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(kāi)放以后，中國社會(huì )經(jīng)濟快速增長(cháng)，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(kāi)放以后，中國社會(huì )經(jīng)濟快速增長(cháng)，人民生活水平大幅度提高，高層建筑蓬勃發(fā)展，各大城市陸續興建了大量的高層建筑。根據不完全統計，就上海而言，16 層以上高層建筑幢數已排名世界第一，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(guò)300m高度的高層建筑已達幾十幢，國際上正在籌劃的巨型建筑其高度均已超過(guò)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(guò)1 000m的摩天大樓的計劃。從國內外的發(fā)展來(lái)看，今后在人口密度大的亞洲地區，超高層建筑將會(huì )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
國內超高層從建筑結構體系來(lái)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(chǎng)地的抗震設防烈度以經(jīng)濟、合理、安全、可靠的設計原則，來(lái)選擇相應的結構體系。超高層建筑的結構類(lèi)型主要有：框架--剪力墻、框支剪力墻、框架--筒體和筒中筒等結構。框架--剪力墻結構一般用于高度在 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構(包括框架--筒體)。這是由于筒體結構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(zhù)經(jīng)濟條件的進(jìn)一步發(fā)展，巨型框架--筒體結構在高度特別大的超高層建筑中得到了長(cháng)足的發(fā)展，也可說(shuō)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(lèi)結構型式。超高層建筑現澆混凝土工程施工中主要有三個(gè)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時(shí)滿(mǎn)足混凝土成型要求的模板及其支撐體系的總稱(chēng)，它是鋼筋混凝土工程的重要組成部分。現澆鋼筋混凝土結構用模板的造價(jià)約占鋼筋混凝土工程總造價(jià)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(zhù)專(zhuān)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(jiǎn)稱(chēng)鋼平臺體系）是升板機整體提升鋼平臺模板體系的延續和發(fā)展，其研究是整個(gè)超高結構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(zhù)核心筒的成敗。該體系在原有基礎上對支撐系統、腳手系統、控制系統、施工工藝進(jìn)行了重新研究和設計。支撐系統由原有單一的內筒外架支撐體系、格構柱支撐體系發(fā)展為利用結構勁性鋼柱作為支撐體系；腳手系統由最初的鋼管腳手架發(fā)展為可以重復利用的工具式懸掛腳手架；控制系統由單一的電氣控制發(fā)展為由計算機控制提升的數字化控制；施工工藝由豎向結構單獨施工，水平結構滯后施工，發(fā)展為根據結構要求有選擇性地進(jìn)行豎向和水平結構的搭接施工；同時(shí)成功地解決了模板與腳手體系空中分體組合、空中轉換、腳手架內移等施工難題，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。它隨結構施工逐層自升，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)濟性顯著(zhù)等一系列優(yōu)點(diǎn)，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(chǎng)競爭日益激烈，施工成本壓力持續增長(cháng)，如何做到模板與腳手架體系用鋼量省，施工過(guò)程環(huán)保節能，創(chuàng )建出一個(gè)安全、高效的施工平臺是個(gè)難題。此外，超高結構高度不斷刷新，結構日趨復雜，不規則的平面不斷涌現，要求模板系統的設計需滿(mǎn)足不規則平面的需求，具有良好的結構體系適應性，可以滿(mǎn)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(dòng)整體提升腳手體系、升板機整體提升鋼平臺模板體系和液壓爬升模板體系中，升板機整體提升鋼平臺模板體系因擁有安全可靠度高、載重量大和適應性高等優(yōu)點(diǎn)，成為市場(chǎng)的主流。鑒于目前超高結構發(fā)展的形勢，要求升板機整體提升鋼平臺模板體系具有更優(yōu)良的結構體系適應性、可操作性和經(jīng)濟性。為解決這些難題，本文結合廣州新電視塔工程，根據實(shí)際工程問(wèn)題，開(kāi)展整體自升鋼平臺模板體系研究，目的在于設計出一種最安全可靠、構造合理、經(jīng)濟高效的施工平臺。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
超高層建筑施工應選擇適合本工程條件的模板體系，應能全面確保工程質(zhì)量、安全、進(jìn)度、成本和創(chuàng )新(技術(shù)發(fā)展)要求，具有現實(shí)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(jià)值的新型模板體系，根據鋼平臺下受力構件及受力特點(diǎn)的不同，可分為內筒外架式和勁性構架式；根據鋼平臺提升設備的不同又可分為：液壓千斤頂式、電動(dòng)升板機式和電動(dòng)卷?yè)P機式或爬繩索式。內筒外架式鋼平臺模板體系主要包括內筒、外構架、鋼平臺、內外吊腳手和鋼大模板幾部分。筒內鋼平臺設置承力支柱，它起著(zhù)提升鋼平臺的作用，承力支柱上部端頭安裝電動(dòng)升板機，通過(guò)絲桿吊桿將上部外構架、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(xiāo)。與承力支柱相對應的是筒體外的構架，它是承受垂直荷載和水平荷載的重要受力構件。鋼平臺提升到位后，即轉換成外構架受力。整個(gè)施工工藝就是通過(guò)外構架(托住鋼平臺)和內筒的交替承力與相互提升最終達到提升整個(gè)鋼平臺完成澆搗混凝土的施工工藝。采用勁性構架的整體鋼平臺模板體系主要包括鋼平臺、內外吊腳手、勁性構架、動(dòng)力部分和升板機。勁性構架是擱置鋼平臺的承重構件，澆筑在核心簡(jiǎn)墻體內，配置升板機沿勁性構架自升，然后用升板機整體提升鋼平臺。這種模板體系在遇有巨型外伸鋼桁架時(shí)可以在高空完成解體與重組，因而較內筒外架式應用更廣。
對于鋼平臺的幾種動(dòng)力設備，液壓千斤頂體積小、重量輕、操作穩妥、施工較文明，但單個(gè)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(lái)不便。電動(dòng)升板機絲桿少、體積不大、提升能力大、提升緩慢而平穩，且能荷載上升與下降，對承重銷(xiāo)進(jìn)入洞口就位十分方便，是國內較成熟的建筑用大噸位提升設備。電動(dòng)卷?yè)P機的體積和自重都比較大，且鋼絲繩走向較為復雜，安全操作也較困難。因而，在實(shí)際超高層建筑施工中，電動(dòng)卷?yè)P機應用較少，而液壓千斤頂和電動(dòng)升板機應用較多。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(zhù)很強的適用性，在設計與施工中，首要考慮超高層建筑施工中立體作業(yè)的安全性，鋼平臺設計一般采用全封閉設計。根據整體鋼平臺體系的大堆載，采用大操作面設計，可滿(mǎn)足大量施工材料，設備堆放的需求，解決了垂直運輸對施工進(jìn)度的影響。采用自動(dòng)調平技術(shù)來(lái)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整體鋼平臺體系構造 整體鋼平臺體系利用設置在混凝土筒體內的勁性格構柱承重，電動(dòng)升板機提升，核心筒墻體內外整體模板都設置在鋼平臺上。整體鋼平臺體系主要由鋼平臺、懸掛腳手架、勁性格構柱、電動(dòng)升板機及大模板組成。3.2.1鋼平臺 鋼平臺在正常施工時(shí)處于混凝土結構面的頂部，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(shí)設備的周轉堆場(chǎng)。鋼平臺主要作為堆載區域，上設操作機房、混凝土布料機、材料堆場(chǎng)、施工機具堆場(chǎng)等，同時(shí)設置供核心筒施工人員作業(yè)、休息控制頂升模架運行的設施及場(chǎng)地。鋼平臺由沿核心筒墻體兩側布置的聯(lián)系兩側鋼平臺的連系鋼梁作為骨架、由墻體兩側布置于骨架上面的鋼平臺走道板、沿鋼平臺外緣布置的側向圍欄構成。組成鋼平臺的鋼梁均采用工字鋼制作。鋼梁與兩側鋼平臺采用螺栓連接，以滿(mǎn)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、側向圍欄五部分組成。為了同時(shí)滿(mǎn)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。下吊架共分三步，為拆模整修及墻面清理區。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(guò)程中采用標準扣件與其它部位進(jìn)行臨時(shí)連接。扁立桿多用熱軋槽鋼，與側向圍欄相連。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。懸掛腳手架的外側用角鋼加鍍鋅鋼絲網(wǎng)組成的側擋板封閉。3.2.3格構柱
格構柱既是施工時(shí)整體鋼平臺系統的承重構件，又是提升時(shí)整體鋼平臺系統提升的導軌。其采用格構式鋼拄形式逐層向上對接，逐漸埋于核心筒混凝土墻體內。鋼平臺通過(guò)承重銷(xiāo)擱置于鋼格構柱上，升板機也置于鋼格構柱上。鋼格構柱根據墻體的厚度，選擇格構柱的截面大小，并且按照其承受荷載及施工要求布置格構柱的間距。鋼格構柱一般由等邊角鋼及綴板組成。鋼平臺在使用過(guò)程中，通過(guò)承重銷(xiāo)將整體鋼平臺系統的荷載傳遞至鋼格構柱。升板機在提升整體鋼平臺腳手模板系統時(shí)，安裝在格構柱頂部，通過(guò)承重銷(xiāo)將荷載傳遞至格構柱。3.2.4升板機
升板機是提升鋼平臺的動(dòng)力設備，施工時(shí)固定于勁性格構柱頂部。每根勁性格構柱上放置兩臺電動(dòng)升板機，絲桿穿過(guò)升扳機并通過(guò)接套和絲桿提升座與鋼平臺連接。在鋼平臺提升狀態(tài)時(shí)，升板機保持不動(dòng)，通過(guò)絲桿的正向旋轉帶動(dòng)整個(gè)鋼平臺提升，在鋼平臺提升到位后，鋼平臺擱置于承重銷(xiāo)上，升板機通過(guò)絲桿反響旋轉頂升升板機，將升板機頂升至合適位置，準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。每塊大模板頂部設有吊耳，在提升大模板時(shí)用倒鏈連接吊耳提升。3.3整體鋼平臺體系標準層施工流程
核心筒標準段施工時(shí)，每澆搗一次混凝土，整體鋼平臺系統提升兩次。整體鋼平臺系統在使用階段，鋼平臺上部作為核心筒鋼筋臨時(shí)堆場(chǎng)，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束后，在鋼平臺上進(jìn)行混凝土澆搗施工。整體鋼平臺系統安裝完畢，進(jìn)入標準段施工。在格構柱頂部安裝標準段格構柱，完成格構柱對接和焊接工作。利用支撐在格構柱的整體鋼平臺為支點(diǎn)，升板機螺桿不動(dòng)，反向旋轉螺帽的方式帶動(dòng)升板機上升。升板機沿格構柱自升到預定高度后，通過(guò)承重銷(xiāo)擱置在格構柱上，完成升板機的第一次頂升。
升板機擱置在格構柱上后，升板機螺桿下部與整體鋼平臺鋼梁頂部連接，通過(guò)正向旋轉螺帽的方式，提升螺桿，帶動(dòng)整體鋼平臺腳手系統上升到預定位置，通過(guò)承重銷(xiāo)將整體鋼平臺腳手系統擱置在格構柱上，完成整體鋼平臺腳手系統第一次提升。采用同樣方法完成升板機的第二次頂升，然后完成整體鋼平臺腳手系統第二次提升。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(diǎn)，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、清理工作。再一次在格構柱頂部安裝標準段格構柱，進(jìn)行整體鋼平臺提升的下一個(gè)流程。4.結語(yǔ)
本文主要介紹了整體鋼平臺模板體系的有關(guān)概況，根據其受力構件及受力特點(diǎn)的不同的分類(lèi)，對整體鋼平臺的體系構造及施工流程描述。特別是核心筒標準段施工時(shí)，每澆搗一次混凝土，整體鋼平臺系統提升兩次。整體鋼平臺系統在使用階段，鋼平臺上部作為核心筒鋼筋臨時(shí)堆場(chǎng)，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束后，在鋼平臺上進(jìn)行混凝土澆搗施工，整個(gè)過(guò)程大大加快了施工進(jìn)度。通過(guò)對鋼平臺體系施工技術(shù)的研究，取得了以下幾個(gè)方面的結論：（1）異型核心筒模板采用異型模和角模的組合設計，采用曲線(xiàn)形替代曲線(xiàn)進(jìn)行模板設計，符合結構截面以及適應截面變化需要，較好地提高模板設計精度，減少施工誤差，同時(shí)兼顧模板的運輸和吊裝，施工操作方便，設計概念上是一種突破。（2）通過(guò)對鋼平臺三種支撐立柱形式的研究，重點(diǎn)提出在結構墻體內插入型鋼的結構勁性柱支撐形式。結構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，節約材料，降低成本；且勁性柱預埋在外墻結構混凝土內，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(shí)施工豎向、水平結構，可減少混凝土的用量、澆筑和泵送次數，降低輸送管道堵泵的機率，大大提高施工工效，節約施工工期。另外豎向、水平結構同步施工的工藝可以提高結構整體性，增強整體剛度來(lái)抵抗外部荷載尤其是風(fēng)荷載的影響，起到降低超高結構施工風(fēng)險的作用。（4）考慮到超高結構的多樣性和空間變化情況，鋼平臺體系在設計過(guò)程中充分考慮了高空適應性。超高結構在空間一定的高度發(fā)生變化時(shí)，該體系可通過(guò)高空拆分，分離自升的方法進(jìn)行施工。這也表明在超高結構施工中，科學(xué)的模板和腳手架體系可以有效應對結構變化帶來(lái)的施工難度和安全問(wèn)題。（5）目前發(fā)展超高層建筑的條件較以往更加充分，人類(lèi)追求高大雄偉的超高層建筑的愿望依然強烈，社會(huì )需求更加迫切，經(jīng)濟技術(shù)與工程技術(shù)基礎日益牢固。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，適應新的需求。
參考文獻：
［1］ 田建強.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］上海建設科技，2008（4）：41-43
