關(guān)于高層建筑核心筒頂模與伸臂桁架的施工應(yīng)用

龔鵬

【摘要】本文以某商業(yè)中心工程施工為例，重點介紹了頂模設(shè)計、伸臂桁架安裝、伸臂桁架與鋼筋工程協(xié)同施工、伸臂桁架與混凝土結(jié)構(gòu)協(xié)同施工、鍛鋼節(jié)點域模架角部開合協(xié)同施工、鍛鋼節(jié)點與模板協(xié)同施工等一系列頂模關(guān)鍵技術(shù)及工藝流程。

【關(guān)鍵詞】頂模設(shè)計;伸臂桁架;協(xié)同施工;施工技術(shù)

1、工程概況

1）?頂模設(shè)計

隨著社會發(fā)展和城市建設(shè)的日新月異，城市市區(qū)內(nèi)建筑工程場地越來越狹窄，房屋建筑越來越高，而工期、造價、環(huán)保等要求卻越來越嚴，這對工程建設(shè)帶來了巨大的挑戰(zhàn)，也為新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用提供了機遇。某商業(yè)中心工程塔樓54層，裙樓4層，建筑高度270m，結(jié)構(gòu)形式為巨柱框架+核心筒+伸臂桁架的筒體結(jié)構(gòu)，在建設(shè)該商業(yè)中心時，采用了頂模與伸臂桁架協(xié)同施工的新技術(shù)。頂模設(shè)計如圖1所示。支撐與頂升系統(tǒng)支撐在核心筒剪力墻上，共設(shè)置9個支撐點，其中核心筒外墻上設(shè)置8個，核心筒中間設(shè)置1個。外墻上的支撐頂升系統(tǒng)由混凝土承力件，上、下支撐架以及支撐架之間的頂升油缸組成;置于核心筒內(nèi)墻的一個支撐與頂升系統(tǒng)由上支撐箱梁、下支撐箱梁以及上下支撐箱梁之間的頂升油缸組成。

圖1??頂模構(gòu)造

2）?伸臂桁架概況

某商業(yè)中心整棟塔樓共有5道巨型桁架加強層，其中3道為伸臂桁架，由內(nèi)、外筒兩部分桁架組成，其中內(nèi)筒伸臂桁架由上弦結(jié)構(gòu)、下弦結(jié)構(gòu)及腹桿構(gòu)成，上、下弦桿以角部8個鍛鋼件節(jié)點為核心，通過水平弦桿、豎向腹桿貫通于核心筒外墻四周，形成穩(wěn)固結(jié)構(gòu)體系，桁架總高度15.2m，跨越3個結(jié)構(gòu)層高。桁架豎腹桿柱截面為H型鋼，桁架上、下弦桿以及斜腹桿由雙層鋼板和連接隔板焊接成組合截面，角部節(jié)點呈“K”形布置。整個內(nèi)筒伸臂桁架共計89件鋼構(gòu)件，其中上弦共20件，腹桿共49件，下弦共20件，總質(zhì)量約963t，最大構(gòu)件為角部8個鍛鋼節(jié)點，最重達37.39t。

2、重、難點分析與對策

1）?頂模在頂層南北有4道、東西有6道貫通的主梁，其中在中間2道主梁均為雙層，總高度3.6m，跨越了伸臂桁架層，吊裝期間如何協(xié)調(diào)與模架空間關(guān)系是需要重點解決的問題。對策：利用三維建模軟件深化設(shè)計，疊合模架及伸臂桁架立面及平面關(guān)系，充分考慮塔式起重機吊重、構(gòu)件運輸、模架作業(yè)層高度、鋼模位置等，并對復(fù)雜節(jié)點提出合理化建議，保證伸臂桁架結(jié)構(gòu)層的順利施工。

2）?伸臂桁架結(jié)構(gòu)復(fù)雜且4個角部節(jié)點含有外伸牛腿，外伸長度超過2m，模板如何支設(shè)、模架如何順利通過外伸牛腿位置是兩者協(xié)調(diào)的重要內(nèi)容。對策：頂模4個角部在設(shè)計之初已考慮伸臂桁架外伸牛腿影響，將模架4個角部設(shè)置為開合機構(gòu)，1～6層均可整體開合或逐層開合，可以有效地解決模架與外伸牛腿影響問題對于外伸牛腿局部支模問題，核心筒采用大鋼模板，針對4個角部外伸牛腿位置鋼模板也已考慮可以局部開啟或整體開啟，開啟后方便鍛鋼節(jié)點安裝，局部無法用鋼模板封閉的地方采用木模封閉即可。

3）?伸臂桁架安裝期間，鋼筋綁扎、混凝土澆筑同步施工，如何避免鋼筋綁扎及混凝土澆筑對伸臂桁架安裝的影響是需要重點考慮的問題。對策：鋼筋綁扎前根據(jù)模架與伸臂桁架安裝各階段關(guān)系，對伸臂桁架對接焊縫位置豎向鋼筋長度及接頭留設(shè)位置予以預(yù)先考慮，保證鋼筋接頭不會超越焊縫位置，避免對焊縫焊接造成影響?；炷翝仓r，在模架上設(shè)置混凝土澆筑串桶，重點解決伸臂桁架節(jié)點區(qū)域混凝土澆筑問題，為避免混凝土對構(gòu)件未焊接焊縫的污染，混凝土澆筑前將所有水平焊縫進行保護，并調(diào)整混凝土粗骨料級配，使用C60自密實混凝土進行澆筑。

3、施工工藝流程

由于伸臂桁架均位于核心筒外墻，故核心筒內(nèi)墻鋼筋綁扎均不受伸臂桁架影響，可與伸臂桁架構(gòu)件吊裝同層施工。外墻根據(jù)伸臂桁架構(gòu)件與模架之間的關(guān)系，遵循先下弦、再腹桿、后上弦的階段進行，土建施工位于桁架施工層以下一個結(jié)構(gòu)樓層。為保證結(jié)構(gòu)施工的順利進行，施工流程中除了構(gòu)件吊裝外，還需重點考慮模架頂升、鋼筋吊運方式、模板調(diào)節(jié)方法、泵管拆接、施工電梯運動加節(jié)、塔式起重機頂升等關(guān)鍵施工工序，施工工藝流程如圖2所示。各階段流程如圖3所示。

圖2?施工工藝流程

圖3?伸臂桁架施工流程

1）?第1步上支撐系統(tǒng)位于27F：①30F伸臂桁架部分下弦構(gòu)件（共8件）安裝;②核心筒結(jié)構(gòu)29F鋼筋綁扎、模板封閉、混凝土澆筑;③內(nèi)墻結(jié)構(gòu)進行30F鋼筋綁扎。

2）第2步上支撐系統(tǒng)位于28F：①30F安裝伸臂桁架剩余下弦（共12）;②同時進行核心筒30F外墻鋼筋綁扎;③內(nèi)墻結(jié)構(gòu)進行31F鋼筋綁扎。

3）第3步上支撐系統(tǒng)位于29F：①31F伸臂桁架腹桿（共49件）安裝;②核心筒30F封模澆筑混凝土;③核心筒31F外墻鋼筋綁扎，內(nèi)墻剩余鋼筋綁扎。

4）第4步上支撐系統(tǒng)位于30F：①32F伸臂桁架部分上弦（共12件）安;②核心筒31F封模（局部補充木模板）混凝土澆筑;③內(nèi)墻結(jié)構(gòu)進行32F鋼筋綁扎。

5）第5步上支撐系統(tǒng)位于31F：①32F伸臂桁架剩余上弦（共8件）安裝;②核心筒32F外墻鋼筋綁扎;③核心筒32F封?；炷翝仓?④伸臂桁架施工完，進入標準層施工流程

4、關(guān)鍵施工技術(shù)

4.1?分段分節(jié)施工

根據(jù)設(shè)計院設(shè)計圖紙，統(tǒng)籌考慮伸臂桁架自身的結(jié)構(gòu)特點、模架結(jié)構(gòu)體系、塔式起重機起吊能力、焊接工藝、構(gòu)件制作及運輸?shù)纫?，合理確定伸臂桁架水平分段及豎向分節(jié)。深化設(shè)計階段，針對復(fù)雜節(jié)點，如鋼筋與鋼骨的接駁器連接或預(yù)留孔、機電設(shè)備管道預(yù)留孔洞、塔式起重機埋件等均需要在深化設(shè)計階段確定。

4.2?伸臂桁架與鋼筋工程協(xié)同施工

由于墻體豎向鋼筋接頭均設(shè)在樓層面以上一定距離，在伸臂桁架安裝期間若不單獨對鋼筋接頭位置及鋼筋下料長度進行深化則可能造成豎向鋼筋超過伸臂桁架構(gòu)件焊縫位置，最終會對焊縫施焊造成較大困。在鋼筋綁扎與伸臂桁架協(xié)同施工中，根據(jù)伸臂桁架對接面與樓層標高之間的關(guān)系（見表1），豎向鋼筋在接頭位置以不超過桁架構(gòu)件水平焊縫位置為原則。施工時，先進行下弦構(gòu)件吊裝、焊接，再進行下弦下層結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎，腹桿、上弦層施工依照下弦層工序進行，保證豎向鋼筋接頭位置始終處于焊縫以下。由于構(gòu)件分段分節(jié)限制，可能無法保證同一區(qū)段內(nèi)鋼筋接頭面積≤50%，經(jīng)與設(shè)計商議，構(gòu)件對接區(qū)域的鋼筋接頭均按一級接頭進行留設(shè)，墻體其余位置按要求留設(shè)鋼筋接頭。

表1?構(gòu)件水平分節(jié)位置統(tǒng)計

序號

伸臂桁架構(gòu)件部位

分段分節(jié)距離樓層標高最小間距/mm

1

下弦構(gòu)件

距離30F結(jié)構(gòu)標高最小間距1200

2

腹桿構(gòu)件

距離31F結(jié)構(gòu)標高最小間距300

3

上弦構(gòu)件

距離32F結(jié)構(gòu)標高最小間距842

4.3?伸臂桁架與混凝土結(jié)構(gòu)協(xié)同施工

伸臂桁架混凝土采用布置于模架頂部的2臺HG19G液壓布料機進行澆筑，由于伸臂桁架施工期間混凝土澆筑層可能位于模架最底層，為避免混凝土自由拋落高度過大產(chǎn)生離析等問題，在每個內(nèi)筒四角和中間緊靠墻體位置設(shè)置下料串桶，串桶與模架焊接固定，串桶最下端通過短溜槽將混凝土引入待澆筑墻體內(nèi)。為避免布料機移位過程中對伸臂桁架焊縫產(chǎn)生污染，在混凝土澆筑前還需對已安裝的構(gòu)件焊縫通過粘貼膠帶進行保護，構(gòu)件吊裝前再將膠帶撕除。

4.4?鍛鋼節(jié)點域模架角部開合協(xié)同施工

考慮伸臂桁架施工特殊節(jié)點，頂模在4個角部每層設(shè)計有8個開合機構(gòu)，共覆蓋6層，根據(jù)現(xiàn)場安裝及模架頂升情況可以實現(xiàn)單個開啟、逐層開啟或全部開啟，模架吊裝前打開上部全部開合機構(gòu)，吊裝完成后閉合上部開合機構(gòu)，保證人員同層通行。模架頂升前將鍛鋼節(jié)點下部開合機構(gòu)打開，保證模架順利頂升，頂升完成后及時關(guān)閉開合機構(gòu)。

4.5?鍛鋼節(jié)點與模板協(xié)同施工

本工程塔樓采用鋼模板高4.8m，在設(shè)計階段也已經(jīng)考慮了伸臂桁架結(jié)構(gòu)與鋼模板相對位置關(guān)系，將塔樓4個角部與桁架外伸牛腿沖突的鋼模板全都設(shè)計成門扇形式，伸臂桁架結(jié)構(gòu)層施工時打開，常規(guī)樓層施工時封閉。桁架鍛鋼節(jié)點吊裝前將角部鋼模板全部打開，鋼筋綁扎完成后封閉非外伸牛腿區(qū)域鋼模板，外伸牛腿區(qū)域用普通木模板封閉，混凝土澆筑完畢后鋼模板退模、木模板拆除，平臺頂升一個結(jié)構(gòu)層高，進入下一個樓層施工，待伸臂桁架層全部施工完畢后鋼模板全部閉合，進入常規(guī)樓層作業(yè)施工。

4.6?鋼模板調(diào)節(jié)技術(shù)

某商業(yè)中心采用86型子母扣定型鋼模板，模板高度為4.8m，模板下掛在模架內(nèi)隨模架一同頂升，為了適應(yīng)伸臂桁架等非標準層施工要求，鋼模板頂部全部配置有專門的調(diào)節(jié)機構(gòu)。模板調(diào)節(jié)技術(shù)在設(shè)計構(gòu)造上主要有滑梁及滾輪、倒鏈葫蘆、扁擔(dān)梁、鋼模吊鏈、鋼模板等幾部分組成。整片模板調(diào)節(jié)時，由2～3個操作人員同時拉動倒鏈，將扁擔(dān)梁帶動鋼模板一同上移或下移，由此完成模板調(diào)節(jié)任務(wù)。

結(jié)語

某商業(yè)中心已經(jīng)完工，通過頂模與伸臂桁架的協(xié)同施工，縮短了施工工期，保證了施工質(zhì)量，節(jié)約了成本，取得了很好的社會和經(jīng)濟效益，為高層建筑施工提供了參考。

參考文獻

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