某超高層智能化整體提升模架系統(tǒng)施工技術(shù)
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吳柳寧，楊 鼎，王曉琦，李厚波，龔煌森
（中國(guó)建筑第八工程局有限公司，廣西南寧 530022）
[摘要]超高層核心筒先行施工須提供安全可靠的施工操作環(huán)境。依托于深圳深業(yè)上城項(xiàng)目388m塔1超高層結(jié)構(gòu)施工，設(shè)計(jì)了一套智能化整體提升模架系統(tǒng)，對(duì)該系統(tǒng)的可靠性、安全性進(jìn)行研究分析，并投入使用。該系統(tǒng)為施工人員提供安全操作平臺(tái)，同時(shí)不影響外框筒施工。保證了施工進(jìn)度，整體性好，提升方便快捷。
[關(guān)鍵詞]高層建筑；核心筒；模架系統(tǒng)；整體提升；施工技術(shù)
[中圖分類號(hào)]TU755.2[文章編號(hào)]1002-8498(2016)08-0114-03
0 引言
當(dāng)今超高層建筑工程主體結(jié)構(gòu)中，常常采用鋼框架·鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)形式施工過(guò)程中往往采用“先施工核心筒，外框筒落后于核心筒施工”的方法，以實(shí)現(xiàn)土建施工與鋼結(jié)構(gòu)施工錯(cuò)開(kāi)工作面。為滿足施工要求，設(shè)計(jì)一套智能化整體提升模架系統(tǒng)，一方面提供可上下人員及堆放材料的平臺(tái)及內(nèi)外掛架，另一方面將整塊的鋁合金模板掛于模架系統(tǒng)下，進(jìn)行整體提升，可較好地適用于此類超高層項(xiàng)目施工。
1 工程概況
深業(yè)上城（南區(qū)）三期項(xiàng)目塔1研發(fā)大樓采用鋼框架-混凝土核心筒結(jié)構(gòu)形式，核心筒采用規(guī)則矩形筒結(jié)構(gòu)。隨著樓層不斷升高，豎向剪力墻部分不斷發(fā)生變化，1~ 67層為九宮形，在68層收縮為十字形，由9個(gè)矩形筒減少為5個(gè)矩形筒。外墻厚度由1800mm逐漸收至500mm。核心筒墻體收縮較大，模架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需考慮箱梁支撐點(diǎn)位，如圖1所示。
2 智能化整體提升模架系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)概述
智能化整體提升模架系統(tǒng)主要由支撐與提升系統(tǒng)、控制及動(dòng)力系統(tǒng)、桁架式鋼平臺(tái)系統(tǒng)、掛架系統(tǒng)、模板系統(tǒng)組成。其采用多點(diǎn)低位、油缸傳動(dòng)、上下箱梁交替提升的方式，各系統(tǒng)相互聯(lián)動(dòng)，主要技術(shù)特點(diǎn)表現(xiàn)在安全可靠及適應(yīng)性強(qiáng)，滿足施工要求。
1)支撐與提升系統(tǒng)
由上下支撐箱梁、支撐牛腿、傳力柱及支撐立柱組成，如圖2所示。其通過(guò)牛腿固定在核心筒剪力墻體的預(yù)留洞口內(nèi)，是整個(gè)系統(tǒng)的支撐點(diǎn)，將平臺(tái)的荷載及系統(tǒng)自重有效地傳遞給剪力墻體，為整體穩(wěn)定及提升的關(guān)鍵所在。
2)動(dòng)力及控制系統(tǒng)
由液壓提升油缸、支腿油缸及液壓控制系統(tǒng)組成，為系統(tǒng)的提升提供動(dòng)力以及控制系統(tǒng)提升的穩(wěn)定性。提升油缸10臺(tái)，額定推力200t(2 000kN)，支腿油缸80臺(tái)，額定推力St，下平臺(tái)設(shè)置泵站3臺(tái)、主控室1間。
3)桁架式鋼平臺(tái)系統(tǒng)
由各空間桁架體系組成，桁架體系經(jīng)過(guò)縝密計(jì)算，共設(shè)計(jì)25榀主桁架，100余榀次桁架。具有較高的強(qiáng)度、剛度和空間穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)上下雙層平臺(tái)，可用凈高度為2. 3m，其落位于支撐立柱上，作為核心筒施工的材料及人員作業(yè)平臺(tái)，如圖3所示。
4)模板系統(tǒng)
模板采用鋁模板，可重復(fù)使用，通過(guò)葫蘆，懸掛在桁架式鋼平臺(tái)系統(tǒng)下部，既可隨模架系統(tǒng)提升逐次澆筑混凝土，又可單獨(dú)提升，一次提升兩次澆筑；并與掛架隨平臺(tái)一起上升，提高了周轉(zhuǎn)效率。
5)掛架系統(tǒng)
以桁架式鋼平臺(tái)下沿焊接的吊架梁作為掛架的吊點(diǎn)及滑動(dòng)軌道，末端設(shè)置限位裝置。掛架系統(tǒng)是交叉分層施工的作業(yè)面，可以同時(shí)開(kāi)展鋼構(gòu)件吊焊、鋼筋綁扎、模板支設(shè)、混凝土澆筑等施工作業(yè)，如圖4所示，模架系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)施工分層如圖5所示。
模架系統(tǒng)整體隨核心筒施工高度不斷提升，最終完成塔樓核心筒剪力墻及連梁的施工作業(yè)。
2.2設(shè)計(jì)穩(wěn)定性驗(yàn)算
模架系統(tǒng)的支撐系統(tǒng)和平臺(tái)系統(tǒng)為主要受力結(jié)構(gòu)，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，基于有限元軟件MIDAS/Gen建立有限元模型，如實(shí)模擬各桿件尺寸，分析受力情況，進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算和重要節(jié)點(diǎn)、工況驗(yàn)算。
1)正常工作工況
正常工作工況下，模架系統(tǒng)構(gòu)件的最大應(yīng)力為241. 58MPa，發(fā)生在立柱與主桁架交接節(jié)點(diǎn)處下弦桿。最大應(yīng)力比為0. 81<0.85，大部分桿件的應(yīng)力比<0.7（見(jiàn)圖6a），構(gòu)件強(qiáng)度和穩(wěn)定性滿足要求。
2)提升工況
提升工況下，模架系統(tǒng)構(gòu)件的最大應(yīng)力為215. 29MPa，發(fā)生在立柱與主桁架交接節(jié)點(diǎn)處下弦桿。最大應(yīng)力比為0. 63<0.85，大部分桿件的應(yīng)力比<0.5（見(jiàn)圖6b），構(gòu)件強(qiáng)度和穩(wěn)定性滿足要求。
3)停工工況
停工工況下，模架系統(tǒng)構(gòu)件的最大應(yīng)力為203. 13 M Pa，發(fā)生在立柱與主桁架交接節(jié)點(diǎn)處下弦桿。最大應(yīng)力比為0. 64<0.85，大部分桿件的應(yīng)力比<0.5（見(jiàn)圖6c），構(gòu)件強(qiáng)度和穩(wěn)定性滿足要求。
3優(yōu)點(diǎn)分析
1)模架系統(tǒng)整體穩(wěn)定性較高，荷載分布均勻，平臺(tái)面積和承載能力均較大，方便施工。
2)模架系統(tǒng)可以極大地方便鋼筋、模板、混凝土及鋼結(jié)構(gòu)的穿插施工，極大地提高了剪力墻施工效率，縮短主體結(jié)構(gòu)施工工期。
3)模架系統(tǒng)擁有直上桁架上層平臺(tái)的中高速電梯，避免人員上下掛架影響上下班，同時(shí)也避免掛架形成集中荷載等情況的出現(xiàn)。
4)模架系統(tǒng)提升效率高，速度快，每次提升約耗時(shí)2. 5h，電梯加節(jié)安裝耗時(shí)1h，整體提升時(shí)間并未對(duì)工期產(chǎn)生影響。
4使用總結(jié)
1)智能化整體提升模架系統(tǒng)安裝過(guò)程持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，安裝過(guò)程中技術(shù)問(wèn)題較多。為此，項(xiàng)目部需成立專項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)小組，及時(shí)處理過(guò)程難題，確保安裝進(jìn)度，同時(shí)采用BIM技術(shù)，對(duì)整體模架系統(tǒng)進(jìn)行全面精細(xì)化建模，提出并解決預(yù)知問(wèn)題。
2)模架系統(tǒng)安裝工作量極大、節(jié)點(diǎn)復(fù)雜、所需時(shí)間較長(zhǎng)。因此，需合理安排施工計(jì)劃，并對(duì)安裝過(guò)程加大管控力度，以提高質(zhì)量、控制工期節(jié)點(diǎn)。
3)模架系統(tǒng)的空間桁架體系在安裝過(guò)程中焊接工作量極大，焊接質(zhì)量對(duì)平臺(tái)安全性影響極大。因此，為保障焊接質(zhì)量，提高焊接效率，必須安排技術(shù)水平較高的焊工，項(xiàng)目管理人員需對(duì)焊接質(zhì)量把關(guān)，嚴(yán)格按照一級(jí)焊縫進(jìn)行檢測(cè)。
4)模架系統(tǒng)下層平臺(tái)需設(shè)置主控室、設(shè)備房等功能型房間，但由于桁架的立桿和斜桿錯(cuò)綜復(fù)雜，容易導(dǎo)致房間使用、人員通道嚴(yán)重受阻，無(wú)法保證使用功能及方便性。因此，技術(shù)攻關(guān)小組人員需利用模架系統(tǒng)BIM模型，對(duì)平臺(tái)布置及功能型用房進(jìn)行規(guī)劃布局，并對(duì)BIM模型進(jìn)行漫游，檢查通道、房間的使用功能及方便性。
5)智能化整體提升模架系統(tǒng)在進(jìn)行核心筒剪力墻混凝土澆筑時(shí)，由于布料機(jī)位于上層平臺(tái)板，而澆筑層距離上層平臺(tái)板有6m多的高度差，為方便混凝土澆筑，需在平臺(tái)板上設(shè)置混凝土卸料漏斗，漏斗底部通過(guò)軟管接至混凝土澆筑面，混凝土通過(guò)布料機(jī)流入卸料漏斗后，既避免了混凝土由于高度落差導(dǎo)致離析，又防止了混凝土的外灑，干凈環(huán)保。
6)前期人員上下可采用逃生樓梯配合施工便道，從底板向上步行至模架系統(tǒng)上層平臺(tái)。一旦模架系統(tǒng)提升至一定高度，需提前投入施工電梯。施工電梯采用立柱一可垂直滑動(dòng)導(dǎo)軌與模架系統(tǒng)桁架體系結(jié)合，人員可通過(guò)中高速電梯直上直下模架系統(tǒng)的上平臺(tái)�？臻e時(shí)間，施工電梯可用于垃圾的運(yùn)送及地下室材料運(yùn)輸。
7)為保證模架系統(tǒng)施工及提升過(guò)程的水平度不發(fā)生偏差，應(yīng)及時(shí)啟用靜力水準(zhǔn)儀，時(shí)刻關(guān)注模架系統(tǒng)上下層的水平度，防止傾斜而導(dǎo)致牛腿無(wú)法固定等情況出現(xiàn)。
8)模架系統(tǒng)使用前必須制定規(guī)章制度，其中需包含責(zé)任分工表，模架系統(tǒng)提升前、中、后的要求和相關(guān)記錄表格（提升前銷項(xiàng)工作會(huì)簽表、支撐箱梁預(yù)留洞口尺寸復(fù)核表、提升前檢查工作銷項(xiàng)表、提升過(guò)程記錄表、提升后檢查工作銷項(xiàng)表、提升令等），使用過(guò)程中的保養(yǎng)維護(hù)等內(nèi)容。對(duì)于規(guī)章制度中的相關(guān)記錄表格，相關(guān)責(zé)任人必須如實(shí)認(rèn)真填寫，嚴(yán)禁弄虛作假，敷衍了事。
9)模架系統(tǒng)使用前還必須將操作規(guī)程及使用說(shuō)明書(shū)對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行交底，操作人員在提升過(guò)程中必須嚴(yán)格按照操作規(guī)程及使用說(shuō)明書(shū)進(jìn)行操作。
10)施工作業(yè)人員必須遵守智能化整體提升模架系統(tǒng)作業(yè)紀(jì)律，聽(tīng)從指揮，從而保證施工作業(yè)安全有序進(jìn)行。
11)提升前的銷項(xiàng)工作需提前準(zhǔn)備，對(duì)所有可能影響提升的點(diǎn)均需排查清楚，方可保證提升的順利，因此銷項(xiàng)交接工作非常重要。
12)提升高度越高，對(duì)垂直運(yùn)輸?shù)目简?yàn)、整體水平度的要求較高。
13)與水平結(jié)構(gòu)錯(cuò)層施工，必須保證整體模架系統(tǒng)的封閉性，掛架底層、平臺(tái)底層等位置的封閉措施均需做到位。
