直登頂模雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)施工電梯的設(shè)計與應(yīng)用
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鄒 俊1，孫 暉2，楊 瑋3，李 杰2
（1．中國建筑股份有限公司，北京 100037；2．中國建筑第四工程局有限公司，廣東廣州 510000；3．中建三局第一建設(shè)工程有限責(zé)任公司，湖北武漢430000）
[摘要]為滿足施工電梯直接運(yùn)輸人員至頂模平臺，結(jié)合頂模系統(tǒng)的設(shè)計特點(diǎn)（常規(guī)的爬模、滑模體系也存在此類問題），施工電梯自由高度需達(dá)到約20m才能實(shí)現(xiàn)。研發(fā)設(shè)計出雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)施工電梯，利用雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)及標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間特殊連接設(shè)計，以相對經(jīng)濟(jì)的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，將計劃為最高工作面服務(wù)的施工電梯布置在核心筒外側(cè)，并保證電梯梯籠可避開頂模鋼平臺，直沖到頂。
[關(guān)鍵詞]高層建筑；頂模；平臺；施工電梯；監(jiān)控
[中圖分類號]TU857[文章編號]1002-8498(2016)12-0042-05
0 引言
頂模系統(tǒng)憑借安全、高效的特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于超高層建筑核心筒墻體施工。正常情況下，頂模系統(tǒng)上的施工人員有200~ 300人，高效地把施工人員運(yùn)送至作業(yè)面是保證施工作業(yè)順利開展的重要條件。綜合已有的工程案例，施工人員從施工電梯進(jìn)入頂模系統(tǒng)的方式大致可分為兩種：①施工電梯把施工人員運(yùn)送至頂模掛架底部，施工人員從掛架底部進(jìn)入頂模系統(tǒng)，在此方式下，施工人員上頂模平臺需爬約15m高的掛架爬梯，耗時且費(fèi)力；②施工電梯直登頂模平臺，施工人員直接從頂模平臺進(jìn)入頂模系統(tǒng)，此方式方便快捷，但由于在掛架阻擋部位施工電梯不能附墻，且在模板系統(tǒng)爬升與電梯加高之間存在時間差，需要施工電梯有大約20m的自由高度，而普通施工電梯自由高度只有7. 5m,且附墻最大間距需達(dá)10. 5m，均成為施工電梯直登頂模平臺的難點(diǎn)。
1 施工電梯連接頂模案例分析
廣州珠江新城西塔、深圳京基100和廣州周大福金融中心是目前國內(nèi)少數(shù)已建成或封頂?shù)陌賹痈邩�，而其主塔樓核心筒墻體均采用智能頂模系統(tǒng)施工。
1.1廣州珠江新城西塔施工電梯27m自由高度直登頂模平臺
廣州珠江新城西塔地上103層，總高度440. 75m，平面呈三角擬合弧狀心形（見圖1），立面為中間粗兩端細(xì)的梭形。主塔樓結(jié)構(gòu)體系為筒中筒混合結(jié)構(gòu)，核心筒為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，外框筒為鋼結(jié)構(gòu)，其中外框鋼柱為巨型斜交網(wǎng)格體系。施工電梯最好能直達(dá)各工作面，尤其是結(jié)構(gòu)施工階段最高工作面，即頂模平臺。受自由高度限制，施工電梯只能達(dá)到爬升模板系統(tǒng)的底部，且在模板系統(tǒng)爬升與電梯加高之間存在時間差，即存在施工電梯服務(wù)盲點(diǎn)。為充分提高施工電梯功效，實(shí)現(xiàn)施工電梯直接運(yùn)輸人料至最高頂模平臺，在高區(qū)施工電梯設(shè)置時，項(xiàng)目部考慮在核心筒中間設(shè)置3部施工電梯，呈三角形布置，利用周轉(zhuǎn)桁架將3部施工電梯的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接成整體，提高電梯標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的抗側(cè)剛度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了施工電梯27m自由高度，這在世界范圍內(nèi)均未見先例，由此大大提高了電梯運(yùn)輸功效。
1.2深圳京基100施工電梯鋼平臺輔助進(jìn)入頂模掛架底部
深圳京基100地上100層，高441. 8m，框架核心筒結(jié)構(gòu)，核心筒墻體采用頂模系統(tǒng)施工。2臺施工電梯（3號和4號）布置在核心筒外，可上到頂模。核心筒結(jié)構(gòu)施工期間，頂模系統(tǒng)上的全部施工人員由3號和4號電梯運(yùn)輸，因此造成這2部電梯輸送壓力較大。另外，核心筒墻體分別在21，43，58，77層多次變截面，故施工電梯與墻體的距離變化較大。因此，需在3號和4號電梯出口處安裝與掛架架體脫離的獨(dú)立施工電梯鋼平臺，施工人員從頂模掛架下來后到達(dá)鋼平臺等待電梯，以緩解上下人流集中停留在掛架架體上，給架體帶來過大集中荷載的壓力；另外通過改變平臺的進(jìn)深尺寸，解決電梯與墻體距離的變化問題。圖2為深圳京基100上頂模電梯平面布置，圖3為施工電梯鋼平臺示意。
經(jīng)實(shí)踐證明，該方案切實(shí)可行，但頂模上的施工人員每次上下均需爬掛架爬梯，耗時費(fèi)力，且周轉(zhuǎn)施工電梯鋼平臺增加了措施費(fèi)用，因此，設(shè)置施工電梯鋼平臺輔助上下頂模非最佳解決方案。
1.3廣州周大福金融中心雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)施工電梯直登頂模平臺
廣州周大福金融中心主塔樓地上111層，總高530m，巨型框架核心筒結(jié)構(gòu)，核心筒墻體采用頂模施工。該項(xiàng)目垂直運(yùn)輸部署綜合考慮上述兩個案例的經(jīng)驗(yàn)，為使施工人員能夠便捷地上下頂模，要求施工電梯直登頂模平臺。為滿足此要求，結(jié)合頂模系統(tǒng)的設(shè)計特點(diǎn)（常規(guī)的爬模、滑模體系也存在此類問題），施工電梯自由高度需達(dá)到約20m才能實(shí)現(xiàn)。由于該工程主塔樓平面大致為正方形，不適合復(fù)制廣州珠江新城西塔項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，對此，該工程項(xiàng)目部聯(lián)合某公司，共同研究探討、分析計算，以相對經(jīng)濟(jì)的措施手段實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研發(fā)了能夠直登頂模平臺的雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)施工電梯。
2 直登頂模雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)施工電梯設(shè)計
2.1設(shè)計要點(diǎn)
1)將直登頂模的施工電梯布置在核心筒外側(cè)，并保證電梯梯籠可避開頂模鋼平臺，直沖到頂。
2)將施工電梯的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)壁厚加大，并采用900mmx650mm雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)形式，提高其強(qiáng)度與
剛度。
3)正式附墻設(shè)計為一層一道，在頂模系統(tǒng)鋼平臺桁架底部及頂部設(shè)置周轉(zhuǎn)臨時附墻，以最大限度地降低電梯的附墻間距。圖4為雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)施工電梯。
2.2超遠(yuǎn)變距離附墻設(shè)計
采用頂模施工的核心筒墻體，通常為變截面墻體，以廣州周大福金融中心為例，核心筒剪力墻外側(cè)墻面內(nèi)收，墻體由1 500mm變化至400mm。且按照常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的施工電梯附墻間距范圍在2.5~4. 1m，無法滿足超遠(yuǎn)附著要求。在工期緊張的情況下若層層設(shè)置超遠(yuǎn)距離附墻，工作量及工作難度均大大增加，則每次加節(jié)作業(yè)勢必會對關(guān)鍵線路造成影響。通過雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)電梯的設(shè)計，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)節(jié)中心點(diǎn)和結(jié)構(gòu)之間的水平距離達(dá)4.9~ 6m，使梯籠有效地避開頂模外掛架，保證了梯籠和頂模頂升的正常運(yùn)行。圖5為增加附墻標(biāo)準(zhǔn)節(jié)超遠(yuǎn)變距離附墻示意。
3 施工電梯基礎(chǔ)的特殊設(shè)計
3.1植根于底板的電梯基礎(chǔ)設(shè)計
一般情況下，施工電梯基礎(chǔ)可設(shè)置于地下室頂板（或地下室樓板，以下合并簡稱頂板）或地下室底板。
對于普通高層建筑，施工電梯基礎(chǔ)設(shè)置在地下室頂板，只要對地下室頂板做結(jié)構(gòu)加固、簡單的回頂加固措施即可，甚至不需回頂。但應(yīng)用直登頂模雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)施工電梯的工程，往往是400m以上超高層，施工電梯豎向荷載是普通工程的若干倍。如采取結(jié)構(gòu)加固措施，則由于超高層施工電梯荷載較大，加大梁板尺寸后，樓層凈高未必滿足建筑要求。若采取回頂加固措施，由于各層梁寬度不一，鋼構(gòu)件回頂施工難度大，若考慮混凝土柱回頂，后期鑿除工作困難，很難滿足業(yè)主對混凝土表觀質(zhì)量的要求。因此，在超高層建筑施工中，施工電梯基礎(chǔ)設(shè)置在地下室頂板不是較好的解決方案。
若施工電梯基礎(chǔ)設(shè)置在地下室底板，由于超高層建筑底板較厚，可以以底板作為施工電梯基礎(chǔ)，節(jié)省了施工電梯基礎(chǔ)施工及打鑿的費(fèi)用。只需地下室結(jié)構(gòu)施工時預(yù)留施工電梯洞口，待施工電梯拆除后再封閉。而且，無須因施工電梯緩沖裝置突起而設(shè)置進(jìn)電梯的斜坡，運(yùn)輸更加方便。
然而，雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)施工電梯設(shè)置在核心筒與外框結(jié)構(gòu)之間，其位置很難避開主梁。以廣州周大福金融中心為例，雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)電梯的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與地下室結(jié)構(gòu)主梁位置沖突，若該主梁后施工，則影響區(qū)域過大。為此，項(xiàng)目部設(shè)計了一個鋼平臺，避開結(jié)構(gòu)梁設(shè)置桁架式基礎(chǔ)，考慮首層為上人平臺，且電纜小車占用豎向空間，平臺做于地下1層，基礎(chǔ)直接焊接于平臺上。鋼架平臺由項(xiàng)目部自制及校核，鋼架平臺底部采用4列650mm×650mm×ϕ8mm標(biāo)準(zhǔn)節(jié)作支撐。如此，只需在地下室樓板預(yù)留4個標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的洞口即可，施工電梯對結(jié)構(gòu)的影響大大減小。圖6為鋼架平臺效果，圖7為鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)示意。
3.2樓層間鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的特殊設(shè)計
雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)施工電梯通常應(yīng)用在超高層建筑中，因高度超高，施工電梯底部標(biāo)準(zhǔn)節(jié)需承受巨大的豎向荷載，電梯本身的設(shè)計高度受到限制，而且電梯安裝部位結(jié)構(gòu)樓板的封閉影響樓層間砌筑、機(jī)電、裝修等施工作業(yè)的開展，故在超高層施工過程中考慮轉(zhuǎn)換電梯的問題，以廣州周大福金融中心為例，在不影響原外框鋼結(jié)構(gòu)的前提下設(shè)計措施鋼梁作為施工電梯基礎(chǔ)，并經(jīng)受力復(fù)核驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)承載力滿足要求。具體設(shè)計如圖8所示。
4 雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)施工電梯應(yīng)用
4.1 頂模頂升前后電梯施工流程
頂模每次頂升前后，雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)施工電梯需要加節(jié)并做相應(yīng)的配合措施，方可正常運(yùn)行。雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)施工電梯在頂模頂升前后的施工工藝流程為：頂模頂升前→運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)節(jié)及輔助標(biāo)準(zhǔn)節(jié)加節(jié)→導(dǎo)軌架之間連接架安裝→頂模端桁架臨時附墻拆除→頂模頂升→快拆臨時連接件安裝→電梯運(yùn)行→附墻架連接。
需要注意的是，在提升爬模前，必須松開升降機(jī)與爬模連接處，此時升降機(jī)不能開到標(biāo)準(zhǔn)節(jié)頂部，最高只能開到有與墻體連接的固定附墻處，為防止升降機(jī)再往上開動，每次爬模提升前升降機(jī)都要安裝1套臨時限位碰鐵裝置。當(dāng)爬模提升完后，連接固定好爬模上的兩道附墻后，拆開臨時限位碰鐵裝置，升降機(jī)才能上到頂部。
4. 2 頂模頂升前后電梯施工操作要點(diǎn)
雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)電梯的特殊設(shè)計實(shí)現(xiàn)了直登頂模20m的超遠(yuǎn)垂直附著距離，但施工過程中特別需要注意附墻拆除及安裝流程，尤其是頂模頂升前后電梯的安全性，具體操作要點(diǎn)如下。
1)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)豎向連接桿按每4. 5m -道設(shè)置，附墻架按樓層標(biāo)高設(shè)置（超過6m的樓層焊接輔助鋼梁按6m每道設(shè)置），如圖9a所示。
2)在頂模頂升前，運(yùn)用梯籠頂部操作平臺先吊裝標(biāo)準(zhǔn)節(jié)及輔助標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的加節(jié)后完成連接桿的安裝，如圖9b所示。
3)運(yùn)用梯籠頂部平臺拆除臨時周轉(zhuǎn)附墻后，將梯籠下落至最底層開始頂模頂升，如圖9c所示。
4)頂模頂升完成后開始恢復(fù)連接頂模平臺桁架的2道周轉(zhuǎn)臨時附墻桿，按頂模4. 5m的爬升步距，雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的最大附著間距已達(dá)20m，此時施工電梯可正常運(yùn)送人員上下頂模平臺，如圖9d所示。
5)最后完成輔助標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與核心筒墻體連接的附墻架安裝，保證電梯的穩(wěn)定性，如圖9e所示。
5 直登頂模雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)施工電梯效益分析
常規(guī)施工電梯只能到達(dá)頂模底部，需在掛架底部設(shè)計一鋼結(jié)構(gòu)上人樓梯進(jìn)入施工區(qū)域，頂模掛架底部至平臺桁架底部長14m，單獨(dú)設(shè)計上人樓梯需耗費(fèi)型鋼材料約3t，按市場價格每噸鋼材購買、加工、運(yùn)輸綜合單價6 000元／t計算，可節(jié)約費(fèi)用1.8萬元。
雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)設(shè)計實(shí)現(xiàn)了20m的附著距離，頂模作業(yè)面工人上下（包括零星材料運(yùn)輸）時可直接乘坐施工電梯至頂模平臺，無須在操作架樓梯中排隊(duì)上下，緩解了超高降效效應(yīng)。
按標(biāo)準(zhǔn)層施工核心筒剪力墻結(jié)構(gòu)需60名工人考慮，1d 2次上下頂模上下班平均減少排隊(duì)20min，每天節(jié)約近20工時，塔樓結(jié)構(gòu)施工（頂模安裝后）2年時間，共計節(jié)約工時14 600h，每個工(8h)約300元，合計節(jié)約費(fèi)用54. 75萬元。
因施工電梯基礎(chǔ)采用鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換平臺設(shè)計，電梯基礎(chǔ)設(shè)置在地下室底板可減少支撐梁回頂措施，回頂采用混凝土斜支撐梁，設(shè)計在電梯基礎(chǔ)底部和豎向結(jié)構(gòu)柱或剪力墻連接，設(shè)計考慮斜撐支撐梁截面700mm×700mm，長度5m，按一般結(jié)構(gòu)梁配筋，可節(jié)約材料、人工及打鑿費(fèi)用約8萬元。
采用直登頂模雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)施工電梯較常規(guī)施工電梯可產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益合計64. 55萬元。
6 結(jié)語
通過雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)相互支撐連接的設(shè)計特點(diǎn)，有效提高了標(biāo)準(zhǔn)節(jié)平面外剛度，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)節(jié)附著間距達(dá)到20m的需求，使之滿足施工電梯直登頂模操作平臺，極大地提高了垂直運(yùn)輸效率、降低超高層建造過程超高降效的影響。通過雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)電梯的設(shè)計，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)節(jié)中心點(diǎn)和結(jié)構(gòu)之間的水平距離達(dá)到5m，使梯籠有效地避開頂模外掛架，保證梯籠和頂模頂升的正常運(yùn)行。利用雙標(biāo)準(zhǔn)節(jié)及標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間特殊連接設(shè)計，極大地降低了標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與結(jié)構(gòu)間的附著間距，有效地保證了電梯的整體穩(wěn)定性。
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