超高層建筑基于頂模施工條件的應(yīng)急疏散通道研究

田喜勝 楊 鑫 馮 吉 羅映雕 張步月

中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司 湖北 武漢 430074

低位頂升鋼平臺(tái)模架體系作為一種高效的施工系統(tǒng)，集成了鋼平臺(tái)及其支撐系統(tǒng)、掛架及防護(hù)系統(tǒng)、鋼模板系統(tǒng)、液壓動(dòng)力系統(tǒng)以及智能電控同步頂升系統(tǒng)。在系統(tǒng)內(nèi)部可以同時(shí)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)安裝、鋼筋綁扎、混凝土澆筑，從而形成三層立體交叉施工，既保證了施工安全又提高了工效。低位頂升鋼平臺(tái)模架系統(tǒng)已經(jīng)在各地多個(gè)高層建筑項(xiàng)目的施工中進(jìn)行了應(yīng)用[1-4]。

本研究是基于核心筒施工采用低位頂升鋼平臺(tái)模架體系進(jìn)行的拓展。低位頂升鋼平臺(tái)模架施工環(huán)境下，存在僅施工豎向結(jié)構(gòu)，樓梯無法跟進(jìn)施工，核心筒上部作業(yè)層施工人員無法通過別的途徑到達(dá)水平結(jié)構(gòu)施工層等問題[5-8]。

低位頂升鋼平臺(tái)模架施工條件下，施工人員僅能通過施工電梯直達(dá)頂模作業(yè)層，施工電梯的2個(gè)轎廂一次最多運(yùn)送16名（不含司機(jī)）工人下樓，如果施工電梯損壞或上部作業(yè)層內(nèi)發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)，大量施工人員無法快速疏散，后果將是災(zāi)難性的。

如果能將某井筒內(nèi)的水平結(jié)構(gòu)與豎向結(jié)構(gòu)同步施工，這部分水平樓板上可搭設(shè)鋼管架樓梯，即可實(shí)現(xiàn)上部作業(yè)人員應(yīng)急疏散的目的。

相較于目前新興的磁力緩降裝置，同步施工水平結(jié)構(gòu)與豎向結(jié)構(gòu)的方法可快速疏散施工人員，施工簡(jiǎn)便，成本低，具有較好的推廣意義。

1 工程概況

重慶化龍橋超高層項(xiàng)目二期塔樓建筑高度為458 m，結(jié)構(gòu)形式為外鋼框架＋核心筒，核心筒面積約1 220 m2，呈梭形（圖1），核心筒四個(gè)角均設(shè)置角柱，并通過梁板與墻體相連。

圖1 核心筒典型平面示意

本工程核心筒豎向結(jié)構(gòu)采用低位頂升鋼平臺(tái)模架體系施工，核心筒豎向結(jié)構(gòu)領(lǐng)先外框水平結(jié)構(gòu)10～15層。核心筒與角柱之間的水平結(jié)構(gòu)（圖1中陰影部分）隨豎向結(jié)構(gòu)同步施工。

2 疏散樓梯設(shè)計(jì)思路

2.1 同步施工井筒選擇

若某井筒內(nèi)未設(shè)置支撐箱梁、立柱等，即保證了水平結(jié)構(gòu)不會(huì)阻擋箱梁的提升，且該井筒滿足至少一面與外掛架連通的條件，則施工人員可通過外掛架進(jìn)入拆模層拆除模板，同時(shí)在低位頂升鋼平臺(tái)模架體系桁架層安裝1臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)，利用水平結(jié)構(gòu)上的預(yù)留孔洞將周轉(zhuǎn)架料提升。該預(yù)留孔洞也為疏散樓梯的搭設(shè)提供了條件，發(fā)生緊急情況時(shí)，施工人員可從外掛架行走至核心筒水平結(jié)構(gòu)，通過疏散樓梯逃生。

2.2 局部水平結(jié)構(gòu)與豎向結(jié)構(gòu)同步施工

在滿足上述條件的井筒內(nèi)，搭設(shè)支模架施工水平結(jié)構(gòu)，水平結(jié)構(gòu)的標(biāo)高與豎向結(jié)構(gòu)保持同步，水平結(jié)構(gòu)周轉(zhuǎn)架料配置3層，利用水平結(jié)構(gòu)上的預(yù)留洞和安裝在桁架層上面的卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行架料周轉(zhuǎn)，工藝原理如圖2所示（此狀態(tài)為低位頂升鋼平臺(tái)模架體系頂升完成）。

圖2 設(shè)計(jì)原理示意

水平結(jié)構(gòu)與豎向結(jié)構(gòu)同步施工，將會(huì)增加架料周轉(zhuǎn)工序，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，外掛架多設(shè)置一層，以起到保護(hù)屏障的作用。

3 技術(shù)分析

3.1 頂模、塔吊、電梯部署與頂模掛架設(shè)計(jì)

低位頂升鋼平臺(tái)模架體系、電梯、塔吊設(shè)計(jì)前，對(duì)低位頂升鋼平臺(tái)模架體系、塔吊的支撐箱梁、施工電梯進(jìn)行周全考慮。一方面滿足低位頂升鋼平臺(tái)模架體系、塔吊支撐梁布置的要求，另一方面盡可能多地預(yù)留出獨(dú)立井筒為水平結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造條件。

同時(shí)，對(duì)同步施工井筒的外掛架增設(shè)2步掛架，施工人員從新增的掛架行走至水平結(jié)構(gòu)拆模層進(jìn)行拆模和建筑渣土清理。

本工程低位頂升鋼平臺(tái)模架體系設(shè)計(jì)時(shí)保證整體穩(wěn)定性及足夠的抗傾覆能力，確定支撐箱梁的布置支點(diǎn)位置及數(shù)量，支點(diǎn)對(duì)稱設(shè)計(jì)組成規(guī)則的六邊形。

在現(xiàn)場(chǎng)布置時(shí)，將2臺(tái)內(nèi)爬塔吊支撐箱梁與低位頂升鋼平臺(tái)模架體系箱梁集中布置，留出盡可能多的可同步施工井筒（圖3）。

圖3 頂模支點(diǎn)、塔吊電梯、同步施工樓板相對(duì)位置關(guān)系

3.2 水平結(jié)構(gòu)隨豎向結(jié)構(gòu)同步施工

在低位頂升鋼平臺(tái)模架體系下，豎向結(jié)構(gòu)施工流程較為簡(jiǎn)單，鋼筋綁扎及埋件等工序完成后經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收通過后即可開始頂升作業(yè)，頂升完成后同時(shí)開始進(jìn)行混凝土澆筑和下一層鋼筋綁扎，此為一個(gè)施工流水。

在加入水平結(jié)構(gòu)施工后，豎向結(jié)構(gòu)與水平結(jié)構(gòu)同步澆筑混凝土，相比豎向結(jié)構(gòu)，水平結(jié)構(gòu)混凝土澆筑完成后還需要搭設(shè)下一層結(jié)構(gòu)的支模架。為不影響豎向結(jié)構(gòu)施工速度，混凝土澆筑到下一層豎向鋼筋綁扎完成這段時(shí)間內(nèi)，需要完成下一層水平結(jié)構(gòu)支模架搭設(shè)、模板安裝、鋼筋綁扎工序。

工法實(shí)施時(shí)先行澆筑水平結(jié)構(gòu)處的豎向結(jié)構(gòu)混凝土，再澆筑水平結(jié)構(gòu)處的混凝土，使水平結(jié)構(gòu)混凝土盡快達(dá)到強(qiáng)度以便于搭設(shè)支模架。同時(shí)在這段時(shí)間內(nèi)增加或調(diào)撥水平結(jié)構(gòu)部位的勞動(dòng)力，僅需2 d時(shí)間即可完成上述工序，不增加核心筒整體施工工期。

以低位頂升鋼平臺(tái)模架體系鋼模板上口初始位置在n層為例，其具體施工流程如圖4所示。

圖4 水平結(jié)構(gòu)與豎向結(jié)構(gòu)同步施工流程

3.2.1 頂模頂升

待水平與豎向結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎、各類預(yù)留預(yù)埋完成并驗(yàn)收通過后，開始頂升作業(yè)。

低位頂升鋼平臺(tái)模架體系頂升作業(yè)是指在核心筒上層鋼筋綁扎完成、門洞口模板支設(shè)完成以及其他結(jié)構(gòu)施工工序完成后，低位頂升鋼平臺(tái)模架體系由當(dāng)前位置提升至指定高度，將模板及掛架等功能構(gòu)件提升到指定位置的工序。就該體系而言，包含了模架體系頂升準(zhǔn)備、頂升作業(yè)、下箱梁提升作業(yè)、安全防護(hù)恢復(fù)、下次頂升準(zhǔn)備幾項(xiàng)工序。

3.2.2 混凝土澆筑與豎向結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎

頂升完成后鋼模板位于Ln層，加固鋼模板后開始澆筑Ln-1～Ln層豎向結(jié)構(gòu)與Ln層水平結(jié)構(gòu)混凝土，同時(shí)綁扎Ln～Ln＋1層豎向結(jié)構(gòu)鋼筋。低位頂升鋼平臺(tái)模架體系下，混凝土澆筑和豎向結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎互不影響。

3.2.3 水平結(jié)構(gòu)支模架拆模、支模架周轉(zhuǎn)

水平結(jié)構(gòu)混凝土達(dá)到規(guī)范要求的強(qiáng)度后開始搭設(shè)水平結(jié)構(gòu)支模架。當(dāng)Ln層水平結(jié)構(gòu)混凝土澆筑12 h后即可達(dá)到要求，此時(shí)可以進(jìn)行核心筒水平結(jié)構(gòu)（Ln-3～Ln-2層）拆模和轉(zhuǎn)運(yùn)工序。利用安裝在桁架層上的卷揚(yáng)機(jī)吊裝Ln-3～ Ln-2層周轉(zhuǎn)架料。此時(shí)Ln～Ln＋1層豎向結(jié)構(gòu)鋼筋已經(jīng)綁扎完成50%。

由于水平結(jié)構(gòu)周轉(zhuǎn)材料吊裝和疏散樓梯搭設(shè)的需要，水平結(jié)構(gòu)上需要留設(shè)1.2 m 1.2 m左右的洞口，洞口四周應(yīng)加設(shè)封邊梁，并預(yù)留水平鋼筋待后期修補(bǔ)時(shí)使用。

3.2.4 水平結(jié)構(gòu)支模架與疏散樓梯搭設(shè)

當(dāng)材料轉(zhuǎn)運(yùn)至已經(jīng)澆筑混凝土的Ln層上時(shí)，搭設(shè)Ln＋1層水平結(jié)構(gòu)處的支模架和模板，同時(shí)進(jìn)行Ln-3～Ln-2層疏散樓梯搭設(shè)，并安裝臨邊安全防護(hù)。此時(shí)Ln～Ln＋1層豎向鋼筋已經(jīng)綁扎完成80%以上。

3.2.5 鋼筋綁扎完成、頂模頂升

當(dāng)Ln～Ln＋1層豎向結(jié)構(gòu)鋼筋與Ln＋1層水平結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎完成、埋件安裝完成后，通知監(jiān)理驗(yàn)收。驗(yàn)收通過后進(jìn)行頂模頂升工序，進(jìn)入下一結(jié)構(gòu)層的施工。

4 安全質(zhì)量控制

4.1 安全控制要點(diǎn)

1）對(duì)施工人員進(jìn)行交底，嚴(yán)禁破壞裝配式掛架網(wǎng)片。

2）對(duì)施工人員進(jìn)行交底，要求禁止在水平結(jié)構(gòu)施工區(qū)域的掛架上堆碼任何材料，防止意外發(fā)生時(shí)人員無法迅速通過疏散樓梯撤離。

3）選用檢測(cè)合格的卷揚(yáng)機(jī)作為水平結(jié)構(gòu)周轉(zhuǎn)架料吊裝設(shè)備，操作人員需持操作證書上崗作業(yè)。

4）采用合適大小的料斗，周轉(zhuǎn)架料一律通過料斗進(jìn)行吊裝。

5）疏散樓梯搭設(shè)前必須編制專項(xiàng)方案并經(jīng)審批交底后實(shí)施，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況考慮疏散樓梯的搭設(shè)方案，經(jīng)驗(yàn)收后可投入使用。

6）定期組織工友進(jìn)行應(yīng)急演練，讓在頂模內(nèi)施工的工友熟悉疏散通道的位置與應(yīng)急處置。

4.2 質(zhì)量控制要點(diǎn)

混凝土強(qiáng)度等級(jí)控制：由于核心筒水平結(jié)構(gòu)和豎向結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不同且差異較大，必須控制二者混凝土強(qiáng)度等級(jí)。豎向結(jié)構(gòu)混凝土澆筑完成后再澆筑水平結(jié)構(gòu)混凝土。

5 結(jié)語

1）針對(duì)重慶化龍橋超高層項(xiàng)目二期塔樓核心筒結(jié)構(gòu)形式，對(duì)頂模、塔吊、電梯進(jìn)行綜合部署，將核心筒南北兩端的水平結(jié)構(gòu)與豎向結(jié)構(gòu)同步施工，水平結(jié)構(gòu)施工并未占用豎向結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵時(shí)間，提高了低位頂升鋼平臺(tái)模架體系綜合施工效率。

2）在同步施工的水平結(jié)構(gòu)上使用鋼管搭設(shè)疏散樓梯，疏散樓梯搭設(shè)進(jìn)度與頂模保持一致，為低位頂升模架體系的緊急疏散提供了切實(shí)可行的思路。

3）在塔樓核心筒施工過程中，曾發(fā)生施工電梯損壞而無法上下的情況，并且樓梯未跟進(jìn)施工，項(xiàng)目部組織施工人員由南北兩端通過疏散樓梯上下，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果良好。

更好的解決辦法是在以后同類型工程中，通過優(yōu)化低位頂升鋼平臺(tái)模架體系支撐箱梁支點(diǎn)及塔吊支撐梁的布局，可以為樓梯井筒設(shè)計(jì)如上所述的同步施工體系，從而實(shí)現(xiàn)直接將樓梯作為疏散通道的功能。