高層建筑非標(biāo)準(zhǔn)層及變截面結(jié)構(gòu)的爬模施工研究

成 禹

上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080

1 項目概況和背景

上海星港國際中心項目地下6層，地上由2幢263 m的辦公樓和1座3層的主題商業(yè)中心組成。塔樓面積約2 000 m2，核心筒面積542 m2，內(nèi)含勁性柱、梁、剪力墻鋼板等結(jié)構(gòu)。整體施工路線為核心筒采用液壓爬模，電梯井采用井道腳手架，鋼模配合木模板，水平結(jié)構(gòu)與剪力墻同步施工。核心筒至39層北立面收分，至42層南立面收分。外墻厚度自下而上從1 300 mm逐步減小到500 mm（圖1），多次變截面給施工帶來了困難。核心筒標(biāo)準(zhǔn)層高4.50 m，非標(biāo)準(zhǔn)層有5.00、5.50、5.65、7.35 m等，為了確保非標(biāo)準(zhǔn)層施工，需要針對不同層高在爬模提升前進(jìn)行設(shè)計。

基于以上項目情況和背景，需要研究出核心筒變截面及非標(biāo)準(zhǔn)層施工方案，解決爬模體系在遇到此類困難時的問題，直至施工完成[1-2]。

2 主要施工技術(shù)

2.1 變截面施工技術(shù)

根據(jù)塔樓混凝土筒體施工部位的不同，將液壓爬模分為外爬架和內(nèi)爬架2種結(jié)構(gòu)形式。外爬架（圖2）主要應(yīng)用于筒體外圍的爬升施工，每組有2個機(jī)位；內(nèi)爬架用于筒體內(nèi)部施工。電梯井位置、樓梯間與電梯廳結(jié)構(gòu)樓板同步澆筑。

圖1 核心筒截面變化

為了解決超高層核心筒收分問題，在施工至39層時，將變截面處內(nèi)架拆除，隨后拆除東西兩側(cè)外架，最后將南側(cè)原有外架移至收分后剪力墻位置，完成后繼續(xù)進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)施工。南立面拆除方式與北立面相同。該方法解決了核心筒收分帶來的施工困難、工期占用時間長的問題，運(yùn)用將外機(jī)位在空中內(nèi)移的方式最大程度減少了機(jī)位拆除再組裝的施工步驟，縮短了工期。

圖2 核心筒內(nèi)外架平面布置

根據(jù)現(xiàn)場情況，初步制訂了2種轉(zhuǎn)換層方案：

1）方案1：內(nèi)架兼作外架。該方案在核心筒施工至38層時，將2#施工平臺保留，外圍增設(shè)防護(hù)欄桿，繼續(xù)提升2層，北側(cè)剩余部分采用腳手架搭設(shè)，與2#平臺相接。2#平臺與南側(cè)外架同時拆除，進(jìn)行內(nèi)外轉(zhuǎn)換（圖3）。

圖3 變截面施工示意

2）方案2：內(nèi)架完全拆除。北側(cè)內(nèi)架施工至38層時全部拆除，搭設(shè)腳手架施工，待北側(cè)爬模拆除后拆除南側(cè)外架，進(jìn)行內(nèi)外轉(zhuǎn)換。

方案1減少了爬模轉(zhuǎn)換層拆除工期，施工速度快，但施工過程涉及到土建與爬模銜接，管理難度大；方案2施工隊伍少，管理方便，但工期占用長。經(jīng)過比選，2種方案均能保證施工，考慮到便于管理，最終采用方案2進(jìn)行轉(zhuǎn)換層施工。

2.2 非標(biāo)準(zhǔn)層技術(shù)制訂

為了確保核心筒非標(biāo)準(zhǔn)層施工，需要針對不同層高對爬模進(jìn)行臨時支撐設(shè)計。技術(shù)部門在施工前進(jìn)行工況模擬，根據(jù)不同的高度，分別制訂不同的方案以確保爬模的提升。

1）方案1：增設(shè)混凝土柱和格構(gòu)柱。對于層高5 m的避難層，為了確保提升后附墻螺栓有支撐點，在樓板澆筑前在機(jī)位處澆筑混凝土短柱，內(nèi)配16φ32 mm縱向鋼筋，箍筋φ14 mm@200 mm，待爬模提升后將短柱鑿除?？紤]到現(xiàn)場實際格構(gòu)柱正在拆除，利用已拆除的格構(gòu)柱，在樓板澆筑前在機(jī)位處預(yù)設(shè)埋板，施工590 mm×590 mm格構(gòu)柱，爬模提升時，將附墻螺栓附著在格構(gòu)柱上。

2）方案2：雙梁中間增加柱。為了保證風(fēng)管安裝，核心筒南側(cè)含有大量雙梁結(jié)構(gòu)，隨著爬升高度的不同，附墻螺栓的支點在2根梁的中間，為此，采用在雙梁中增設(shè)臨時柱，柱配筋14φ25 mm，箍筋φ14 mm@200 mm，短柱在提升后鑿除。

3）方案3：增設(shè)格構(gòu)柱與型鋼梁。采用地下室已割除的格構(gòu)柱現(xiàn)場焊接，在核心筒墻板兩側(cè)預(yù)埋鋼板，焊接400 mm×400 mm×13 mm×21 mm的H型鋼，格構(gòu)柱開缺口與H型鋼梁焊接，確保連接可靠。在樓板上增設(shè)2∠200 mm×18 mm斜撐確保受力穩(wěn)定（圖4）。

圖4 格構(gòu)柱、鋼梁與機(jī)位示意

4）方案4：增設(shè)混凝土梁。在剪力墻中間附墻螺栓處增設(shè)高750 mm混凝土梁（圖5），作為機(jī)位提升支撐點。

圖5 增設(shè)混凝土梁節(jié)點

5）方案5：增設(shè)型鋼平臺。層高為7.35 m時，內(nèi)架的機(jī)位一端無法擱置在樓板上，導(dǎo)致架體懸挑。根據(jù)這一施工工況，在內(nèi)平臺增設(shè)20#H型鋼，與剪力墻形成拉結(jié)。N2、N3平臺為材料堆場及布料機(jī)的放置點，N3平臺為架體最大受力點。平臺擱置腿立柱采用20#H型鋼，橫向、縱向拉梁與墻體之間采用18#工字鋼焊接，加大主平臺的承載力（圖6）。

圖6 增設(shè)型鋼平臺

3 現(xiàn)場施工應(yīng)用

3.1 變截面施工

1）步驟1：變截面施工時，首先將爬模外架提升至最高，利用外架上的鋼模板作為防護(hù)隔離，保證施工人員的安全，同時在模板內(nèi)側(cè)搭設(shè)防護(hù)隔離，為了防止超高層風(fēng)荷載的影響，將隔離與核心筒處已澆筑的混凝土進(jìn)行拉結(jié)（圖7、圖8）。

圖7 變截面防護(hù)隔離做法(鋼模板未拆)

圖8 模板吊運(yùn)后變 截面施工

2）步驟2：吊裝綁筋架之前，利用手拉葫蘆將鋼模降落至主平臺面，隨后完成綁筋架4個吊點的捆綁工作，在鋼絲繩保持略微松弛狀態(tài)下，松開頂部綁筋架與模板架的連接螺栓。用塔吊將綁筋架緩緩吊起運(yùn)至地面，隨后拆除鋼大模，吊運(yùn)至地面。

3）步驟3：完成模板架4個吊點的捆綁工作，松開模板架與主平臺之間的連接螺栓，用塔吊將模板操作架緩緩吊起下降到地面。

4）步驟4：利用塔吊將爬架主平臺及設(shè)備架整體緩緩吊起，同時拆除下端附墻裝置，并用鋼絲繩牢牢綁在主平臺上吊運(yùn)至地面。北側(cè)及南側(cè)拆除以后需要重新安裝的外架，在拆除時保留設(shè)備架，直接由外墻位置吊裝至核心筒相應(yīng)位置。

3.2 非標(biāo)準(zhǔn)層施工

3.2.15 m非標(biāo)準(zhǔn)層施工

在剪力墻板澆筑混凝土前，在核心筒內(nèi)的剪力墻內(nèi)預(yù)埋鋼板，待混凝土澆筑完全達(dá)到強(qiáng)度后，通過人貨梯和塔吊將材料運(yùn)至施工面，選用技術(shù)嫻熟的焊工操作，確保焊縫質(zhì)量，待焊接完成后對格構(gòu)柱、鋼梁與剪力墻的各節(jié)點焊接質(zhì)量進(jìn)行檢查。爬模提升時，將附墻系統(tǒng)與施工的格構(gòu)柱相連接，承擔(dān)架體傳遞過來的荷載（圖9、圖10）。

圖9 格構(gòu)柱支撐

圖10 格構(gòu)柱與型鋼梁組合支撐

3.2.27 .35 m非標(biāo)準(zhǔn)層施工

在施工7.35 m非標(biāo)準(zhǔn)層時，利用塔吊將材料運(yùn)至施工面，提前在下層樓板澆筑前預(yù)埋鋼埋板，隨后將型鋼立柱焊接在埋板上，再用工字鋼將鋼立柱通過焊接方式連接形成整體。此高度爬模需要分2次提升，首次提升高度為3.6 m，提升完成后將懸挑機(jī)位擱置在制作完成后的型鋼平臺上，解決了機(jī)位懸挑帶來的安全隱患。此外，型鋼平臺的設(shè)置也加大了整個內(nèi)平臺的堆載量，在混凝土澆筑時，解決了原有僅能接固定泵管來澆筑混凝土的問題，利用加固后的內(nèi)平臺將布料機(jī)擱置在內(nèi)架上，布料機(jī)的旋轉(zhuǎn)半徑覆蓋了整個核心筒的混凝土澆筑范圍，在確保安全的前提下加快了施工速度[3-4]。

4 結(jié)語

通過對變截面及非標(biāo)準(zhǔn)層爬模在現(xiàn)場實際應(yīng)用的情況，有效解決了超高層施工中截面收分變化等難題。同時，利用高空機(jī)位內(nèi)移轉(zhuǎn)換的方式，將2次大截面收分變化的總工期控制在15 d以內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)層核心筒結(jié)構(gòu)工期控制在4 d/層。為項目順利完成創(chuàng)造了時間上和空間上的有利條件，為項目創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益，也可為類似工程提供借鑒。