超高層建筑核心筒爬模施工技術(shù)

趙 斌 源

(山西光信地產(chǎn)有限公司，山西 太原 030001)

0 引言

某超高層建筑共42層，建筑高度約214.8 m，總建筑面積約32.8萬m2。該建筑結(jié)構(gòu)形式為核心筒+鋼框架體系，核心筒平面尺寸為29.9 m×21.6 m，該樓首層核心筒外墻體厚度包括1 000 mm和800 mm，超過5層后800 mm厚度外墻體收縮為600 mm，內(nèi)墻體厚度為600 mm。核心筒平面布置如圖1所示。

為了較為高效安全完成現(xiàn)場施工作業(yè)，現(xiàn)場在塔樓核心筒的兩個對角布置兩臺塔式起重機(jī)，即1號,2號兩臺起重機(jī)。其中，1號起重機(jī)基本性能指數(shù)為：起重臂55 m，最大工作半徑53.6 m，起重量7.9 t，最小工作半徑4.5 m，起重量32 t；2號起重機(jī)基本性能指數(shù)為：起重臂45.8 m，最大工作半徑44.7 m，起重量11 t，最小工作半徑3.9 m，起重量32 t。

1 爬模種類選擇

當(dāng)前爬模的施工工藝已經(jīng)較為成熟，在超高層結(jié)構(gòu)施工中應(yīng)用也極為普遍，爬?？梢宰晕遗郎瑴p輕塔式起重機(jī)的起吊頻次，同時體現(xiàn)出工具化施工的特征[1,2]。液壓爬模通常應(yīng)用在各類超高層的鋼筋混凝土核心筒項(xiàng)目，采用液壓爬模，能夠使得核心筒剪力墻、核心筒的內(nèi)外結(jié)構(gòu)等同步進(jìn)行施工，上下交叉立體作業(yè)，較大程度提高施工效率，減少工期，平均耗時為每層4 d。

液壓爬模通?？梢苑譃閮?nèi)外同時爬升和外爬升內(nèi)散拼兩種選擇，在本工程項(xiàng)目中采用的是內(nèi)外同時爬升的方法，該爬升體系體現(xiàn)出如下幾個特點(diǎn)[3,4]：1)內(nèi)外側(cè)的模板可以同時爬升，有利于提高施工進(jìn)度，減少起重機(jī)的起吊次數(shù)，確保工程中如鋼結(jié)構(gòu)、幕墻安裝施工的進(jìn)度；2)內(nèi)外側(cè)爬模用于施工豎向的墻體，施工不會受到水平部分的影響，有利于保證工程進(jìn)度；3)在核心筒內(nèi)外側(cè)布設(shè)爬模，能夠形成相對較大的平臺，便于各類材料及器械的安置以及同步的提升，管理方便，效率增加。

整個爬模系統(tǒng)由以下部分構(gòu)成：埋件體系、架體和操作平臺、模板體系、電氣控制體系、提升部分構(gòu)成。除了提升和模板兩個體系外，其余部分都和爬模工藝系統(tǒng)的組成大體相近，因而確定爬模種類時需要按照結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和施工要求，確定合適的提升和模板體系。

較為常用的爬模體系分為液壓油缸爬升、電葫蘆提升兩種，其區(qū)別在于如下方面：1)液壓油缸爬升體系的架體結(jié)構(gòu)使用重型結(jié)構(gòu)焊接形成，架體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，跨度大，而電葫蘆體系的架體結(jié)構(gòu)使用輕型結(jié)構(gòu)焊接形成，強(qiáng)度一般，不適用于大跨度結(jié)構(gòu)；2)液壓油缸的承載力較大，機(jī)位數(shù)量適中，電動葫蘆承載力低，機(jī)位數(shù)量少；3)液壓油缸爬升體系平臺頂部有較大的作業(yè)面，能夠堆放各類施工機(jī)具及材料，便于混凝土澆筑和鋼筋施工；電葫蘆體系頂部的施工平臺較小，僅能夠放置少量機(jī)具和材料；4)液壓油缸爬升體系采用液壓油缸分節(jié)爬升，每次爬升0.3 m，誤差較小，系統(tǒng)穩(wěn)定性、同步性較好，較為安全可靠，單片爬升主控人員和配合人員溝通方便；電葫蘆提升，整層一次性爬升完成，產(chǎn)生的誤差相對較大，系統(tǒng)穩(wěn)定性、同步性存在不足，整體爬升過程中采用遙控操作，主控人員和配合人員溝通不便。

經(jīng)過比選，液壓油缸爬升體系的機(jī)位數(shù)量適合、承載力高，同時該體系同步性好，安全穩(wěn)定，滿足該項(xiàng)目施工。本項(xiàng)目爬模提升體系為液壓式，其先把埋件系統(tǒng)預(yù)埋在墻板，通過導(dǎo)軌和掛鉤在支座位置連接，液壓油缸對導(dǎo)軌及模板架交替頂升。待模板頂升到指定位置，把荷載轉(zhuǎn)移到掛鉤連接座，經(jīng)由液壓系統(tǒng)提升導(dǎo)軌，當(dāng)導(dǎo)軌到達(dá)指定位置，再卸除荷載，如此循環(huán)。

爬模模板通常采用木梁膠合板和鋼模板兩種，其區(qū)別在于如下方面：1)木梁膠合板自重約65 kg/m2，自重輕，而鋼模板自重約110 kg/m2，重量大；2)木梁膠合板由多個構(gòu)件拼裝形成，可以形成各類形狀，鋼模板為定型產(chǎn)品，尺寸更改困難；3)木梁膠合板一次性投入高，面板容易損壞，鋼模板一次性投入高，但其可周轉(zhuǎn)多次；4)木梁膠合板組拼的體積小，運(yùn)輸方便，鋼模板定制尺寸較大，運(yùn)輸及日常管理復(fù)雜；5)木梁膠合板搭配的支撐和爬升設(shè)備的數(shù)量相對較少，鋼模板配合的支撐數(shù)量較多。

經(jīng)過對比，木梁膠合板自重較輕，運(yùn)輸方便，組裝靈活，最終該項(xiàng)目確定采用膠合板模板。

2 爬模設(shè)計(jì)

2.1 面臨的問題

爬模設(shè)計(jì)需要處理的問題包括：1)層高高度較大的架體，需要注意架體的穩(wěn)定性；2)機(jī)位布置時，需要保證內(nèi)模的作業(yè)空間和支撐的安全性；3)塔式起重機(jī)在核心筒內(nèi)空間限制性強(qiáng)，需要做好爬模架體及塔式起重機(jī)的協(xié)同作業(yè)；4)施工平臺需要能夠方便施工操作；5)需要處理好爬模提升及起重機(jī)爬升的關(guān)系，確保核心筒型鋼結(jié)構(gòu)能夠正常安裝，核心筒鋼筋工程、混凝土工程施工同時正常進(jìn)行；6)需要提前設(shè)計(jì)安全通道施工電梯達(dá)到爬模平臺的路線，作業(yè)時安全抵達(dá)施工部位，布置好消防安全設(shè)施，逃生通道的設(shè)置等。

2.2 爬模方案

2.2.1爬模系統(tǒng)

模板系統(tǒng)由木膠合板、端頭板、木工字梁、背楞等構(gòu)成，結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層高度為4 200 mm，模板設(shè)計(jì)高度4 350 mm，為了提高木模板的循環(huán)次數(shù)，選用進(jìn)口的WISA膠合板，循環(huán)次數(shù)超過40次。主楞為雙拼12號槽鋼，次楞為H20木工字梁。模板系統(tǒng)如圖2所示。

2.2.2承載體節(jié)點(diǎn)

液壓爬模承載體通常選取錐形的承載接頭，該接頭由承載螺栓、錐體螺母、預(yù)埋螺栓及錨固板等構(gòu)成。在墻板混凝土施工之前，把錐形承載接頭固定在模板的里側(cè)。對于埋件的設(shè)計(jì)，左上角起重機(jī)筒內(nèi)的架體和右下角起重機(jī)旁邊的架體選取單埋件系統(tǒng)，其余架體為雙埋件。布置埋件需要預(yù)埋件、預(yù)留的孔洞等，相關(guān)技術(shù)人員繪制爬升情況時要考慮碰撞點(diǎn)，并采取相關(guān)技術(shù)措施。

2.2.3機(jī)位布置、施工荷載

機(jī)位布置符合下列原則：

1)機(jī)位的設(shè)置需要避開剪力墻連梁位置，這是由于連梁的高度通常低于預(yù)埋件需要的高度，在連梁區(qū)域，爬模機(jī)位主受力的掛點(diǎn)缺少支撐，三腳架的尾撐沒有落腳點(diǎn)，如果剪力墻的洞口較寬，應(yīng)當(dāng)在兩端增設(shè)構(gòu)造柱。

2)陽角位置的爬模機(jī)位應(yīng)當(dāng)盡可能離陽角近，這是由于陽角的爬模平臺需要貫通，機(jī)位離陽角近可以減少平臺的懸挑長度，提高安全性。

3)陰角位置的爬模機(jī)位應(yīng)和陰角距離不少于1 m，這是由于陰角的內(nèi)筒布置了角模，留出一定距離確保爬模的導(dǎo)軌和模板后移存在空間。

4)爬模機(jī)位位置需要避開暗柱等，這是由于預(yù)埋件的深度要求，若設(shè)置在暗柱位置，會增加預(yù)埋的難度，若必須在此位置設(shè)置，則應(yīng)當(dāng)避開暗柱的縱筋，同時結(jié)合現(xiàn)場狀態(tài)調(diào)整暗柱的水平箍筋。若預(yù)埋件不可避免在型鋼位置，則可將預(yù)埋件和型鋼柱焊接為一體，同時增設(shè)壓筋，確保節(jié)點(diǎn)的承載力滿足要求。

5)爬模的機(jī)位和起重機(jī)需要留設(shè)安全距離，通常在400 mm左右。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，最終該工程項(xiàng)目中，共設(shè)置76個機(jī)位。

施工荷載考慮如下：操作平臺上層的荷載按照4 kN/m2，操作平臺下層的荷載按照1 kN/m2，吊平臺施工荷載按照1 kN/m2，按2層計(jì)算。

2.2.4液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)包含控制臺、油缸、防墜爬升器等部分。該系統(tǒng)中，防墜爬升器設(shè)計(jì)時采用凸輪擺塊來達(dá)到油缸突然受力失效防墜的效果，同時可以達(dá)到架體和導(dǎo)軌之間的相互爬升轉(zhuǎn)換。在爬升時，爬模裝置的荷載均由防墜爬升器的凸輪擺塊傳遞至導(dǎo)軌。

2.2.5架體及操作平臺

爬模架體的設(shè)計(jì)包括了內(nèi)、外架體兩個部分的設(shè)計(jì)，事實(shí)上內(nèi)、外架體的構(gòu)造差別并不太大，本文著重闡述外架體的設(shè)計(jì)部分。

外架體主要包含了埋件承重裝置、上架體、三腳架、液壓操作平臺、退模裝置等部分，為了施工工序前后的搭接，上架體共有4層操作平臺。在上架體的頂層為鋼筋綁扎的操作平臺，同時可作為混凝土施工平臺，下方兩層作為模板作業(yè)平臺，用于合模、退模等作業(yè)。三腳架包含了橫梁、立柱、斜桿等部分，這是架體的主要受力部分。架體及導(dǎo)軌需要由液壓操作平臺進(jìn)行提升，吊平臺是用于下層支座的拆除工作。

架體的平臺可經(jīng)由人梯到達(dá)，B2筒搭設(shè)工具式的塔梯，其最大下掛長度為21 m。在爬模組裝的同時搭設(shè)塔梯，以便人員上到架體的平臺。施工到第4層時，在B3筒搭設(shè)人貨梯。作業(yè)人員可以先乘坐該電梯到達(dá)塔梯的下掛層，隨后再經(jīng)由塔梯至模板平臺。

3 結(jié)語

液壓爬模系統(tǒng)采取工具式模板為主要手段，動力由液壓頂升系統(tǒng)提供，基于核心筒墻體為載體進(jìn)行施工，實(shí)現(xiàn)模板及架體的整體化，施工中模板爬升速度快，較大程度縮減工期，模板爬升穩(wěn)定性強(qiáng)，機(jī)械化程度高，較大程度縮減了人工工時的支出，減少了對塔式起重機(jī)的依賴。該項(xiàng)施工技術(shù)在質(zhì)量、安全、進(jìn)度及降低成本等方面具有顯著的優(yōu)勢，有著較好的應(yīng)用前景。