高層建筑塔樓電梯高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)及施工

劉德會(huì)

中國建筑第二工程局有限公司西南分公司 重慶 400020

在高層建筑工程塔樓施工時(shí)，施工電梯安裝高度過高，不僅會(huì)產(chǎn)生施工安全風(fēng)險(xiǎn)，更會(huì)給相關(guān)施工作業(yè)活動(dòng)帶來諸多不便，如增加施工成本、延長垂直運(yùn)輸時(shí)間、占用施工空間、降低施工效率等[1-2]。針對(duì)此類問題，本文以某商貿(mào)中心大廈塔樓建筑物的施工為例，創(chuàng)新性提出了一種基于核心筒的塔樓電梯高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)施工方案，并將其應(yīng)用到工程案例實(shí)踐中，取得了預(yù)期的施工效益，可供同類工程參考和借鑒。

1 工程概況

某商貿(mào)中心大廈塔樓建筑物主體結(jié)構(gòu)采用“伸臂桁架＋鋼管混凝土外框柱＋腰桁架＋內(nèi)置鋼板的鋼筋混凝土核心筒”的多重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行布置，總建筑高度約432.7 m。按照本建筑工程塔樓施工組織安排和相關(guān)技術(shù)具體實(shí)施要求，塔樓建筑物主體結(jié)構(gòu)核心筒部位全程將重點(diǎn)采用“智能頂升鋼平臺(tái)”進(jìn)行施工作業(yè)。為了加快施工進(jìn)度，創(chuàng)造安全、可靠的施工作業(yè)環(huán)境和外部施工作業(yè)支撐面，本工程在設(shè)計(jì)及施工中，將一臺(tái)大型的雙籠施工電梯安裝于本建筑工程外框架核心筒施工部位，使其直通核心筒智能頂升鋼平臺(tái)施工體系頂端。

2 塔樓電梯高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換的必要性與可行性

2.1 塔樓電梯高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換的必要性

在大多數(shù)采用智能頂升鋼平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)或施工的高層或超高層建筑結(jié)構(gòu)施工過程中，受智能頂升鋼平臺(tái)形式的約束以及高層建筑結(jié)構(gòu)本體的限制，將施工電梯布置于高層建筑結(jié)構(gòu)體系外框架施工中的核心筒區(qū)域，不僅能夠確保施工順利進(jìn)行，縮短施工工期，而且還能夠減少對(duì)梁板結(jié)構(gòu)空間的占用比例[3]。

鑒于此，為保證高層建筑梁板結(jié)構(gòu)能夠提前進(jìn)行施工作業(yè)，針對(duì)直通鋼平臺(tái)頂部的雙籠施工電梯進(jìn)行高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換，以保障總體工程施工進(jìn)度，充分釋放高層建筑下部梁板結(jié)構(gòu)施工作業(yè)面。這種施工組織設(shè)計(jì)方案為高層建筑核心筒的順利施工創(chuàng)造了良好的作業(yè)環(huán)境和外部支撐條件，同時(shí)，在高層建筑的中間樓層進(jìn)行高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換，可使轉(zhuǎn)換層與外框結(jié)構(gòu)進(jìn)行良好的協(xié)調(diào)[4-5]。

2.2 塔樓電梯高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換的可行性

對(duì)于大多數(shù)常見的超高層或高層建筑工程而言，在施工中若采用智能頂升鋼平臺(tái)進(jìn)行施工作業(yè)，則可考慮通過直達(dá)鋼平臺(tái)頂部的施工組織設(shè)計(jì)方式，對(duì)高層建筑外框架施工中的核心筒部位雙籠施工電梯進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。以本案例工程為例，這種高層建筑塔樓電梯高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)形式，一方面能夠使分項(xiàng)工程的施工安全性得到有效保障，另一方面也能夠減小施工人員、設(shè)備、物資等在內(nèi)外掛架穿梭的頻次，提高施工效率，加快施工進(jìn)度。

此外，在施工過程中，將吊掛格構(gòu)柱設(shè)置于本高層建筑工程鋼平臺(tái)部位，并使其充當(dāng)建筑本體外圍核心筒雙籠施工電梯附墻結(jié)構(gòu)體系，同時(shí)，采用滾動(dòng)附墻件有效連接并固定本高層建筑格構(gòu)柱與雙籠施工電梯，可進(jìn)一步使智能頂升鋼平臺(tái)與電梯附墻平臺(tái)實(shí)現(xiàn)同步、同頻智能頂升，以更好地適應(yīng)施工電梯高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換、附墻受力要求等。

3 高層建筑塔樓電梯高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)分析

3.1 設(shè)計(jì)方案

在本案例高層建筑工程塔樓電梯高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)過程中，為了確保上支撐H型鋼能夠在施工電梯高位基礎(chǔ)進(jìn)行合理轉(zhuǎn)換，首先，需在上支撐箱梁部位焊接2道H型鋼和安裝1節(jié)魚腹式標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，從而使其充當(dāng)本高層建筑結(jié)構(gòu)上支撐以上部位高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)臨時(shí)基礎(chǔ)，并使上支撐H型鋼在進(jìn)行高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換時(shí)，能夠從上支撐箱梁部位已安裝好的1節(jié)魚腹式標(biāo)準(zhǔn)節(jié)中穿過。其次，待安裝完成用于高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的下支撐后，需針對(duì)魚腹式標(biāo)準(zhǔn)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使本高層建筑工程高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中的主要受力構(gòu)件為下支撐H型鋼。

與此同時(shí)，為提高本高層建筑工程高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中雙籠施工電梯運(yùn)輸?shù)陌踩耘c穩(wěn)定性，還需將上支撐H型鋼作為本高層建筑外框架核心筒施工電梯高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換的重要輔助支撐構(gòu)筑物。

基于上述設(shè)計(jì)思路和理念，本高層建筑塔樓電梯高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)方案如圖1、圖2所示。

根據(jù)圖1、圖2可知，本高層建筑工程在高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，通過墻體上的預(yù)埋錨板連接方式，分別在建筑墻體預(yù)留洞口和連梁結(jié)構(gòu)區(qū)域設(shè)置了用于高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換的高位基礎(chǔ)支撐。但為了保證該設(shè)計(jì)方案科學(xué)、可靠、安全、可行和經(jīng)濟(jì)，本工程在施工設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)本高層建筑工程塔樓核心筒部位的高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)方案中的幾種不同支撐結(jié)構(gòu)詳細(xì)受力工況和特性，進(jìn)行了加強(qiáng)及復(fù)核驗(yàn)證分析，以此提升本高層建筑物外框結(jié)構(gòu)施工時(shí)核心筒部位安裝的雙籠施工電梯使用安全性（圖3）。

圖1 高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)方案示意

圖2 高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)示意

圖3 高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換懸挑通道加固布置

3.2 結(jié)構(gòu)受力特征分析

考慮到本高層建筑工程塔樓電梯施工壓力大、施工條件較差的實(shí)際情況，在本案例高層建筑工程塔樓電梯高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，本研究分別針對(duì)上支撐H型鋼單獨(dú)工作與上下支撐共同作用2種不同施工工況下的Q345H型鋼高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換方案受力特性進(jìn)行了可靠性和穩(wěn)定性分析，以保證施工電梯基礎(chǔ)牢固。

3.2.1 工況1：上支撐H型鋼單獨(dú)工作

升降機(jī)在安裝高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換支撐時(shí)荷載形式為“空載”，此時(shí)已有24節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)被安裝于魚腹式標(biāo)準(zhǔn)節(jié)體系中。在這種情況下，將本高層建筑高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換節(jié)以下標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拆卸，其轉(zhuǎn)換支撐實(shí)際受力213 700 N。因此，4根采用Q345鋼材制作的高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換H型鋼立管基礎(chǔ)特殊轉(zhuǎn)換節(jié)受力分別為53 425 N?；贏NSYS軟件，對(duì)上支撐H型鋼單獨(dú)工作時(shí)的受力特性進(jìn)行仿真分析，結(jié)果顯示：

1）本工況下塔樓電梯高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)最大輸出應(yīng)力為80.578 MPa＜[δ]＝235 MPa，最大變形為2.143 mm，該高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)魚腹式標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和Q345H型鋼鋼梁受力特性和變形程度均滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范要求，可為轉(zhuǎn)換鋼梁提供較大的負(fù)荷承載支撐。

2）本工程多重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系高層建筑剪力墻混凝土等級(jí)為C50。因此，鋼梁及魚腹式標(biāo)準(zhǔn)節(jié)高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系傳遞至剪力墻上的實(shí)際應(yīng)力為80.578/4≈20.145 MPa＜50 MPa。經(jīng)計(jì)算，該應(yīng)力滿足各構(gòu)件穩(wěn)定性指標(biāo)要求和混凝土建筑結(jié)構(gòu)最大承載力要求。

3.2.2 工況2：上下支撐共同作用

高層建筑結(jié)構(gòu)塔樓雙籠施工電梯直通智能頂升鋼平臺(tái)頂部的最大受力為614 900 N，在這種工況之下，高位基礎(chǔ)支撐和墻體預(yù)留洞口、連梁轉(zhuǎn)換支撐的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)數(shù)量最多，此時(shí)，4根采用Q345鋼材制作的高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換H型鋼立管基礎(chǔ)特殊轉(zhuǎn)換節(jié)受力分別為153 725 N。分析結(jié)果顯示：

1）本工況下塔樓電梯高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)最大輸出應(yīng)力為161.164 MPa＜[δ]＝235 MPa，最大變形為2.143 mm，該高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)魚腹式標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和Q345H型鋼鋼梁受力特性和變形程度均滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范要求，可為轉(zhuǎn)換鋼梁提供較大的負(fù)荷承載支撐。

2）本工程多重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系高層建筑剪力墻混凝土等級(jí)為C50。因此，鋼梁及魚腹式標(biāo)準(zhǔn)節(jié)高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系傳遞至剪力墻上的實(shí)際應(yīng)力為161.164/4＝40.291 MPa＜50 MPa。經(jīng)計(jì)算，該應(yīng)力也滿足各構(gòu)件穩(wěn)定性技術(shù)指標(biāo)要求和混凝土建筑結(jié)構(gòu)最大承載力要求。

4 高層建筑塔樓電梯高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換施工實(shí)踐

4.1 高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換鋼梁安裝施工技術(shù)流程

根據(jù)不同工況下仿真分析得到的高層建筑塔樓電梯高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)受力特征，本工程項(xiàng)目選擇并制定的高層建筑塔樓電梯高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換鋼梁安裝施工技術(shù)流程具體如圖4所示。

圖4 高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)施工技術(shù)流程

4.2 高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換施工關(guān)鍵工藝

根據(jù)圖4，在實(shí)際施工應(yīng)用過程中，首先需要分2段分別安裝穿過魚腹式標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的水平防護(hù)和轉(zhuǎn)換鋼梁，然后采用全熔透技術(shù)在中部焊接水平防護(hù)和轉(zhuǎn)換鋼梁。安裝之后，需要進(jìn)一步仔細(xì)校正就位后的鋼梁，借助鋼梁支撐件調(diào)節(jié)頂部鋼梁，通過滿焊的方式使其上表層與魚腹式標(biāo)準(zhǔn)節(jié)相接觸和連接，連接固定好之后，在預(yù)埋鋼板兩端焊接H型鋼。為了確保直通鋼平臺(tái)頂部的雙籠施工電梯能夠上下穿行，需將3 650 mm 4 650 mm的電梯洞口留置于H型鋼預(yù)埋鋼板封閉層中央，同時(shí)上鋪花紋鋼板。

安裝完畢上部轉(zhuǎn)換鋼梁之后，需將轉(zhuǎn)換鋼梁底部魚腹式標(biāo)準(zhǔn)節(jié)截?cái)啵⑼ㄟ^轉(zhuǎn)換鋼梁承擔(dān)直通鋼平臺(tái)頂部雙籠施工電梯上部受力，以將其作為上部升降機(jī)的臨時(shí)基礎(chǔ)，用于轉(zhuǎn)換上部轉(zhuǎn)換鋼梁。另外，借助新安裝的吊籠將轉(zhuǎn)換鋼梁下部基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換位置中的轉(zhuǎn)換鋼梁切割截?cái)?。在此基礎(chǔ)上，以600 mm的標(biāo)準(zhǔn)間距，分別通過搭設(shè)50 mm 50 mm方通，安裝下部承重鋼梁及水平防護(hù)，將厚3 mm的花紋鋼板滿鋪于墻面預(yù)埋搭接板搭設(shè)位置中，全密封處理。

根據(jù)承重鋼梁構(gòu)造，并結(jié)合圖紙標(biāo)高，將150 mm 400 mm 30 mm及1 150 mm 1 050 mm 30 mm鋼板埋設(shè)于支撐梁兩端。與此同時(shí)，需將2根長7 900 mm、截面600 mm 300 mm 20 mm 30 mm的H型鋼擱置于支撐梁兩端，并與預(yù)埋鋼板滿焊連接。在此基礎(chǔ)上，將調(diào)節(jié)墊管和調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)分別安裝于能夠向上部標(biāo)準(zhǔn)節(jié)傳力的鋼梁上，并將調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和底部截?cái)嗖课粯?biāo)準(zhǔn)節(jié)進(jìn)行連接。

5 結(jié)語

通過在案例工程中的具體工藝應(yīng)用和實(shí)踐，表明高層建筑塔樓電梯高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)與施工技術(shù)能夠減少施工技術(shù)人員的工作任務(wù)量，加快施工進(jìn)度，保證施工效益和施工質(zhì)量。經(jīng)過高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換，拆除下部筒內(nèi)魚腹式標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，可為施工順利進(jìn)行提供良好的作業(yè)面，并為高層建筑物下部水平結(jié)構(gòu)的合理施工奠定良好基礎(chǔ)。