施工工藝由豎向結構單獨施工,水平結構滯后施工,發展為根據結構要求有選擇性地進行豎向和水平結構的搭接施工;同時成功地解決了模板與腳手體系空中分體組合、空中轉換、腳手架內移等施工難題,為混凝土核心筒施工創造了安全的施工環境和工作平臺。它隨結構施工逐層自升,具有提升快捷,作業環境安全可靠,施工方便,混凝土工程質量有保證,經濟性顯著等一系列優點,是值得推廣的超高層施工模板體系。
                     
                    2  超高層建筑鋼平臺整體提升模板體系施工技術的必要性
                    目前市場競爭日益激烈,施工成本壓力持續增長,如何做到模板與腳手架體系用鋼量省,施工過程環保節能,創建出一個安全、高效的施工平臺是個難題。此外,超高結構高度不斷刷新,結構日趨復雜,不規則的平面不斷涌現,要求模板系統的設計需滿足不規則平面的需求,具有良好的結構體系適應性,可以滿足超高施工的耐久施工,提高利用率,減少模板的浪費。在模板與腳手架施工技術研究中,目前常用的有電動整體提升腳手體系、升板機整體提升鋼平臺模板體系和液壓爬升模板體系中,升板機整體提升鋼平臺模板體系因擁有安全可靠度高、載重量大和適應性高等優點,成為市場的主流。鑒于目前超高結構發展的形勢,要求升板機整體提升鋼平臺模板體系具有更優良的結構體系適應性、可操作性和經濟性。為解決這些難題,本文結合廣州新電視塔工程,根據實際工程問題,開展整體自升鋼平臺模板體系研究,目的在于設計出一種最安全可靠、構造合理、經濟高效的施工平臺。3.超高層建筑鋼平臺整體提升模板體系施工技術3.1背景
                    超高層建筑施工應選擇適合本工程條件的模板體系,應能全面確保工程質量、安全、進度、成本和創新(技術發展)要求,具有現實可行性和施工把握性。整體鋼平臺模板體系是一種具有推廣使用價值的新型模板體系,根據鋼平臺下受力構件及受力特點的不同,可分為內筒外架式和勁性構架式;根據鋼平臺提升設備的不同又可分為:液壓千斤頂式、電動升板機式和電動卷揚機式或爬繩索式。內筒外架式鋼平臺模板體系主要包括內筒、外構架、鋼平臺、內外吊腳手和鋼大模板幾部分。筒內鋼平臺設置承力支柱,它起著提升鋼平臺的作用,承力支柱上部端頭安裝電動升板機,通過絲桿吊桿將上部外構架、鋼平臺自重及部分堆載傳至支柱底座的大梁,承力支柱下部是承重底座及承重銷。與承力支柱相對應的是筒體外的構架,它是承受垂直荷載和水平荷載的重要受力構件。鋼平臺提升到位后,即轉換成外構架受力。整個施工工藝就是通過外構架(托住鋼平臺)和內筒的交替承力與相互提升最終達到提升整個鋼平臺完成澆搗混凝土的施工工藝。采用勁性構架的整體鋼平臺模板體系主要包括鋼平臺、內外吊腳手、勁性構架、動力部分和升板機。勁性構架是擱置鋼平臺的承重構件,澆筑在核心簡墻體內,配置升板機沿勁性構架自升,然后用升板機整體提升鋼平臺。這種模板體系在遇有巨型外伸鋼桁架時可以在高空完成解體與重組,因而較內筒外架式應用更廣。
                    對于鋼平臺的幾種動力設備,液壓千斤頂體積小、重量輕、操作穩妥、施工較文明,但單個穿芯千斤頂提升能力小,且只能荷載上升,不能荷載下降,對施工就位校正帶來不便。電動升板機絲桿少、體積不大、提升能力大、提升緩慢而平穩,且能荷載上升與下降,對承重銷進入洞口就位十分方便,是國內較成熟的建筑用大噸位提升設備。電動卷揚機的體積和自重都比較大,且鋼絲繩走向較為復雜,安全操作也較困難。因而,在實際超高層建筑施工中,電動卷揚機應用較少,而液壓千斤頂和電動升板機應用較多。整體鋼平臺體系作為我國自主研發的超高層施工技術,在技術上有著很強的適用性,在設計與施工中,首要考慮超高層建筑施工中立體作業的安全性,鋼平臺設計一般采用全封閉設計。根據整體鋼平臺體系的大堆載,采用大操作面設計,可滿足大量施工材料,設備堆放的需求,解決了垂直運輸對施工進度的影響。采用自動調平技術來控制鋼平臺的整體提升,為施工質量的控制提供了有利的保證。整體鋼平臺體系創造了一種新穎的超高層核心筒施工技術。 3.2整體鋼平臺體系構造  整體鋼平臺體系利用設置在混凝土筒體內的勁性格構柱承重,電動升板機提升,核心筒墻體內外整體模板都設置在鋼平臺上。整體鋼平臺體系主要由鋼平臺、懸掛腳手架、勁性格構柱、電動升板機及大模板組成。3.2.1鋼平臺  鋼平臺在正常施工時處于混凝土結構面的頂部,作為施工人員提供了操作平臺與施工空間,以及提供了鋼筋材料臨時設備的周轉堆場。鋼平臺主要作為堆載區域,上設操作機房、混凝土布料機、材料堆場、施工機具堆場等,同時設置供核心筒施工人員作業、休息控制頂升模架運行的設施及場地。鋼平臺由沿核心筒墻體兩側布置的聯系兩側鋼平臺的連系鋼梁作為骨架、由墻體兩側布置于骨架上面的鋼平臺走道板、沿鋼平臺外緣布置的側向圍欄構成。組成鋼平臺的鋼梁均采用工字鋼制作。鋼梁與兩側鋼平臺采用螺栓連接,以滿足拆裝需要。在鋼平臺鋼梁上安裝走道板,作為操作平臺。3.2.2懸掛腳手架  懸掛腳手架由吊架、上部走道板、底部走道板、底部防墜閘板、側向圍欄五部分組成。為了同時滿足模板施工和清理整修功能需要,將吊架分為上下兩部分。上吊架共分兩步,為鋼筋、模板施工區。下吊架共分三步,為拆模整修及墻面清理區。懸掛腳下架吊架立桿采用螺栓固定于鋼平臺的鋼梁底部,隨鋼平臺同步提升。吊架前立桿采用材料一般為鋼管,以便于施工過程中采用標準扣件與其它部位進行臨時連接。扁立桿多用熱軋槽鋼,與側向圍欄相連。上部走道板為角鋼框架加鋼板網組成,底層的走道板為角鋼框架加花紋鋼板組成。懸掛腳手架的外側用角鋼加鍍鋅鋼絲網組成的側擋板封閉。3.2.3格構柱
                    格構柱既是施工時整體鋼平臺系統的承重構件,又是提升時整體鋼平臺系統提升的導軌。其采用格構式鋼拄形式逐層向上對接,逐漸埋于核心筒混凝土墻體內。鋼平臺通過承重銷擱置于鋼格構柱上,升板機也置于鋼格構柱上。鋼格構柱根據墻體的厚度,選擇格構柱的截面大小,并且按照其承受荷載及施工要求布置格構柱的間距。鋼格構柱一般由等邊角鋼及綴板組成。鋼平臺在使用過程中,通過承重銷將整體鋼平臺系統的荷載傳遞至鋼格構柱。升板機在提升整體鋼平臺腳手模板系統時,安裝在格構柱頂部,通過承重銷將荷載傳遞至格構柱。3.2.4升板機
                    升板機是提升鋼平臺的動力設備,施工時固定于勁性格構柱頂部。每根勁性格構柱上放置兩臺電動升板機,絲桿穿過升扳機并通過接套和絲桿提升座與鋼平臺連接。在鋼平臺提升狀態時,升板機保持不動,通過絲桿的正向旋轉帶動整個鋼平臺提升,在鋼平臺提升到位后,鋼平臺擱置于承重銷上,升板機通過絲桿反響旋轉頂升升板機,將升板機頂升至合適位置,準備下一次提升鋼平臺。3.2.5大模板
                    大模扳主要由鋼面板、豎肋、主肋三部分組成,豎肋采用單根槽鋼制作,主肋采用雙拼槽鋼制作。每塊大模板頂部設有吊耳,在提升大模板時用倒鏈連接吊耳提升。3.3整體鋼平臺體系標準層施工流程
                    核心筒標準段施工時,每澆搗一次混凝土,整體鋼平臺系統提升兩次。整體鋼平臺系統在使用階段,鋼平臺上部作為核心筒鋼筋臨時堆場,并在腳手架上完成鋼筋綁扎、模板提升工作。在鋼筋工程和模板工程結束后,在鋼平臺上進行混凝土澆搗施工。整體鋼平臺系統安裝完畢,進入標準段施工。在格構柱頂部安裝標準段格構柱,完成格構柱對接和焊接工作。利用支撐在格構柱的整體鋼平臺為支點,升板機螺桿不動,反向旋轉螺帽的方式帶動升板機上升。升板機沿格構柱自升到預定高度后,通過承重銷擱置在格構柱上,完成升板機的第一次頂升。
                    升板機擱置在格構柱上后,升板機螺桿下部與整體鋼平臺鋼梁頂部連接,通過正向旋轉螺帽的方式,提升螺桿,帶動整體鋼平臺腳手系統上升到預定位置,通過承重銷將整體鋼平臺腳手系統擱置在格構柱上,完成整體鋼平臺腳手系統第一次提升。采用同樣方法完成升板機的第二次頂升,然后完成整體鋼平臺腳手系統第二次提升。用塔吊將作業層使用的核心筒鋼筋吊至鋼平臺頂部,在懸掛腳手架上進行鋼筋綁扎等工作。利用鋼平臺上的鋼梁作為吊點,采用倒鏈將下層大模板吊住,進行大模板拆除工作。利用下層腳手架對模板表面進行清理及整修,然后用倒鏈提升大模板到預定位置,進行模板工程施工。
                    本層模板施工完畢后,在整體鋼平臺頂部完成核心筒混凝土澆搗工作。在大模板提升完畢后,鋼平臺提升之前,完成下層混凝土墻面的修補、清理工作。再一次在格構柱頂部安裝標準段格構柱,進行整體鋼平臺提升的下一個流程。4.結語
                    本文主要介紹了整體鋼平臺模板體系的有關概況,根據其受力構件及受力特點的不同的分類,對整體鋼平臺的體系構造及施工流程描述。特別是核心筒標準段施工時,每澆搗一次混凝土,整體鋼平臺系統提升兩次。整體鋼平臺系統在使用階段,鋼平臺上部作為核心筒鋼筋臨時堆場,并在腳手架上完成鋼筋綁扎、模板提升工作。在鋼筋工程和模板工程結束后,在鋼平臺上進行混凝土澆搗施工,整個過程大大加快了施工進度。通過對鋼平臺體系施工技術的研究,取得了以下幾個方面的結論:(1)異型核心筒模板采用異型模和角模的組合設計,采用曲線形替代曲線進行模板設計,符合結構截面以及適應截面變化需要,較好地提高模板設計精度,減少施工誤差,同時兼顧模板的運輸和吊裝,施工操作方便,設計概念上是一種突破。(2)通過對鋼平臺三種支撐立柱形式的研究,重點提出在結構墻體內插入型鋼的結構勁性柱支撐形式。結構勁性柱的支撐形式可減少鋼平臺支撐立柱一次投放的用鋼量,節約材料,降低成本;且勁性柱預埋在外墻結構混凝土內,不影響水平鋼筋的穿插和綁扎,是鋼平臺式模板與腳手架體系的發展方向。(3)鋼平臺體系施工中采用了超升工藝同時施工豎向、水平結構,可減少混凝土的用量、澆筑和泵送次數,降低輸送管道堵泵的機率,大大提高施工工效,節約施工工期。另外豎向、水平結構同步施工的工藝可以提高結構整體性,增強整體剛度來抵抗外部荷載尤其是風荷載的影響,起到降低超高結構施工風險的作用。(4)考慮到超高結構的多樣性和空間變化情況,鋼平臺體系在設計過程中充分考慮了高空適應性。超高結構在空間一定的高度發生變化時,該體系可通過高空拆分,分離自升的方法進行施工。這也表明在超高結構施工中,科學的模板和腳手架體系可以有效應對結構變化帶來的施工難度和安全問題。(5)目前發展超高層建筑的條件較以往更加充分,人類追求高大雄偉的超高層建筑的愿望依然強烈,社會需求更加迫切,經濟技術與工程技術基礎日益牢固。因此,世界上尤其是亞洲的高層建筑的發展勢頭還將持續下去,成為高層建筑的新櫥窗。而超高層建筑鋼平臺模板體系整體提升施工技術必將在發展中不斷創新,適應新的需求。
                     
                    參考文獻:
                    [1] 田建強.整體提升腳手架施工技術[J]陜西建筑,2011(187):28-31
                       [2] 孫林榮.整體提升鋼平臺及其下部的斜板墻施工工藝[J]上海建設科技,2008(4):41-43

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