天津高銀1 17大廈垂直運(yùn)輸通道塔創(chuàng)新技術(shù)及應(yīng)用
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侯玉杰1，葉 建2，余地華1，陳芍橋2，李干椿2
（1．中建三局集團(tuán)有限公司，湖北武漢430064；2．中建三局集團(tuán)有限公司工程總承包公司，湖北武漢430064）
[摘要]垂直運(yùn)輸是影響超高層建筑建造的關(guān)鍵因素，施工電梯布置的合理與否將直接影響施工工效。施工電梯的布置通常為附著于建筑外立面或布置于電梯井道內(nèi)2種形式，但均有弊端。天津高銀117大廈項(xiàng)目根據(jù)工程施工的具體實(shí)際以及建設(shè)單位的相關(guān)要求，在大陸地區(qū)首次使用超高層建筑垂直運(yùn)輸通道塔技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了施工階段垂直運(yùn)輸?shù)母咝н\(yùn)轉(zhuǎn)。依托天津高銀117大廈通道塔應(yīng)用的具體實(shí)際，從通道塔技術(shù)的應(yīng)用背景出發(fā)，對(duì)通道塔的設(shè)計(jì)、安裝以及通道塔附著施工電梯的部署情況進(jìn)行了綜合論述，并結(jié)合通道塔應(yīng)用的實(shí)際情況，分析闡述了天津高銀117大廈通道塔應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)效果。
[關(guān)鍵詞]高層建筑；垂直運(yùn)輸；通道塔；裝配式；鋼結(jié)構(gòu)；施工電梯
[中圖分類號(hào)]TU732 [文章編號(hào)]1002-8498(2016)08-0009-05
0 引言
隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，建筑科學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)也在不斷進(jìn)步，超高層建筑作為建筑科學(xué)領(lǐng)域的前沿，在全世界范圍內(nèi)的數(shù)量目前已經(jīng)具有相當(dāng)規(guī)模，并且正在向更加綜合化、大型化、高度更高的方向發(fā)展。超高層建筑施工期大量材料、設(shè)備、人員等相關(guān)要素的垂直運(yùn)輸問題已經(jīng)成為制約超高層建筑建造技術(shù)進(jìn)一步向前發(fā)展的瓶頸。目前，國際上主流的超高層建筑垂直運(yùn)輸方式主要包括：施工電梯、塔式起重機(jī)、混凝土泵送管道等。施工電梯作為超高層建筑垂直運(yùn)輸體系的重要組成部分，其運(yùn)輸負(fù)荷勢(shì)必會(huì)隨著建筑高度的增加而不斷
增大，這給施工電梯的相關(guān)應(yīng)用技術(shù)帶來巨大挑戰(zhàn)。
在超高層建筑的高程范圍內(nèi)進(jìn)行垂直運(yùn)輸，電梯的布置形式、梯籠型號(hào)、運(yùn)行速度、運(yùn)輸通道、調(diào)度方式都將會(huì)對(duì)垂直運(yùn)輸?shù)男十a(chǎn)生巨大影響，進(jìn)而對(duì)整個(gè)工程的施工進(jìn)度產(chǎn)生影響。解決好施工電梯的選型、布置、使用等問題是保障超高層建筑順利施工的關(guān)鍵。
傳統(tǒng)的施工電梯通常布置于建筑外立面或正式電梯井道內(nèi)，這種布置形式的施工電梯必然分散于建筑物各處，每臺(tái)電梯都需要有專門的水平運(yùn)輸通道，不僅在地面占用大量場(chǎng)地用以轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)物料，而且在建筑物內(nèi)部也需要使用大量運(yùn)輸空間。分散的布置形式對(duì)于物料及人員垂直運(yùn)輸?shù)氖┕そM織與運(yùn)輸調(diào)度提出了很高的要求，管理難度非常大。同時(shí)，建筑外立面與井道內(nèi)施工電梯的布置形式將影響后期幕墻封閉及正式電梯施工，施工工期大幅延長。電梯井道及電梯前室等關(guān)鍵垂直運(yùn)輸通道通�？臻g有限，大體積設(shè)備及材料的垂直運(yùn)輸將受到較大制約。
1 工程概況
天津高銀117大廈（以下簡稱117大廈）是一幢集高檔商場(chǎng)、甲級(jí)寫字樓、商務(wù)公寓、餐飲娛樂和六星級(jí)酒店于一體的綜合性特大型超高層建筑，地下4層，地上117層，建筑高度為597m，結(jié)構(gòu)高度達(dá)596. 2m，是目前世界上結(jié)構(gòu)高度僅次于哈利法塔的超高層建筑。施工過程中，人員的上下班、建筑材料、機(jī)電安裝材料、幕墻單元板塊以及部分機(jī)具設(shè)備等都需要依靠施工電梯進(jìn)行垂直運(yùn)輸。
在117大廈施工過程中，為保證工程整體按期竣工，在進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)施工的同時(shí)需將正式電梯曳引機(jī)吊裝就位，幕墻、裝飾、機(jī)電安裝等相關(guān)專業(yè)必須提前插入。綜合考慮幕墻封閉施工、正式電梯提前安裝、垂直運(yùn)輸協(xié)調(diào)管理等多方面的因素，傳統(tǒng)的施工電梯布置應(yīng)用形式已經(jīng)無法滿足該工程的實(shí)際需求。
鑒于此，117大廈項(xiàng)目創(chuàng)新采用超高層建筑垂直運(yùn)輸通道塔體系，將其作為施工電梯的附著結(jié)構(gòu)，有效滿足了工程實(shí)際對(duì)施工電梯布置與應(yīng)用的相關(guān)要求。目前，通道塔僅在香港環(huán)球貿(mào)易廣場(chǎng)進(jìn)行了初步應(yīng)用，在117大廈項(xiàng)目的使用尚屬大陸地區(qū)首次。如圖1所示。
通道塔垂直運(yùn)輸系統(tǒng)布置于117大廈主塔樓東側(cè)，塔體為裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系，±0. 000標(biāo)高以上總高度為500. 610m，共涉及107個(gè)結(jié)構(gòu)層，頂層為100F，±0.000標(biāo)高以下高度為18. 350m，是目前世界上高度最高的裝配式鋼結(jié)構(gòu)塔體。通道塔獨(dú)立于117大廈塔樓主體結(jié)構(gòu)，西側(cè)采用附墻件與117大廈塔樓外框結(jié)構(gòu)連接，在垂直運(yùn)輸區(qū)段的每個(gè)結(jié)構(gòu)層設(shè)置尺寸為5m×9m的鋼平臺(tái)，通過1~100F搭設(shè)的鋼走道與塔樓連接，形成通道。人員、設(shè)備、材料等通過附著于通道塔的5臺(tái)施工電梯到達(dá)相應(yīng)樓層面，經(jīng)通道塔平臺(tái)和鋼走道進(jìn)入樓層內(nèi)部，完成垂直運(yùn)輸工作。
2通道塔設(shè)計(jì)
117大廈通道塔主體結(jié)構(gòu)采用的是Q345B碳素結(jié)構(gòu)鋼，結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要包括鋼框架柱、鋼梁、水平支撐、鋼桁架、附墻桿、走道梁、走道次梁以及花紋鋼板和花紋鋼板加勁肋。結(jié)合117大廈結(jié)構(gòu)層高的變化情況，構(gòu)件采用裝配式標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接，所有構(gòu)件在施工完成后可拆除回收重復(fù)利用，實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保的施工目標(biāo)。
2.1結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)
通道塔主體結(jié)構(gòu)主要由2個(gè)部分組成。第一部分為鋼結(jié)構(gòu)框架一支撐體系，這一部分結(jié)構(gòu)處于- 18. 250~1.200m標(biāo)高范圍內(nèi)，涉及B3~1F層。為避免占用地下室各層中設(shè)備管道空間，通道塔在地下室空間范圍內(nèi)僅在地下室樓板上下位置布置水平支撐，在地下室凈空范圍內(nèi)設(shè)置柱間支撐，塔身柱腳基礎(chǔ)設(shè)置于117大廈基礎(chǔ)筏板之上。地下空間結(jié)構(gòu)布置如圖2所示。
通道塔第2部分為鋼框架體系，鋼框架體系由標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件組成的標(biāo)準(zhǔn)層構(gòu)成，主要構(gòu)件為鋼柱、桁架梁和水平支撐。處于1. 200~500. 610m標(biāo)高范圍內(nèi)，涉及1~ 100F。此部分總高度為499. 410m，結(jié)構(gòu)層設(shè)置與117大廈結(jié)構(gòu)層一致，為方便運(yùn)輸并綜合考慮結(jié)構(gòu)的沉降補(bǔ)償，通道塔結(jié)構(gòu)平臺(tái)面標(biāo)高比117大廈樓面標(biāo)高每層高出550mm。通道塔標(biāo)準(zhǔn)層平臺(tái)尺寸為5m x9m，一面與主樓東面相連，另外三面配置施工電梯通道，通道塔標(biāo)準(zhǔn)層桁架布置如圖3所示。
所有標(biāo)準(zhǔn)節(jié)都由裝配式構(gòu)件組拼而成，采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)分層拼裝的形式進(jìn)行搭建，每一標(biāo)準(zhǔn)層除柱、走道梁和附墻桿截面會(huì)因通道塔高度分段變化有所不同外，其他構(gòu)件均為標(biāo)準(zhǔn)尺寸。通道塔每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層的樓面需鋪設(shè)花紋鋼板，并在四周設(shè)置安全護(hù)欄以及防護(hù)鋼板網(wǎng)（見圖4），形成安全的水平轉(zhuǎn)運(yùn)通道。
2.2 通道塔與主體結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)
通道塔與117大廈主體結(jié)構(gòu)由附墻桿和走道梁鋼梁連接，附墻桿的主要作用是保證通道塔塔體的整體穩(wěn)定性，走道梁則是作為水平運(yùn)輸通道的支撐構(gòu)件，用以形成通道塔與樓體之間的運(yùn)輸通道。
1)附墻桿設(shè)計(jì)
在通道塔框架部分每隔2個(gè)結(jié)構(gòu)層設(shè)置1道附墻桿，附墻桿兩端分別連接于通道塔各層桁架的上弦節(jié)點(diǎn)處和樓體結(jié)構(gòu)東面的樓板上。由于117大廈主體結(jié)構(gòu)由下往上以0. 88。傾角內(nèi)收，通道塔附墻距離將隨高度呈線性增大，附墻桿截面也將隨附著位置的不同逐漸變化，附墻桿情況如圖5所示。
2)走道設(shè)計(jì)
在通道塔桁架標(biāo)準(zhǔn)層樓面與主塔樓面之間每層搭設(shè)走道，走道梁擱置在主塔樓東面邊梁之上。根據(jù)建造要求117大廈32F以下應(yīng)考慮提前運(yùn)營需求，為了最大限度地降低通道塔連接桿件對(duì)主塔樓幕墻安裝的影響，若32F提前運(yùn)營，其運(yùn)營之后的施工階段，通道塔32F以下的走道梁、花紋鋼板以及鋼板網(wǎng)圍護(hù)可以全部拆除，僅保留結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
3 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)及附屬構(gòu)件安裝
通道塔標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)層采取地面拼裝、整段吊裝的方法進(jìn)行施工。
1)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)地面拼裝
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)地面拼裝采用臥拼方式，在拼裝前需按照?qǐng)D紙尺寸進(jìn)行測(cè)量放線。具體拼裝流程如圖6所示。
2)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)吊裝
為確保吊裝時(shí)通道塔標(biāo)準(zhǔn)節(jié)整體的穩(wěn)定性，考慮在與桁架上弦連接處的6個(gè)鋼柱上設(shè)置吊耳。同時(shí)，為了保證吊裝平衡，在吊鉤下掛設(shè)3根足夠強(qiáng)度的鋼絲繩進(jìn)行吊裝，鋼絲繩規(guī)格為ɸ30mm，卡環(huán)型號(hào)為GD6.0，吊耳與鋼柱采用單面坡口半熔透焊接。吊裝流程如圖7所示。
3)附墻桿安裝
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)就位后需及時(shí)將與之相連的附墻桿及走道梁安裝就位，以便將通道塔標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與117大廈塔樓主體結(jié)構(gòu)連接，形成穩(wěn)定體系。
附墻桿與主樓連接節(jié)點(diǎn)分為與主樓次柱連接以及與樓板連接兩大類，與主樓次柱連接時(shí)，直接在次柱上焊接連接板。與樓層板連接時(shí)，連接板與預(yù)埋件分離，在樓層鋼筋綁扎時(shí)進(jìn)行附墻桿埋件及拉接筋的預(yù)埋，并將預(yù)埋件與拉接筋進(jìn)行焊接連接，待樓層板混凝土澆筑完成且達(dá)到強(qiáng)度要求后方可進(jìn)行附墻桿的吊裝施工。
4)走道梁安裝
走道鋼梁安裝時(shí)，在主梁上設(shè)置防護(hù)欄桿并拉設(shè)上下2道鍍鋅鋼絲安全繩，樓層鋼梁邊吊裝邊鋪設(shè)水平安全網(wǎng)和樓層通道，將各個(gè)作業(yè)區(qū)域連成一體。
梁間安全網(wǎng)必須采用梁下拉設(shè)的方式，走道梁安裝完成后在安裝檁條及壓型鋼板前須拉設(shè)，待壓型鋼板鋪設(shè)完后拆除安全網(wǎng)。
安全網(wǎng)連接件采用對(duì)拉螺栓式連接件，在梁下翼緣上用鋼筋焊接鋼筋環(huán)，每3m設(shè)置一個(gè)鋼筋環(huán)，利用鋼絲繩穿過安全網(wǎng)再穿過鋼筋環(huán)連接安全網(wǎng)，對(duì)拉螺栓起到緊固鋼絲繩作用。
走道梁安裝完成后進(jìn)行花紋鋼板的鋪設(shè)施工，并在通道塔樓層走道板四周的安全防護(hù)網(wǎng)上設(shè)置150mm高的擋腳板，以防止碎物下落。
4 施工電梯部署
通道塔水平截面為矩形，除西側(cè)與117大廈連接形成水平運(yùn)輸通道外，其余三面共附著5部施工電梯共10個(gè)梯籠，分別編號(hào)為2，3，4，5，6號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)所有施工電梯平面布置情況如圖8所示。
2～5號(hào)電梯8個(gè)梯籠尺寸均為3. 2m×1.5m×2. 5m，主要用于施工人員上下及部分小體積材料的垂直運(yùn)輸。6號(hào)電梯的2個(gè)梯籠為單獨(dú)定制，梯籠尺寸為4. 8m×1.8m×2.5m，較其余4部施工電梯要大，作為運(yùn)輸幕墻單元板塊的專用電梯。1號(hào)電梯為頂升模架專用施工電梯，在頂升模架安裝完成后即投入使用，直至主體結(jié)構(gòu)施工完成。
整個(gè)通道塔垂直運(yùn)輸體系在117大廈水平結(jié)構(gòu)施工至21F時(shí)開始進(jìn)行安裝，在此之前117大廈外框結(jié)構(gòu)的垂直運(yùn)輸任務(wù)主要由附著于結(jié)構(gòu)外立面的2部施工電梯承擔(dān)，分別為7，8號(hào)。在外框結(jié)構(gòu)施工至32F后，由附著于通道塔的4，5號(hào)2部施工電梯替代7，8號(hào)2部電梯進(jìn)行相關(guān)垂直運(yùn)輸工作，拆除7，8號(hào)施工電梯，其余附著于通道塔的施工電梯根據(jù)垂直運(yùn)輸需求的增長分階段進(jìn)行安裝。隨著結(jié)構(gòu)高度的不斷攀升，由于1號(hào)電梯采用活動(dòng)附墻的形式附著于低位頂升模架，受附著高度的限制，1號(hào)電梯基礎(chǔ)部位需逐步向上提升。為此，在不同的施工階段分別將35F，50F，66F，84F，94F作為施工電梯轉(zhuǎn)換層，人員及物料首先通過通道塔施工電梯到達(dá)相應(yīng)樓層，然后轉(zhuǎn)換至1號(hào)施工電梯到達(dá)頂模。
5應(yīng)用效果
1)施工電梯布置方式集中，將垂直運(yùn)輸通道、路線集中起來，實(shí)現(xiàn)了施工人員、物料垂直運(yùn)輸?shù)慕y(tǒng)一規(guī)劃，大大節(jié)省了有限的施工現(xiàn)場(chǎng)用地，解決了建筑施工場(chǎng)地狹小、不利垂直運(yùn)輸?shù)膯栴}。
2)采用獨(dú)立于塔樓主體結(jié)構(gòu)的電梯附著體系，解決了超高層建筑由于外立面變化帶來的施工電梯超長附著難題。
3)克服了傳統(tǒng)超高層建筑施工電梯分散布置時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)外立面大面積附著或占用正式電梯井帶來的工序穿插及工期問題，最大程度地減少了施工電梯對(duì)電梯井道的占用及幕墻封閉的阻礙，使得后續(xù)正式電梯、幕墻、裝修施工提前插入；同時(shí)通道塔總體附著面積較小，有利于幕墻工程的提前封閉安裝，有效節(jié)約了工期。
4)整個(gè)通道塔采用全方位式的安全防護(hù)系統(tǒng)，每個(gè)結(jié)構(gòu)層全部設(shè)置安全防護(hù)網(wǎng)，設(shè)置安全防護(hù)門作為電梯的屏蔽門，保證施工電梯垂直運(yùn)輸?shù)陌踩?
5)通道塔塔體為裝配式鋼結(jié)構(gòu)，構(gòu)件采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，螺栓連接，安拆方便，所用構(gòu)件及連接件均可周轉(zhuǎn)重復(fù)使用，綠色環(huán)保。
