超高层核心筒竖向水平结构同步施工

超高层核心筒竖向水平结构同步施工

刘萌 李根 李臣腾 岳宝树 常乐乐 康龙

中国建筑第八工程局有限公司 上海市 200112

1 引言

钢框架-核心筒结构是目前超高层建筑最广泛采用的结构形式之一，针对此种结构体系，一般都选择使用内外全爬液压爬模施工技术，这种做法技术要求高，并且因核心筒内水平结构后做，竖向墙体与水平结构连接处需处理施工缝工程量大，施工效率低、进度慢且存在较大安全隐患，且由于电梯井道高度高，传统施工操作架无法满足搭设需求。本文以5A商务办公楼等3项（通州区运河核心区Ⅳ-05号多功能用地项目）工程为例。

2 工程概况

5A商务办公楼等3项（通州区运河核心区Ⅳ-05号多功能用地项目）位于通州新城运河核心区，地上建筑分为超高层塔楼和商业裙房，超高层写字楼与商业裙房为相互独立的结构单元。超高层写字楼地上37层，主要屋面结构高度为161.90m；裙房主要功能为商业，檐口高度为23.50m。基础埋深20.60~22.30m。超高层塔楼采用钢管混凝土框架一钢筋混凝土核心筒结构体系，楼盖采用钢梁+混凝土组合楼板体系。

3 工艺原理

核心筒采用外爬内支的方式，核心筒所有墙体均采用铝合金模板体系，其中楼梯间及局部电梯井等有楼板部位为铝合金模板早拆支撑体系；其余均借助液压爬模架进行上下层模板自爬升。工具式电梯井道操作平台主要分为三种：电梯井物料平台液压爬模架、电梯井自翻牛腿式操作平台、电梯井自卡式操作平台。

4 施工操作要点

4.2 操作要点

4.2.1 爬模+铝合金模板深化设计及平面布置

1 核心筒液压爬模系统平面布置

水平结构与竖向结构同步施工，核心筒外爬与部分电梯井采用液压爬模体系施工，共布置30个液压爬模架机位，6组架体。液压爬模架在核心筒地上2层结构完成后开始安装，地上3层开始使用。施工完24层时结构发生变化，24层施工完毕后拆除4-15号机位：其中4-5、14-15号机位在地面解体后重新拼装，安装在24层墙体；7-12号机位在地面解体后重新拼装，26层施工完毕后进行二次安装，37层施工完毕后拆除25-30号机位。

2 液压爬模与铝合金模板结合施工

1）外墙液压爬模体系与铝模连接节点

外墙液压爬模自身有退模装置，需要将铝模与退模装置进行连接，每个机位都有三处与铝模板固定和一处辅助连接，保证铝模板与架体连接牢固，不发生错位。四处连接分别为每个机位三组模板钩与模板上数第2、5、6道背楞连接及在铝模上数第三道背楞下方由槽钢焊接而成的背楞托住，并设置挡块防止模板滑出，一处辅助在铝模上数第5道背楞下方设置槽钢焊接而成的背楞，保证模板和退模机构紧紧贴合。

2）液压爬模体系预埋位置铝模处理措施

墙体两侧都采用液压爬模体系施工时，铝模板均需拼装成整体，为了保证该墙体爬模预埋，需要在铝模板上留孔洞。

3 液压爬模体系与塔吊的结合施工

1）塔吊的布置

本工程配置平臂塔吊，由于塔吊布置在主楼外框，不会与核心筒爬模在水平方向上发生冲突。由于本工程塔吊附着在核心筒，液压爬模机位的布置需避开塔吊锚固位置，使液压爬模导轨与塔吊锚固不发生冲突，液压爬模预埋如与塔吊埋件冲突须在塔吊埋件上开孔保证液压爬模的预埋。

2）塔吊、钢结构、爬模三者的关系

爬模、塔吊和钢柱配合施工的规则如下：保证架体最顶端不会碰撞到塔吊平衡臂及配重的前提下，架体爬升至指定位置，当架体爬升到位后，需保证模板上口低于钢柱顶标高，便于浇注墙体混凝土及钢柱的安装及焊接。此时架体最底部需高于塔吊锚固位置，然后安装塔吊最上道锚固。本工程1-12层核心筒四角有牛腿伸出墙面，架体平台及部分连系梁需在牛腿位置进行断开，保证液压爬模的顺利爬升。

4 液压爬模体系与施工电梯的结合施工

工程水平结构与竖向结构同时施工，无需直接进入爬模体系，也无需目配置下挂逃生梯体系，人员通过电梯进入核心筒内水平结构结构，通过楼梯进入核心筒爬模各个施工作业面。

5 爬模体系照明系统

爬模照明设置如图所示，所有线路都必须穿绝缘套管照明采用36V安全电源，灯具采用LED节能灯，间距5m，每组爬模架之间的电源采用插座连接，爬升前将电源连接插头拔掉，以防将电源线拉断。照明电源引自楼层二级电箱FXC9-3。爬架垂直方向共设置5道照明，确保夜间照明。

6 液压爬模体系混凝土养护喷淋系统

爬模混凝土保养用水管道设置在爬模上数第三层绑筋平台及主平台下口各设置一道，距墙面450mm的位置，主管道采用￠32PVC水管，可调角度喷雾水龙头,间距1.2m,每组爬架间采用软管连接，在爬架爬升时将接头拆开，爬升完成后再连接起来使用。爬模上水源由楼层施工管道提供。

7 辅助支撑设置

液压爬模部分结构连梁对应位置需施工辅助墙体或辅助支撑，来保证预埋套管预埋和附墙装置的安装。

4.2.2 铝合金模板深化设计

1 顶板模板设计

楼面顶板标准尺寸500×1200mm，局部按实际结构尺寸配置。楼面顶板型材高65mm，板面4mm厚。楼面顶板横向间隔≤1200 mm设置一道150mm宽铝梁龙骨，铝梁龙骨纵向间隔≤1200mm设置快拆支撑头（流星锤）。

2 洞口预留节点设计

顶板铝合金模板深化时，须提前考虑风井洞口、放线洞及泵管洞口，在顶板配模综合布置，并设计采用洞口加固模板和定型铁盒子进行安装，保证结构一次成型。

3 顶梁模板设计

梁模板按实际结构尺寸配置，梁底设铝梁支撑，支撑间铺板，梁底支撑铝梁100mm宽，销钉孔按照间距50mm均匀排布。

4 板厚变化时梁侧板的处理

核心筒两侧板配置标准板和调节板，当有楼板时，梁侧板上方接楼面C槽，楼面C槽竖直方向宽度为150mm。

4.2.3 支撑体系深化设计

1 梁板模板深化设计

梁板支撑系统采用铝合金模板早拆系统，立杆选用轮扣式可调钢支撑，立杆间设水平轮扣横杆，底部支撑间距最大不大于1300×1250mm，标准层设置两道水平拉杆，拉杆起步高度1000mm，步距1850mm。其中层高较大的避难层施工时，在钢支撑上部增加一道钢管横杆，用扣件锁紧，钢管扣件做法步距不大于1.2m。

梁底可调钢支撑，当梁宽不大于350mm时，梁底早拆头由一根可调钢支撑支撑；当梁宽为350～700mm时，梁底早拆头由两根可调钢支撑支承；当梁宽大于1000mm时，梁底早拆头由三根可调钢支撑支承。

2 楼梯模板深化设计

楼梯采用滞后一层施工的做法，为保证浇筑效果，铝模楼梯采用封闭式梯模，踏面有盖板，预留振捣口、透气孔，浇筑方便。楼梯模板包括踏步模、底模、底龙骨、墙模、狗牙模、侧封板等组成部分。

3 电梯井模板深化设计

楼梯间、电梯井、采光井等位置竖向模板按照无顶板墙体来配模，需要注意的是其上方需用配套63×40×4mm角铁对其中部及四角进行加固，根据不同井道净深，其中间部位加固角钢布置间距不大于1.5m，以保证电梯井尺寸。

4 结构降板模板深化设计

结构遇降板部位，采用30×50方钢和L60×40角钢结合专门设计缩进式降板边框，通过螺栓与铝模连接固定，成型效果好，质量有保证。

4.2.4 电梯井物料平台液压爬模架

电梯井物料平台液压爬模架，布置于核心筒内；该形式爬模架提供了支模和暂时放置物料的平台，主平台布满整个布置机位的空间，其共覆盖四个层高，架体共有七层操作平台，从上至下分别为：上两层为绑筋操作平台，可借助此层平台放置和绑扎钢筋；中层为支模操作平台，可在此平台上完成合模、拆模、清理模板等工作；下层为爬升操作平台；最底两层为拆卸清理维护平台。物料平台可带其所在筒的四侧模板爬升，当物料平台所在筒的混凝土达到脱模要求后，将模板脱模，此时借助物料平台的上层操作平台绑扎上层墙体钢筋，当上层墙体钢筋绑扎完毕后爬升物料平台，将物料平台爬升至上一施工层。此架体顶层平台上施工荷载为500Kg/m2，可用于暂时放置钢筋，当电梯井物料平台液压爬模进行爬升作业时要将堆放在平台上的钢筋及其他物料吊走，待爬升完毕后方可再进行堆放。

由于核心筒内爬模需要携带电梯井筒内多侧模板一同爬升，则无法设置与外墙相同的退模机构，需要采用手动葫芦悬挂模板。爬模体系设置手动葫芦吊点时尽量保证模板靠近墙体，并悬挂安全绳，如图所示，葫芦与铝模板附加竖向背楞上的吊钩连接，满足现场实际施工要求。

4.2.5 电梯井自翻牛腿式操作平台

1 平台设计

根据电梯井道尺寸，钢平台每边与电梯井墙体距离60mm（40～60mm）。

2 钢平台总装

整个钢平台装置由槽钢、钢板等钢质材料焊接而成。包括钢平台梁（主梁、次梁）、钢平台板（钢板）、钢平台支腿、吊环（需采用冷弯成型，严禁热弯）等构件。

总装图如下：

图4.2.5-1 钢平台总装图

3 钢平台加工制作

1）钢板与次梁（8#槽钢）依照每0.5m设置焊接点，每个焊接点焊缝长度为5cm，焊缝采用直角角焊缝进行焊接，焊缝高度为4mm进行焊接。次梁间距根据电梯井实际尺寸调整。

钢平台板在支腿上方位置做成活动可翻盖板，采用钢制合页通过焊接连接盖板与平台板，盖板四周应大于平台洞口20mm，以避免盖板下落。盖板可以避免混凝土浇筑等工序污染支腿。

2）主梁（16#槽钢）与次梁（8#槽钢）搭接处采用双面满焊，焊缝采用直角角焊缝，焊缝高度为4mm 进行焊接。

3）支腿限位与主梁焊接，焊缝采用直角角焊缝，双面满焊，焊缝高度不低于6mm。

4）为加强支腿处焊缝强度，16#支撑槽钢（支腿限位）与主梁16#槽钢焊接处增设12mm厚的三角加强钢板，加强钢板与主梁16#槽钢及16#支撑槽钢用直角焊缝进行焊接，焊缝高度不低于6mm。

5）主梁与支腿型钢钻40mm 孔，用36mm 的双头高强螺柱作为支撑轴，双头高强螺柱两侧采用配套双螺母与垫片进行锁紧，螺母以外露出至少五个丝扣。导轮采用钢制，安装方式根据采购成品样式自行确定,但需保证导轮与井壁之间留有30mm 间隙，防止提升过程中因井壁施工误差卡住钢平台。支腿安装完毕后，在支腿尾部与支腿限位槽钢上焊接铁环，将支腿自翻转拉簧挂在铁环上。

6）焊接吊钩，吊钩采用直径20 的HPB300 圆钢冷弯制成，在平台钢板开孔穿过，与主梁16#槽钢焊接，焊接方式采用双面焊满焊，焊缝长度为16cm。

7）在平台四周焊接钢导轮，防止平台与电梯井壁碰撞。

8）表面去除锈迹、油污、尘土等，涂刷防锈漆。

4 钢平台安装

1）钢平台加工完成后，将成品钢平台运至工程施工现场，按照《钢结构质量验收规范》GB50205共同进行验收，验收合格后方可投入使用。

2）钢平台吊入或提升时，必须待电梯井筒壁混凝土强度达到混凝土设计强度75%（约7 天）后才可以吊入。

3）起吊前，应清除钢平台上的杂物，检查固定吊钩是否紧固，有无开焊，钢丝绳的卡扣是否紧固，保证吊环和塔吊钢丝绳绑扎牢固，钢丝绳长度相等，保持平台平衡。适当调整塔吊钢丝绳的长度，保证所有吊环同时受力。

4）起吊时平台上严禁有人和堆放物品，清除电梯井道内所有影响平台吊装的障碍物。

5）信号工、塔吊司机紧密配合，吊装时先进行试吊，确认安全无障碍后再正式起吊。

6）平台吊至距楼板500mm 时，需人工将平台支腿从操作平台盖板处抬起，使支腿转动至电梯井道墙壁内范围，方可使钢平台顺利进入井道。钢平台下降至预留洞顶以上400mm左右时，钢平台支腿将自动伸入预留洞中，随后将平台落定，平台落定后在四周打好木楔进一步稳定电梯井操作钢平台。

7）平台稳定后，应采用覆盖措施将平台支腿及导轮进行覆盖，以防止混凝土施工时散落的混凝土等杂物污损导轮，影响钢平台的正常使用。

5 平台使用

1）平台第一次吊入后应进行荷载试验，钢平台上加载35KN 左右的荷载（约3.5t），安全无问题后方能投入正常使用；

2）平台在使用过程中，施工总荷载不得超过允许施工荷载。

3）电梯井墙体模板应先支筒外侧模板，再支内侧模板，随即将穿墙螺栓紧固，尽量减少模板在平台上的滞留时间。

4）为了电梯井钢平台使用安全，平台上严禁集中堆料；

5）本层施工完成，清理平台上杂物确认安全后，方可将平台提升至上一层固定就位。提升使用塔吊，信号工、塔吊司机紧密配合，先进行试吊，确认安全无障碍后再正式起吊。

6）提升到位后，如有支腿未能自行伸入预留洞口，采用人工转动平台支腿伸入预留洞口，木楔固定平台。

4.2.6 电梯井自卡式操作平台

1 平台设计及计算

1）吊环采用φ20（未经冷拉Ⅰ级钢）与平台支撑上槽钢焊接。平台支撑采用14#工字钢焊接成三角形。

2）电梯井道尺寸为2.7m×2.7m，此尺寸为结构净空尺寸，平台加工尺寸应在此尺寸基础上缩尺制作（东西每侧缩尺2cm，南北每侧缩尺5cm），平台四周采用80*80*5方钢管与3mm*2500mm*2660mm厚Q235B花纹钢板进行焊接。杆件间焊缝均为角焊缝围焊，相对于平台顶,花纹钢板四周各预留5mm采用@100同方管花焊，花纹钢板同底部方管采用@100花焊。

2 平台加工

根据标准层电梯井道尺寸、结构层高，确定钢平台尺寸。承重三角架采用14#工字钢焊接制作，操作平台架体采用80*80*5方钢管与3mm*2500mm*2660mm厚Q235B花纹钢板进行焊接。

3 操作平台安装

采用塔吊吊装钢平台，将钢平台从电梯井道吊运至施工层的下一层，将平台下部L 型支腿卡到施工层下一层楼板面，上部操作平台卡到施工层下一层的电梯井剪力墙面上，并搭设到预留的牛腿槽钢上，操作平台与剪力墙之间的缝隙采用木楔固定。

4 操作平台使用

安装完成后组织验收，查看安装是否正确，木楔是否卡紧，确认安全后方可投入使用。施工层混凝土浇筑完成，墙柱模板拆除之后，采用塔吊将钢平台从下往上调运，重复以上操作。

5 结语

超高层核心筒竖向水平结构同步施工技术在5A商务办公楼等3项工程的应用，降低模板安装难度、加快施工进度，提高施工安全系数，节约了成本，较一般内外全爬液压爬模施工技术，减少了竖向墙体与水平结构连接处处理施工缝工程量，减少了模架材料投入，缩短了施工工期。成功解决了超高层施工模板难题，模板安装质量易控制，结构成型质量控制良好。解决了诸多施工不便带来的难题并且对提高施工工效降低工程成本都有很大的帮助对今后同类型施工具有指导意义。