摘要：超高層建筑鋼平臺整體提升施工技術(shù)彭暢[摘要]改革開放以后，中國社會經(jīng)濟(jì)快速增長，人民生活水平大幅度提高，高層建筑蓬勃發(fā)展，各大城市陸
超高層建筑鋼平臺整體提升施工技術(shù)
彭暢
[摘要] 改革開放以后，中國社會經(jīng)濟(jì)快速增長，人民生活水平大幅度提高，高層建筑蓬勃發(fā)展，各大城市陸續(xù)興建了大量的高層建筑。根據(jù)不完全統(tǒng)計，就上海而言，16 層以上高層建筑幢數(shù)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(dá)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(nèi)外的發(fā)展來看，今后在人口密度大的亞洲地區(qū)，超高層建筑將會往1000m甚至更高的高度發(fā)展。因此本文對超高層建筑鋼平臺整體提升施工技術(shù)進(jìn)行了研究。
[關(guān)鍵詞] 超高層建筑 整體鋼平臺 模板體系 施工技術(shù)
1 引言
國內(nèi)超高層從建筑結(jié)構(gòu)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(shè)防烈度以經(jīng)濟(jì)、合理、安全、可靠的設(shè)計原則，來選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系。超高層建筑的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。框架--剪力墻結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)(包括框架--筒體)。這是由于筒體結(jié)構(gòu)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(jīng)濟(jì)條件的進(jìn)一步發(fā)展，巨型框架--筒體結(jié)構(gòu)在高度特別大的超高層建筑中得到了長足的發(fā)展，也可說代表了超高層建筑的一種新的發(fā)展方向。如武漢綠地中心、上海環(huán)球金融中心和金茂大廈、深圳地王大廈等都屬于此類結(jié)構(gòu)型式。超高層建筑現(xiàn)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?xí)r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(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(jìn)的模板技術(shù)，可提高工程質(zhì)量，加快施工進(jìn)度和降低工程成本。隨著專業(yè)化施工技術(shù)的發(fā)展，高層建筑模板工程的總體發(fā)展趨向于整體化，即指具有成套裝置和自身工藝體系，適應(yīng)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(jī)整體提升鋼平臺模板體系的延續(xù)和發(fā)展，其研究是整個超高結(jié)構(gòu)異型核心筒施工技術(shù)的核心部分，其施工質(zhì)量直接影響著核心筒的成敗。該體系在原有基礎(chǔ)上對支撐系統(tǒng)、腳手系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、施工工藝進(jìn)行了重新研究和設(shè)計。支撐系統(tǒng)由原有單一的內(nèi)筒外架支撐體系、格構(gòu)柱支撐體系發(fā)展為利用結(jié)構(gòu)勁性鋼柱作為支撐體系；腳手系統(tǒng)由最初的鋼管腳手架發(fā)展為可以重復(fù)利用的工具式懸掛腳手架；控制系統(tǒng)由單一的電氣控制發(fā)展為由計算機(jī)控制提升的數(shù)字化控制；施工工藝由豎向結(jié)構(gòu)單獨施工，水平結(jié)構(gòu)滯后施工，發(fā)展為根據(jù)結(jié)構(gòu)要求有選擇性地進(jìn)行豎向和水平結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換、腳手架內(nèi)移等施工難題，為混凝土核心筒施工創(chuàng)造了安全的施工環(huán)境和工作平臺。它隨結(jié)構(gòu)施工逐層自升，具有提升快捷，作業(yè)環(huán)境安全可靠，施工方便，混凝土工程質(zhì)量有保證，經(jīng)濟(jì)性顯著等一系列優(yōu)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(shù)的必要性
目前市場競爭日益激烈，施工成本壓力持續(xù)增長，如何做到模板與腳手架體系用鋼量省，施工過程環(huán)保節(jié)能，創(chuàng)建出一個安全、高效的施工平臺是個難題。此外，超高結(jié)構(gòu)高度不斷刷新，結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，不規(guī)則的平面不斷涌現(xiàn)，要求模板系統(tǒng)的設(shè)計需滿足不規(guī)則平面的需求，具有良好的結(jié)構(gòu)體系適應(yīng)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(shù)研究中，目前常用的有電動整體提升腳手體系、升板機(jī)整體提升鋼平臺模板體系和液壓爬升模板體系中，升板機(jī)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(yīng)性高等優(yōu)點，成為市場的主流。鑒于目前超高結(jié)構(gòu)發(fā)展的形勢，要求升板機(jī)整體提升鋼平臺模板體系具有更優(yōu)良的結(jié)構(gòu)體系適應(yīng)性、可操作性和經(jīng)濟(jì)性。為解決這些難題，本文結(jié)合廣州新電視塔工程，根據(jù)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(shè)計出一種最安全可靠、構(gòu)造合理、經(jīng)濟(jì)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(shù)3.1背景
超高層建筑施工應(yīng)選擇適合本工程條件的模板體系，應(yīng)能全面確保工程質(zhì)量、安全、進(jìn)度、成本和創(chuàng)新(技術(shù)發(fā)展)要求，具有現(xiàn)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(jù)鋼平臺下受力構(gòu)件及受力特點的不同，可分為內(nèi)筒外架式和勁性構(gòu)架式；根據(jù)鋼平臺提升設(shè)備的不同又可分為：液壓千斤頂式、電動升板機(jī)式和電動卷揚機(jī)式或爬繩索式。內(nèi)筒外架式鋼平臺模板體系主要包括內(nèi)筒、外構(gòu)架、鋼平臺、內(nèi)外吊腳手和鋼大模板幾部分。筒內(nèi)鋼平臺設(shè)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(jī)，通過絲桿吊桿將上部外構(gòu)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(yīng)的是筒體外的構(gòu)架，它是承受垂直荷載和水平荷載的重要受力構(gòu)件。鋼平臺提升到位后，即轉(zhuǎn)換成外構(gòu)架受力。整個施工工藝就是通過外構(gòu)架(托住鋼平臺)和內(nèi)筒的交替承力與相互提升最終達(dá)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(gòu)架的整體鋼平臺模板體系主要包括鋼平臺、內(nèi)外吊腳手、勁性構(gòu)架、動力部分和升板機(jī)。勁性構(gòu)架是擱置鋼平臺的承重構(gòu)件，澆筑在核心簡墻體內(nèi)，配置升板機(jī)沿勁性構(gòu)架自升，然后用升板機(jī)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(nèi)筒外架式應(yīng)用更廣。
對于鋼平臺的幾種動力設(shè)備，液壓千斤頂體積小、重量輕、操作穩(wěn)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(jī)絲桿少、體積不大、提升能力大、提升緩慢而平穩(wěn)，且能荷載上升與下降，對承重銷進(jìn)入洞口就位十分方便，是國內(nèi)較成熟的建筑用大噸位提升設(shè)備。電動卷揚機(jī)的體積和自重都比較大，且鋼絲繩走向較為復(fù)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(jī)應(yīng)用較少，而液壓千斤頂和電動升板機(jī)應(yīng)用較多。整體鋼平臺體系作為我國自主研發(fā)的超高層施工技術(shù)，在技術(shù)上有著很強(qiáng)的適用性，在設(shè)計與施工中，首要考慮超高層建筑施工中立體作業(yè)的安全性，鋼平臺設(shè)計一般采用全封閉設(shè)計。根據(jù)整體鋼平臺體系的大堆載，采用大操作面設(shè)計，可滿足大量施工材料，設(shè)備堆放的需求，解決了垂直運輸對施工進(jìn)度的影響。采用自動調(diào)平技術(shù)來控制鋼平臺的整體提升，為施工質(zhì)量的控制提供了有利的保證。整體鋼平臺體系創(chuàng)造了一種新穎的超高層核心筒施工技術(shù)。 3.2整體鋼平臺體系構(gòu)造 整體鋼平臺體系利用設(shè)置在混凝土筒體內(nèi)的勁性格構(gòu)柱承重，電動升板機(jī)提升，核心筒墻體內(nèi)外整體模板都設(shè)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(gòu)柱、電動升板機(jī)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(jié)構(gòu)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(shè)備的周轉(zhuǎn)堆場。鋼平臺主要作為堆載區(qū)域，上設(shè)操作機(jī)房、混凝土布料機(jī)、材料堆場、施工機(jī)具堆場等，同時設(shè)置供核心筒施工人員作業(yè)、休息控制頂升模架運行的設(shè)施及場地。鋼平臺由沿核心筒墻體兩側(cè)布置的聯(lián)系兩側(cè)鋼平臺的連系鋼梁作為骨架、由墻體兩側(cè)布置于骨架上面的鋼平臺走道板、沿鋼平臺外緣布置的側(cè)向圍欄構(gòu)成。組成鋼平臺的鋼梁均采用工字鋼制作。鋼梁與兩側(cè)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(cè)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(qū)。下吊架共分三步，為拆模整修及墻面清理區(qū)。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(biāo)準(zhǔn)扣件與其它部位進(jìn)行臨時連接。扁立桿多用熱軋槽鋼，與側(cè)向圍欄相連。上部走道板為角鋼框架加鋼板網(wǎng)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(cè)用角鋼加鍍鋅鋼絲網(wǎng)組成的側(cè)擋板封閉。3.2.3格構(gòu)柱
格構(gòu)柱既是施工時整體鋼平臺系統(tǒng)的承重構(gòu)件，又是提升時整體鋼平臺系統(tǒng)提升的導(dǎo)軌。其采用格構(gòu)式鋼拄形式逐層向上對接，逐漸埋于核心筒混凝土墻體內(nèi)。鋼平臺通過承重銷擱置于鋼格構(gòu)柱上，升板機(jī)也置于鋼格構(gòu)柱上。鋼格構(gòu)柱根據(jù)墻體的厚度，選擇格構(gòu)柱的截面大小，并且按照其承受荷載及施工要求布置格構(gòu)柱的間距。鋼格構(gòu)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(tǒng)的荷載傳遞至鋼格構(gòu)柱。升板機(jī)在提升整體鋼平臺腳手模板系統(tǒng)時，安裝在格構(gòu)柱頂部，通過承重銷將荷載傳遞至格構(gòu)柱。3.2.4升板機(jī)
升板機(jī)是提升鋼平臺的動力設(shè)備，施工時固定于勁性格構(gòu)柱頂部。每根勁性格構(gòu)柱上放置兩臺電動升板機(jī)，絲桿穿過升扳機(jī)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(tài)時，升板機(jī)保持不動，通過絲桿的正向旋轉(zhuǎn)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(jī)通過絲桿反響旋轉(zhuǎn)頂升升板機(jī)，將升板機(jī)頂升至合適位置，準(zhǔn)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)層施工流程
核心筒標(biāo)準(zhǔn)段施工時，每澆搗一次混凝土，整體鋼平臺系統(tǒng)提升兩次。整體鋼平臺系統(tǒng)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(jié)束后，在鋼平臺上進(jìn)行混凝土澆搗施工。整體鋼平臺系統(tǒng)安裝完畢，進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)段施工。在格構(gòu)柱頂部安裝標(biāo)準(zhǔn)段格構(gòu)柱，完成格構(gòu)柱對接和焊接工作。利用支撐在格構(gòu)柱的整體鋼平臺為支點，升板機(jī)螺桿不動，反向旋轉(zhuǎn)螺帽的方式帶動升板機(jī)上升。升板機(jī)沿格構(gòu)柱自升到預(yù)定高度后，通過承重銷擱置在格構(gòu)柱上，完成升板機(jī)的第一次頂升。
升板機(jī)擱置在格構(gòu)柱上后，升板機(jī)螺桿下部與整體鋼平臺鋼梁頂部連接，通過正向旋轉(zhuǎn)螺帽的方式，提升螺桿，帶動整體鋼平臺腳手系統(tǒng)上升到預(yù)定位置，通過承重銷將整體鋼平臺腳手系統(tǒng)擱置在格構(gòu)柱上，完成整體鋼平臺腳手系統(tǒng)第一次提升。采用同樣方法完成升板機(jī)的第二次頂升，然后完成整體鋼平臺腳手系統(tǒng)第二次提升。用塔吊將作業(yè)層使用的核心筒鋼筋吊至鋼平臺頂部，在懸掛腳手架上進(jìn)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(jìn)行大模板拆除工作。利用下層腳手架對模板表面進(jìn)行清理及整修，然后用倒鏈提升大模板到預(yù)定位置，進(jìn)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(bǔ)、清理工作。再一次在格構(gòu)柱頂部安裝標(biāo)準(zhǔn)段格構(gòu)柱，進(jìn)行整體鋼平臺提升的下一個流程。4.結(jié)語
本文主要介紹了整體鋼平臺模板體系的有關(guān)概況，根據(jù)其受力構(gòu)件及受力特點的不同的分類，對整體鋼平臺的體系構(gòu)造及施工流程描述。特別是核心筒標(biāo)準(zhǔn)段施工時，每澆搗一次混凝土，整體鋼平臺系統(tǒng)提升兩次。整體鋼平臺系統(tǒng)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(jié)束后，在鋼平臺上進(jìn)行混凝土澆搗施工，整個過程大大加快了施工進(jìn)度。通過對鋼平臺體系施工技術(shù)的研究，取得了以下幾個方面的結(jié)論：（1）異型核心筒模板采用異型模和角模的組合設(shè)計，采用曲線形替代曲線進(jìn)行模板設(shè)計，符合結(jié)構(gòu)截面以及適應(yīng)截面變化需要，較好地提高模板設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)墻體內(nèi)插入型鋼的結(jié)構(gòu)勁性柱支撐形式。結(jié)構(gòu)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(jié)約材料，降低成本；且勁性柱預(yù)埋在外墻結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)，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(fā)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(jié)構(gòu)，可減少混凝土的用量、澆筑和泵送次數(shù)，降低輸送管道堵泵的機(jī)率，大大提高施工工效，節(jié)約施工工期。另外豎向、水平結(jié)構(gòu)同步施工的工藝可以提高結(jié)構(gòu)整體性，增強(qiáng)整體剛度來抵抗外部荷載尤其是風(fēng)荷載的影響，起到降低超高結(jié)構(gòu)施工風(fēng)險的作用。（4）考慮到超高結(jié)構(gòu)的多樣性和空間變化情況，鋼平臺體系在設(shè)計過程中充分考慮了高空適應(yīng)性。超高結(jié)構(gòu)在空間一定的高度發(fā)生變化時，該體系可通過高空拆分，分離自升的方法進(jìn)行施工。這也表明在超高結(jié)構(gòu)施工中，科學(xué)的模板和腳手架體系可以有效應(yīng)對結(jié)構(gòu)變化帶來的施工難度和安全問題。（5）目前發(fā)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(qiáng)烈，社會需求更加迫切，經(jīng)濟(jì)技術(shù)與工程技術(shù)基礎(chǔ)日益牢固。因此，世界上尤其是亞洲的高層建筑的發(fā)展勢頭還將持續(xù)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(shù)必將在發(fā)展中不斷創(chuàng)新，適應(yīng)新的需求。
參考文獻(xiàn)：
［1］ 田建強(qiáng).整體提升腳手架施工技術(shù)［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(shè)科技，2008（4）：41-43
