濟(jì)南普利中心工程核心筒液壓爬升模架系統(tǒng)技術(shù)*

上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080

1 工程概況

濟(jì)南綠地普利中心項(xiàng)目位于濟(jì)南市中區(qū)普利街、共青團(tuán)路及順河高架橋的三角地帶，地理位置優(yōu)越，東擁泉城路和泉城廣場(chǎng)，西攬人民商場(chǎng)與大觀園，南鄰趵突泉，北依大明湖?？偨ㄖ娣e20 萬(wàn)m2，總高度301.2 m，主塔樓地上60 層，地下3 層，樓層狀況為：1F～5F及裙樓公園的商業(yè)區(qū)，6F～30F的辦公區(qū) ，32F～56F的公寓區(qū)。57F～60F的星級(jí)會(huì)所。

主樓結(jié)構(gòu)為鋼混組合框筒結(jié)構(gòu)體系，核心筒為混凝土結(jié)構(gòu)，外框柱為鋼管填充混凝土柱，框架和樓面梁均為鋼結(jié)構(gòu)，樓面采用壓型鋼板樓面。

核心筒結(jié)構(gòu)平面形狀是六邊形，在六個(gè)轉(zhuǎn)角處埋置有勁性鋼骨柱，分別和外伸鋼梁及外框架柱剛接。

層數(shù)為60 層，結(jié)構(gòu)層高1F為6 m，2～5F為5.4 m，6 ～39F為4.2 m， 30F為4.8 m， 31F為5.3 m， 31MF為3.14 m， 32～58F為3.6 m， 59F為5.4 m， 60F為5.6 m。

其中31MF層為核心筒結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，以此層為界，核心筒內(nèi)部剪力墻平面布置發(fā)生了很大變化，見(jiàn)圖1。

2 主樓施工模架方案選擇及應(yīng)用思路

2.1 主樓核心筒工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

圖1 主塔樓核心筒典型平面

（a）核心筒平面形狀呈六邊形，內(nèi)筒剪力墻分別分割布置對(duì)液壓內(nèi)平臺(tái)的設(shè)計(jì)帶來(lái)較大的難度；

（b）在核心筒六個(gè)轉(zhuǎn)角處埋置有勁性鋼骨柱，外伸鋼梁分別與鋼骨柱和外框架柱剛接，此處鋼梁需先行施工，因此，外爬架爬升需要解決穿越鋼梁的難題；

（c）內(nèi)外剪力墻都發(fā)生截面收縮變化，這對(duì)爬升平臺(tái)和爬升工藝的設(shè)計(jì)帶來(lái)難題，剪力墻外墻厚度有較大收縮變化，由1 000 mm收縮至500 mm，內(nèi)芯剪力墻厚度分別有600 mm、500 mm和400 mm三種；

（d）31F以下和32F以上核心筒內(nèi)部豎向結(jié)構(gòu)布置發(fā)生很大變化。內(nèi)平臺(tái)要設(shè)計(jì)2 套體系，才能滿足工程結(jié)構(gòu)施工全過(guò)程的要求；

（e）剪力墻的不規(guī)則布置和變化形成多個(gè)尖角平面形狀，對(duì)豎向模板的設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)相當(dāng)?shù)碾y度；

（f）由于剪力墻結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜多變，層高變化多達(dá)8 種，故模板的規(guī)格多、組拼施工難度大；

（g）31MF結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的施工也是個(gè)難題。

2.2 液壓爬升模架系統(tǒng)應(yīng)用主要技術(shù)思路

根據(jù)濟(jì)南普利中心的工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及總承包項(xiàng)目部的總體施工步驟要求，根據(jù)相關(guān)規(guī)范、規(guī)程及法規(guī)的要求，綜合多方面的因素考慮，確定主樓核心筒結(jié)構(gòu)（地上部分）采用多功能液壓爬升模架系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行施工。

主樓核心筒原則上豎向結(jié)構(gòu)先行施工，水平結(jié)構(gòu)滯后施工，31MF以上局部水平結(jié)構(gòu)與豎向結(jié)構(gòu)同步施工。滯后的水平結(jié)構(gòu)與外框樓面同步施工。

濟(jì)南普利中心液壓爬升模架系統(tǒng)分為外爬架和內(nèi)平臺(tái)2 種結(jié)構(gòu)形式。外爬架應(yīng)用于筒體外圍的爬升施工，每組有2 個(gè)機(jī)位；內(nèi)平臺(tái)應(yīng)用于筒體內(nèi)部施工，主要是4 機(jī)位平臺(tái)。根據(jù)該建筑尺寸和液壓爬升模架的設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)置外爬架9 組，共18 個(gè)爬升機(jī)位；4 機(jī)位內(nèi)平臺(tái)5 組，共20 個(gè)爬升機(jī)位，2 機(jī)位內(nèi)平臺(tái)6 組，共12 個(gè)機(jī)位，總計(jì)50 個(gè)爬升機(jī)位。31F以下和32F以上，機(jī)位平面布置見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 31F以下液壓爬架布置示意

圖3 32F以上液壓爬架布置示意

3 模架系統(tǒng)的原理和構(gòu)成[1-8]

3.1 液壓爬升模架系統(tǒng)原理及功能特點(diǎn)

模架系統(tǒng)采用液壓為動(dòng)力進(jìn)行爬升，利用附墻系統(tǒng)以及承重機(jī)械系統(tǒng)作為支承載體及爬升構(gòu)件。施工中的主要架體結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)單地分為綁筋操作架，模板操作架以及設(shè)備操作架。

模架系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路宏觀上分為單元式和整體式2 種。傳統(tǒng)的人工碗扣式腳手架即是單元式設(shè)計(jì)，其布置組合靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，但是整體性較差。而頂升鋼平臺(tái)系統(tǒng)則采用整體式設(shè)計(jì)思路，其優(yōu)點(diǎn)是整體剛度好、承載能力強(qiáng)，但是體型笨重，用鋼量較大，如遇到外伸鋼梁或者桁架，需要重新解體再安裝，并且也不能隨著剪力墻的收縮而伸縮變化，適應(yīng)性差。液壓爬升模架系統(tǒng)結(jié)合了二者的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行單元式設(shè)計(jì)，根據(jù)施工安全和效率的需要，可以通過(guò)自動(dòng)控制技術(shù)，將液壓爬升模板系統(tǒng)的所有單元組合成有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)單元柔性連接，整體同步爬升。

3.2 模板系統(tǒng)

模板系統(tǒng)由鋼大模和模板懸掛系統(tǒng)構(gòu)成，主要滿足模板安裝、校正、拆除作業(yè)的施工，該系統(tǒng)通過(guò)滑輪移動(dòng)裝置，可以自由調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以輕松滿足模板的安裝就位及糾偏工作。

濟(jì)南普利中心核心筒項(xiàng)目，工程結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層高4 200 mm，因此，模板標(biāo)準(zhǔn)段高度采用4 350 mm，上部與樓層標(biāo)高平，底部下放150 mm。32F以上標(biāo)準(zhǔn)層高變?yōu)? 600 mm，為最大限度增加模板的利用率，將模板分成600 mm和3 750 mm兩段，施工至32F以上后拆除上段。

模板面板采用5 mm鋼板，肋采用8#輕型槽鋼，圍檁采用10#普通槽鋼，邊框采用80 mm×8 mm角鋼與10 mm×80 mm扁鋼，以確保模板框的剛度，方便模板上、下流水段間的密貼安裝，采用粘貼發(fā)泡泡沫粘帶條的方法止?jié){。

3.3 操作平臺(tái)系統(tǒng)

操作平臺(tái)系統(tǒng)是指為綁扎鋼筋、模板支護(hù)等施工操作提供作業(yè)和堆載的平臺(tái)，并且可攜帶鋼大模整體爬升的架體系統(tǒng)。雖然操作平臺(tái)系統(tǒng)有多種結(jié)構(gòu)形式，但其豎向功能區(qū)段的劃分均類似，主要包括綁筋操作架、模板操作架、設(shè)備操作架3 部分（圖4）。

圖4 液壓爬架操作平臺(tái)系統(tǒng)劃分

（a）綁筋操作架：主要用于鋼筋綁扎和提供堆載平臺(tái)。共2 層，每層高2 m。

（b）模板操作架：用于模板的安裝固定及拆卸。共3 層，每層高2 m。前立桿為雙拼8#槽鋼，后立桿為HT100 mm×100 mm，模板懸掛梁為16#工字鋼，模板操作架的橫向水平連桿為1 根Φ48 mm腳手管和1 根5#槽鋼組成，腳手管可根據(jù)需要進(jìn)行伸縮。模板操作架頂部的模板懸掛梁安裝有模板滑移懸掛裝置，可進(jìn)行模板的立模、拆模操作。

多組綁筋操作片架和模板操作片架由縱向水平連桿（腳手管）連接組成一個(gè)整體，連桿上鋪設(shè)木隔板形成走道平臺(tái)，操作架前立桿在結(jié)構(gòu)施工層區(qū)間設(shè)置了水平拉結(jié)構(gòu)造，作為安全保險(xiǎn)措施與結(jié)構(gòu)連接。后立桿內(nèi)側(cè)每層加設(shè)2 道腳手管安全欄桿，后立桿H型鋼翼緣內(nèi)可安裝鋼絲網(wǎng)片。

（c）設(shè)備操作架：用于液壓設(shè)備的布置和爬升機(jī)構(gòu)的操作，結(jié)構(gòu)已施工層的安全圍護(hù)以及附墻裝置的拆卸。設(shè)備操作架每個(gè)架片高度為5 m。前立桿采用2 根Φ48 mm鋼管組成，后立桿采用HT100 mm×100 mm型鋼，走道橫連桿為2 根Φ48 mm鋼管組成的組合連桿。各設(shè)備架片間水平走道采用鋼管扣件連接，背立面也采用鋼管扣件連接形成安全欄桿。

3.4 爬升機(jī)械系統(tǒng)

爬升機(jī)械系統(tǒng)是系統(tǒng)的爬升、承重構(gòu)件。模架工作狀態(tài)的傳力路徑為：施工荷載/結(jié)構(gòu)自重/風(fēng)荷載等→爬模架體→承重構(gòu)架系統(tǒng)→附墻構(gòu)件系統(tǒng)→結(jié)構(gòu)墻體。

爬升機(jī)械系統(tǒng)由附墻構(gòu)件裝置、導(dǎo)向裝置、承重構(gòu)架裝置、防墜裝置4 個(gè)子系統(tǒng)組成。其中附墻裝置是爬架同結(jié)構(gòu)連接的機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向裝置、防墜裝置是爬架的爬升機(jī)構(gòu)，承重構(gòu)架裝置是爬架傳遞架體荷載的機(jī)構(gòu)。

3.5 液壓動(dòng)力系統(tǒng)

液壓動(dòng)力系統(tǒng)是模架的動(dòng)力機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)單元頂升和多機(jī)位整體頂升，系統(tǒng)由液壓油缸、電動(dòng)泵站及相關(guān)配件有機(jī)聯(lián)系形成一個(gè)動(dòng)力模塊。

3.6 自動(dòng)控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制技術(shù)，系統(tǒng)接受操作人員的工作命令，對(duì)液壓模架進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和控制，同時(shí)采集系統(tǒng)的工作狀態(tài)，反饋給計(jì)算機(jī)，對(duì)控制進(jìn)行修正和調(diào)節(jié)，確保爬升作業(yè)的安全可靠。

圖5 爬架控制系統(tǒng)原理

控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制。系統(tǒng)接受操作人員的指令，對(duì)液壓爬模進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和控制，同時(shí)采集液壓爬模的工作狀態(tài)信息，反饋給計(jì)算機(jī)，

因此，系統(tǒng)由傳感檢測(cè)、運(yùn)算控制、液壓驅(qū)動(dòng)三部分組成核心回路，以操作控制進(jìn)行人機(jī)交互，以安全控制提供安全保障，從而形成一個(gè)完整的控制閉環(huán)。

3.6.1 控制方式

本系統(tǒng)控制方式有總控、單控等2 種。

（a）總控：所有爬升單元在總控操縱下統(tǒng)一啟停泵站、同步作業(yè)。

（b）單控：各爬升單元在各自操縱下分別啟停泵站、分別作業(yè)（可以同時(shí)進(jìn)行）。

3.6.2 作業(yè)方式

本系統(tǒng)作業(yè)方式有6 種：

（a）總控爬模：所有單元同時(shí)進(jìn)行同步的爬模爬升。

（b）總控導(dǎo)軌：所有單元同時(shí)進(jìn)行同步的導(dǎo)軌提升。

（c）總控單步：所有單元同時(shí)進(jìn)行同步的單步操作。

（d）單控爬模：各單元獨(dú)立進(jìn)行爬模爬升。

（e）單控導(dǎo)軌：各單元獨(dú)立進(jìn)行導(dǎo)軌提升。

（f）單控單步：各單元獨(dú)立進(jìn)行單步操作。

4 液壓爬升模架系統(tǒng)主要施工技術(shù)應(yīng)用

4.1 核心筒標(biāo)準(zhǔn)層施工技術(shù)

濟(jì)南普利中心標(biāo)準(zhǔn)層層高4.2 m和3.6 m，標(biāo)準(zhǔn)層共計(jì)52 層，占到施工中絕大部分，液壓爬架的標(biāo)準(zhǔn)層施工流程如下：

流程一：澆搗第N結(jié)構(gòu)段結(jié)構(gòu)混凝土；

流程二：養(yǎng)護(hù)第N結(jié)構(gòu)段混凝土期間，綁扎第N+1段鋼筋；

流程三：第N結(jié)構(gòu)段混凝土養(yǎng)護(hù)等強(qiáng)后，拆模；同時(shí)安裝模架附墻裝置；

流程四：液壓頂升導(dǎo)軌4.2 m（3.6 m），固定導(dǎo)軌；拆除最下端附墻裝置，以備下次使用；

流程五：液壓頂升模架系統(tǒng)4.2 m（3.6 m），由N-1段爬升至N段，并完成力系轉(zhuǎn)換；4 機(jī)位平臺(tái)底部大梁支腿支撐于核心筒墻體預(yù)留洞內(nèi)，模架系統(tǒng)內(nèi)外架體頂部連接；

流程六：清理模板，安裝爬架預(yù)埋螺桿，預(yù)留底部大梁支腿支撐洞，測(cè)量定位校正立模；進(jìn)入N+1段結(jié)構(gòu)施工流程。

4.2 液壓爬架非標(biāo)準(zhǔn)層爬升施工的處理

結(jié)構(gòu)的3～5F為層高5.4 m的非標(biāo)準(zhǔn)層，因此液壓爬升模架擬在第三框結(jié)構(gòu)施工完畢后開(kāi)始組裝，在第三框結(jié)構(gòu)墻體上埋置安裝固定螺栓。

4～5F總高度為10.8 m，擬劃分為3 次爬升，每次爬升高度為3.6 m。

30F層高4.8 m， 31F層高5.3 m，一次性爬升；模架施工完31F層框后，模架停留在31F層框位置。

利用內(nèi)爬架平臺(tái)，增加斜拉桿加強(qiáng)后，作為31MF樓層梁板施工的支撐架，來(lái)完成31MF水平結(jié)構(gòu)施工。

31MF層框，以及32F、33F采用腳手架支撐完成施工。

在33F層框上重新組裝內(nèi)平臺(tái)模架系統(tǒng)，34F層以上進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)層，層高3.6 m，一次性爬升。59F層高5.4 m，爬升2 次。60F無(wú)需爬升便可滿足施工要求。

4.3 核心筒結(jié)構(gòu)施工階段人員垂直交通設(shè)計(jì)

根據(jù)施工需求，在內(nèi)平臺(tái)底部下掛人員交通架，施工人員從電梯通過(guò)內(nèi)平臺(tái)下掛的人員交通架可抵達(dá)施工作業(yè)層。

考慮到施工電梯的安裝高度限制及壓型鋼板樓板作業(yè)層滯后因素的影響，設(shè)計(jì)人員交通掛架高12 m，跨越3 個(gè)層高，底部人員進(jìn)出口與混凝土施工作業(yè)層相差6 個(gè)層高，滿足電梯同樓層之間的交接。

4.4 剪力墻截面變化的收分處理

核心筒剪力墻外墻厚度有較大收縮變化，由1 000 mm收縮至500 mm，內(nèi)芯剪力墻厚度分別有600 mm、500 mm和400 mm三種。為此液壓自動(dòng)模架模板系統(tǒng)也要作相應(yīng)的變截面收分處理，具體收分的流程如下：

流程一：第N結(jié)構(gòu)段施工完成，進(jìn)入收分段爬升工藝（墻體截面收分200 mm為例）；

流程二：在第N結(jié)構(gòu)段先安裝厚100 mm連接支座板，隨后在其上安裝附墻支座及附墻靴；爬升導(dǎo)軌適當(dāng)高度，在導(dǎo)軌底部?jī)?nèi)側(cè)面安置50 kN手動(dòng)式液壓千斤頂（每組爬架兩機(jī)位同時(shí)安裝）；

流程三：頂升50 kN手動(dòng)千斤頂約70 mm，在頂升千斤頂同時(shí)，調(diào)節(jié)支撐腿螺桿頂緊墻體，使架體傾斜，然后導(dǎo)軌爬升到位，固定導(dǎo)軌；架體沿導(dǎo)軌爬升到位，完成力系轉(zhuǎn)換；調(diào)節(jié)承重三角架可調(diào)支撐，使其支撐于墻體；

流程四：施工第N+1結(jié)構(gòu)段；養(yǎng)護(hù)等強(qiáng)，拆模清理；先后頂升導(dǎo)軌、模架架體到位，此時(shí)架體仍為傾斜狀態(tài)，進(jìn)入第N+2結(jié)構(gòu)段施工流程；

流程五：施工第N+2結(jié)構(gòu)段；養(yǎng)護(hù)等強(qiáng)，拆模清理；先后頂升導(dǎo)軌、模架架體；

流程六：調(diào)節(jié)架體支撐腿螺桿，使模架架體以及導(dǎo)軌同墻面平行；調(diào)節(jié)承重三角架可調(diào)支撐，頂升架體到位，完成力系轉(zhuǎn)換；至此全部完成墻體收分工藝。

4.5 穿越外伸鋼梁的爬升

在核心筒的每個(gè)短邊上兩端設(shè)置外伸鋼梁，外爬架在施工時(shí)，必須要避讓這些鋼梁。

外伸鋼梁處于2 個(gè)外爬架單元之間，當(dāng)外伸鋼梁碰到外爬架時(shí)，只需依次打開(kāi)相鄰?fù)馀兰苤g的立面翻門(mén)，完成外伸鋼梁的依次穿越。立面示意見(jiàn)圖6。

圖6 外爬架穿越外伸鋼梁立面示意

比如爬架附著于N框，施工N+1框混凝土，此時(shí)外伸鋼梁處于爬架綁筋操作架，打開(kāi)此處外爬架單元之間的翻門(mén)，在此處臨時(shí)設(shè)置安全欄桿和安全網(wǎng)，爬架爬升時(shí)，只需依次打開(kāi)翻門(mén)，爬升到位做好圍護(hù)，當(dāng)在外伸鋼梁碰撞到外爬架的底平臺(tái)前，打開(kāi)底平臺(tái)翻板，以便順利通過(guò)。

4.6 高空拆除施工技術(shù)

首先要清除臨時(shí)施工設(shè)備及架體上的雜物 （電焊機(jī)、乙炔瓶等），防止在拆除過(guò)程中發(fā)生高空墜物的事故，然后按以下順序逐一規(guī)范操作拆除。

流程一：待第60框結(jié)構(gòu)混凝土養(yǎng)護(hù)等強(qiáng)后，拆模；由塔機(jī)將模板運(yùn)至地面；

流程二：液壓頂升導(dǎo)軌5 m，利用塔機(jī)將導(dǎo)軌拔出，吊運(yùn)至地面，導(dǎo)軌須一根一根吊裝；

流程三：將爬架的液壓設(shè)備和油管等拆除吊離架體；

流程四：在塔機(jī)協(xié)助下解除模板操作架同承重桁架間螺栓連接，并與綁筋操作架一起整體用塔機(jī)吊運(yùn)至地面；

流程五：利用塔吊將爬架主平臺(tái)及下掛腳手架整體吊起，保持不動(dòng)；上人拆除附墻裝置；待拆除附墻裝置后，將爬架主平臺(tái)及下掛腳手架整體吊運(yùn)至地面解體。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)濟(jì)南普利中心項(xiàng)目主樓核心筒的施工，綜合闡述了液壓自動(dòng)爬升模架系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用。在本次的應(yīng)用中，取得了非常顯著的技術(shù)效果，大大提高了施工效率，使用中經(jīng)歷冬季施工，標(biāo)準(zhǔn)層施工仍可以達(dá)到4～5 d/層；在施工中，模架系統(tǒng)爬升速度快捷，作業(yè)環(huán)境安全可靠，操作平臺(tái)堆載能力較大，滿足了施工的很多需求；架體組合靈活，可以小流水作業(yè)，外爬架通過(guò)翻板翻門(mén)的設(shè)置，能夠有效解決穿越核心筒外伸鋼梁施工難題；采用架體傾斜爬升的施工技術(shù)，解決了核心筒外墻收分的施工；在內(nèi)平臺(tái)底部下掛人員交通架，較好的解決了施工中的豎向交通問(wèn)題；該模架系統(tǒng)重復(fù)利用構(gòu)件多，降低了工程投入，取得非常好的經(jīng)濟(jì)效益。

濟(jì)南普利中心核心筒液壓爬升模架施工技術(shù)，取得了非常成功的應(yīng)用，完善了超高層混凝土核心筒施工技術(shù)，所積累的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)值得在我國(guó)超高層同類工程施工中大力推廣。