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超高层建筑钢平台整体提升施工技术

作者：彭畅    
时间：2020-12-16 15:40:18 [收藏]
超高层建筑钢平台整体提升施工技术彭畅[摘要]改革开放以后，中国社会经济快速增长，人民生活水平大幅度提高，高层建筑蓬勃发展，各大城市陆
    超高层建筑钢平台整体提升施工技术
    彭畅
    [摘要]  改革开放以后，中国社会经济快速增长，人民生活水平大幅度提高，高层建筑蓬勃发展，各大城市陆续兴建了大量的高层建筑。根据不完全统计，就上海而言，16 层以上高层建筑幢数已排名世界第一，目前上海就有 4000 多幢高层建筑，其中 100m 以上的超高层建筑就有 1000 多幢。目前世界上超过300m高度的高层建筑已达几十幢，国际上正在筹划的巨型建筑其高度均已超过500m。2010年竣工的迪拜塔高828m，为目前世界第一高楼；最近，韩国、日本、科威特、沙特均有建造高度超过1 000m的摩天大楼的计划。从国内外的发展来看，今后在人口密度大的亚洲地区，超高层建筑将会往1000m甚至更高的高度发展。因此本文对超高层建筑钢平台整体提升施工技术进行了研究。
     
    [关键词] 超高层建筑 整体钢平台 模板体系 施工技术
     
    1  引言
    国内超高层从建筑结构体系来讲，是按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则，来选择相应的结构体系。超高层建筑的结构类型主要有：框架--剪力墙、框支剪力墙、框架--筒体和筒中筒等结构。框架--剪力墙结构一般用于高度在 100m 以下的高层建筑。100m 以上的超高层建筑一般均采用筒体结构(包括框架--筒体)。这是由于筒体结构具有承受水平荷载的良好刚度，并能形成大空间。最近几年，随着经济条件的进一步发展，巨型框架--筒体结构在高度特别大的超高层建筑中得到了长足的发展，也可说代表了超高层建筑的一种新的发展方向。如武汉绿地中心、上海环球金融中心和金茂大厦、深圳地王大厦等都属于此类结构型式。超高层建筑现浇混凝土工程施工中主要有三个分项工程：钢筋工程，混凝土工程和模板工程。模板工程是浇筑混凝土时满足混凝土成型要求的模板及其支撑体系的总称，它是钢筋混凝土工程的重要组成部分。现浇钢筋混凝土结构用模板的造价约占钢筋混凝土工程总造价的 30％，占总用工量的 50％。因此，采用先进的模板技术，可提高工程质量，加快施工进度和降低工程成本。随着专业化施工技术的发展，高层建筑模板工程的总体发展趋向于整体化，即指具有成套装置和自身工艺体系，适应各种工程条件和施工要求的模板工程。
    整体自升钢平台模板体系（以下简称钢平台体系）是升板机整体提升钢平台模板体系的延续和发展，其研究是整个超高结构异型核心筒施工技术的核心部分，其施工质量直接影响着核心筒的成败。该体系在原有基础上对支撑系统、脚手系统、控制系统、施工工艺进行了重新研究和设计。支撑系统由原有单一的内筒外架支撑体系、格构柱支撑体系发展为利用结构劲性钢柱作为支撑体系；脚手系统由最初的钢管脚手架发展为可以重复利用的工具式悬挂脚手架；控制系统由单一的电气控制发展为由计算机控制提升的数字化控制；施工工艺由竖向结构单独施工，水平结构滞后施工，发展为根据结构要求有选择性地进行竖向和水平结构的搭接施工；同时成功地解决了模板与脚手体系空中分体组合、空中转换、脚手架内移等施工难题，为混凝土核心筒施工创造了安全的施工环境和工作平台。它随结构施工逐层自升，具有提升快捷，作业环境安全可靠，施工方便，混凝土工程质量有保证，经济性显著等一系列优点，是值得推广的超高层施工模板体系。
     
    2  超高层建筑钢平台整体提升模板体系施工技术的必要性
    目前市场竞争日益激烈，施工成本压力持续增长，如何做到模板与脚手架体系用钢量省，施工过程环保节能，创建出一个安全、高效的施工平台是个难题。此外，超高结构高度不断刷新，结构日趋复杂，不规则的平面不断涌现，要求模板系统的设计需满足不规则平面的需求，具有良好的结构体系适应性，可以满足超高施工的耐久施工，提高利用率，减少模板的浪费。在模板与脚手架施工技术研究中，目前常用的有电动整体提升脚手体系、升板机整体提升钢平台模板体系和液压爬升模板体系中，升板机整体提升钢平台模板体系因拥有安全可靠度高、载重量大和适应性高等优点，成为市场的主流。鉴于目前超高结构发展的形势，要求升板机整体提升钢平台模板体系具有更优良的结构体系适应性、可操作性和经济性。为解决这些难题，本文结合广州新电视塔工程，根据实际工程问题，开展整体自升钢平台模板体系研究，目的在于设计出一种最安全可靠、构造合理、经济高效的施工平台。3.超高层建筑钢平台整体提升模板体系施工技术3.1背景
    超高层建筑施工应选择适合本工程条件的模板体系，应能全面确保工程质量、安全、进度、成本和创新(技术发展)要求，具有现实可行性和施工把握性。整体钢平台模板体系是一种具有推广使用价值的新型模板体系，根据钢平台下受力构件及受力特点的不同，可分为内筒外架式和劲性构架式；根据钢平台提升设备的不同又可分为：液压千斤顶式、电动升板机式和电动卷扬机式或爬绳索式。内筒外架式钢平台模板体系主要包括内筒、外构架、钢平台、内外吊脚手和钢大模板几部分。筒内钢平台设置承力支柱，它起着提升钢平台的作用，承力支柱上部端头安装电动升板机，通过丝杆吊杆将上部外构架、钢平台自重及部分堆载传至支柱底座的大梁，承力支柱下部是承重底座及承重销。与承力支柱相对应的是筒体外的构架，它是承受垂直荷载和水平荷载的重要受力构件。钢平台提升到位后，即转换成外构架受力。整个施工工艺就是通过外构架(托住钢平台)和内筒的交替承力与相互提升最终达到提升整个钢平台完成浇捣混凝土的施工工艺。采用劲性构架的整体钢平台模板体系主要包括钢平台、内外吊脚手、劲性构架、动力部分和升板机。劲性构架是搁置钢平台的承重构件，浇筑在核心简墙体内，配置升板机沿劲性构架自升，然后用升板机整体提升钢平台。这种模板体系在遇有巨型外伸钢桁架时可以在高空完成解体与重组，因而较内筒外架式应用更广。
    对于钢平台的几种动力设备，液压千斤顶体积小、重量轻、操作稳妥、施工较文明，但单个穿芯千斤顶提升能力小，且只能荷载上升，不能荷载下降，对施工就位校正带来不便。电动升板机丝杆少、体积不大、提升能力大、提升缓慢而平稳，且能荷载上升与下降，对承重销进入洞口就位十分方便，是国内较成熟的建筑用大吨位提升设备。电动卷扬机的体积和自重都比较大，且钢丝绳走向较为复杂，安全操作也较困难。因而，在实际超高层建筑施工中，电动卷扬机应用较少，而液压千斤顶和电动升板机应用较多。整体钢平台体系作为我国自主研发的超高层施工技术，在技术上有着很强的适用性，在设计与施工中，首要考虑超高层建筑施工中立体作业的安全性，钢平台设计一般采用全封闭设计。根据整体钢平台体系的大堆载，采用大操作面设计，可满足大量施工材料，设备堆放的需求，解决了垂直运输对施工进度的影响。采用自动调平技术来控制钢平台的整体提升，为施工质量的控制提供了有利的保证。整体钢平台体系创造了一种新颖的超高层核心筒施工技术。 3.2整体钢平台体系构造  整体钢平台体系利用设置在混凝土筒体内的劲性格构柱承重，电动升板机提升，核心筒墙体内外整体模板都设置在钢平台上。整体钢平台体系主要由钢平台、悬挂脚手架、劲性格构柱、电动升板机及大模板组成。3.2.1钢平台  钢平台在正常施工时处于混凝土结构面的顶部，作为施工人员提供了操作平台与施工空间，以及提供了钢筋材料临时设备的周转堆场。钢平台主要作为堆载区域，上设操作机房、混凝土布料机、材料堆场、施工机具堆场等，同时设置供核心筒施工人员作业、休息控制顶升模架运行的设施及场地。钢平台由沿核心筒墙体两侧布置的联系两侧钢平台的连系钢梁作为骨架、由墙体两侧布置于骨架上面的钢平台走道板、沿钢平台外缘布置的侧向围栏构成。组成钢平台的钢梁均采用工字钢制作。钢梁与两侧钢平台采用螺栓连接，以满足拆装需要。在钢平台钢梁上安装走道板，作为操作平台。3.2.2悬挂脚手架  悬挂脚手架由吊架、上部走道板、底部走道板、底部防坠闸板、侧向围栏五部分组成。为了同时满足模板施工和清理整修功能需要，将吊架分为上下两部分。上吊架共分两步，为钢筋、模板施工区。下吊架共分三步，为拆模整修及墙面清理区。悬挂脚下架吊架立杆采用螺栓固定于钢平台的钢梁底部，随钢平台同步提升。吊架前立杆采用材料一般为钢管，以便于施工过程中采用标准扣件与其它部位进行临时连接。扁立杆多用热轧槽钢，与侧向围栏相连。上部走道板为角钢框架加钢板网组成，底层的走道板为角钢框架加花纹钢板组成。悬挂脚手架的外侧用角钢加镀锌钢丝网组成的侧挡板封闭。3.2.3格构柱
    格构柱既是施工时整体钢平台系统的承重构件，又是提升时整体钢平台系统提升的导轨。其采用格构式钢拄形式逐层向上对接，逐渐埋于核心筒混凝土墙体内。钢平台通过承重销搁置于钢格构柱上，升板机也置于钢格构柱上。钢格构柱根据墙体的厚度，选择格构柱的截面大小，并且按照其承受荷载及施工要求布置格构柱的间距。钢格构柱一般由等边角钢及缀板组成。钢平台在使用过程中，通过承重销将整体钢平台系统的荷载传递至钢格构柱。升板机在提升整体钢平台脚手模板系统时，安装在格构柱顶部，通过承重销将荷载传递至格构柱。3.2.4升板机
    升板机是提升钢平台的动力设备，施工时固定于劲性格构柱顶部。每根劲性格构柱上放置两台电动升板机，丝杆穿过升扳机并通过接套和丝杆提升座与钢平台连接。在钢平台提升状态时，升板机保持不动，通过丝杆的正向旋转带动整个钢平台提升，在钢平台提升到位后，钢平台搁置于承重销上，升板机通过丝杆反响旋转顶升升板机，将升板机顶升至合适位置，准备下一次提升钢平台。3.2.5大模板
    大模扳主要由钢面板、竖肋、主肋三部分组成，竖肋采用单根槽钢制作，主肋采用双拼槽钢制作。每块大模板顶部设有吊耳，在提升大模板时用倒链连接吊耳提升。3.3整体钢平台体系标准层施工流程
    核心筒标准段施工时，每浇捣一次混凝土，整体钢平台系统提升两次。整体钢平台系统在使用阶段，钢平台上部作为核心筒钢筋临时堆场，并在脚手架上完成钢筋绑扎、模板提升工作。在钢筋工程和模板工程结束后，在钢平台上进行混凝土浇捣施工。整体钢平台系统安装完毕，进入标准段施工。在格构柱顶部安装标准段格构柱，完成格构柱对接和焊接工作。利用支撑在格构柱的整体钢平台为支点，升板机螺杆不动，反向旋转螺帽的方式带动升板机上升。升板机沿格构柱自升到预定高度后，通过承重销搁置在格构柱上，完成升板机的第一次顶升。
    升板机搁置在格构柱上后，升板机螺杆下部与整体钢平台钢梁顶部连接，通过正向旋转螺帽的方式，提升螺杆，带动整体钢平台脚手系统上升到预定位置，通过承重销将整体钢平台脚手系统搁置在格构柱上，完成整体钢平台脚手系统第一次提升。采用同样方法完成升板机的第二次顶升，然后完成整体钢平台脚手系统第二次提升。用塔吊将作业层使用的核心筒钢筋吊至钢平台顶部，在悬挂脚手架上进行钢筋绑扎等工作。利用钢平台上的钢梁作为吊点，采用倒链将下层大模板吊住，进行大模板拆除工作。利用下层脚手架对模板表面进行清理及整修，然后用倒链提升大模板到预定位置，进行模板工程施工。
    本层模板施工完毕后，在整体钢平台顶部完成核心筒混凝土浇捣工作。在大模板提升完毕后，钢平台提升之前，完成下层混凝土墙面的修补、清理工作。再一次在格构柱顶部安装标准段格构柱，进行整体钢平台提升的下一个流程。4.结语
    本文主要介绍了整体钢平台模板体系的有关概况，根据其受力构件及受力特点的不同的分类，对整体钢平台的体系构造及施工流程描述。特别是核心筒标准段施工时，每浇捣一次混凝土，整体钢平台系统提升两次。整体钢平台系统在使用阶段，钢平台上部作为核心筒钢筋临时堆场，并在脚手架上完成钢筋绑扎、模板提升工作。在钢筋工程和模板工程结束后，在钢平台上进行混凝土浇捣施工，整个过程大大加快了施工进度。通过对钢平台体系施工技术的研究，取得了以下几个方面的结论：（1）异型核心筒模板采用异型模和角模的组合设计，采用曲线形替代曲线进行模板设计，符合结构截面以及适应截面变化需要，较好地提高模板设计精度，减少施工误差，同时兼顾模板的运输和吊装，施工操作方便，设计概念上是一种突破。（2）通过对钢平台三种支撑立柱形式的研究，重点提出在结构墙体内插入型钢的结构劲性柱支撑形式。结构劲性柱的支撑形式可减少钢平台支撑立柱一次投放的用钢量，节约材料，降低成本；且劲性柱预埋在外墙结构混凝土内，不影响水平钢筋的穿插和绑扎，是钢平台式模板与脚手架体系的发展方向。（3）钢平台体系施工中采用了超升工艺同时施工竖向、水平结构，可减少混凝土的用量、浇筑和泵送次数，降低输送管道堵泵的机率，大大提高施工工效，节约施工工期。另外竖向、水平结构同步施工的工艺可以提高结构整体性，增强整体刚度来抵抗外部荷载尤其是风荷载的影响，起到降低超高结构施工风险的作用。（4）考虑到超高结构的多样性和空间变化情况，钢平台体系在设计过程中充分考虑了高空适应性。超高结构在空间一定的高度发生变化时，该体系可通过高空拆分，分离自升的方法进行施工。这也表明在超高结构施工中，科学的模板和脚手架体系可以有效应对结构变化带来的施工难度和安全问题。（5）目前发展超高层建筑的条件较以往更加充分，人类追求高大雄伟的超高层建筑的愿望依然强烈，社会需求更加迫切，经济技术与工程技术基础日益牢固。因此，世界上尤其是亚洲的高层建筑的发展势头还将持续下去，成为高层建筑的新橱窗。而超高层建筑钢平台模板体系整体提升施工技术必将在发展中不断创新，适应新的需求。
     
    参考文献：
    ［1］ 田建强.整体提升脚手架施工技术［J］陕西建筑，2011（187）：28-31
       ［2］ 孙林荣.整体提升钢平台及其下部的斜板墙施工工艺［J］上海建设科技，2008（4）：41-43
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