關于高層建筑核心筒頂模與伸臂桁架的施工應用

龔鵬

【摘要】本文以某商業中心工程施工為例，重點介紹了頂模設計、伸臂桁架安裝、伸臂桁架與鋼筋工程協同施工、伸臂桁架與混凝土結構協同施工、鍛鋼節點域模架角部開合協同施工、鍛鋼節點與模板協同施工等一系列頂模關鍵技術及工藝流程。

【關鍵詞】頂模設計;伸臂桁架;協同施工;施工技術

1、工程概況

1）?頂模設計

隨著社會發展和城市建設的日新月異，城市市區內建筑工程場地越來越狹窄，房屋建筑越來越高，而工期、造價、環保等要求卻越來越嚴，這對工程建設帶來了巨大的挑戰，也為新技術的發展與應用提供了機遇。某商業中心工程塔樓54層，裙樓4層，建筑高度270m，結構形式為巨柱框架+核心筒+伸臂桁架的筒體結構，在建設該商業中心時，采用了頂模與伸臂桁架協同施工的新技術。頂模設計如圖1所示。支撐與頂升系統支撐在核心筒剪力墻上，共設置9個支撐點，其中核心筒外墻上設置8個，核心筒中間設置1個。外墻上的支撐頂升系統由混凝土承力件，上、下支撐架以及支撐架之間的頂升油缸組成;置于核心筒內墻的一個支撐與頂升系統由上支撐箱梁、下支撐箱梁以及上下支撐箱梁之間的頂升油缸組成。

圖1??頂模構造

2）?伸臂桁架概況

某商業中心整棟塔樓共有5道巨型桁架加強層，其中3道為伸臂桁架，由內、外筒兩部分桁架組成，其中內筒伸臂桁架由上弦結構、下弦結構及腹桿構成，上、下弦桿以角部8個鍛鋼件節點為核心，通過水平弦桿、豎向腹桿貫通于核心筒外墻四周，形成穩固結構體系，桁架總高度15.2m，跨越3個結構層高。桁架豎腹桿柱截面為H型鋼，桁架上、下弦桿以及斜腹桿由雙層鋼板和連接隔板焊接成組合截面，角部節點呈“K”形布置。整個內筒伸臂桁架共計89件鋼構件，其中上弦共20件，腹桿共49件，下弦共20件，總質量約963t，最大構件為角部8個鍛鋼節點，最重達37.39t。

2、重、難點分析與對策

1）?頂模在頂層南北有4道、東西有6道貫通的主梁，其中在中間2道主梁均為雙層，總高度3.6m，跨越了伸臂桁架層，吊裝期間如何協調與模架空間關系是需要重點解決的問題。對策：利用三維建模軟件深化設計，疊合模架及伸臂桁架立面及平面關系，充分考慮塔式起重機吊重、構件運輸、模架作業層高度、鋼模位置等，并對復雜節點提出合理化建議，保證伸臂桁架結構層的順利施工。

2）?伸臂桁架結構復雜且4個角部節點含有外伸牛腿，外伸長度超過2m，模板如何支設、模架如何順利通過外伸牛腿位置是兩者協調的重要內容。對策：頂模4個角部在設計之初已考慮伸臂桁架外伸牛腿影響，將模架4個角部設置為開合機構，1～6層均可整體開合或逐層開合，可以有效地解決模架與外伸牛腿影響問題對于外伸牛腿局部支模問題，核心筒采用大鋼模板，針對4個角部外伸牛腿位置鋼模板也已考慮可以局部開啟或整體開啟，開啟后方便鍛鋼節點安裝，局部無法用鋼模板封閉的地方采用木模封閉即可。

3）?伸臂桁架安裝期間，鋼筋綁扎、混凝土澆筑同步施工，如何避免鋼筋綁扎及混凝土澆筑對伸臂桁架安裝的影響是需要重點考慮的問題。對策：鋼筋綁扎前根據模架與伸臂桁架安裝各階段關系，對伸臂桁架對接焊縫位置豎向鋼筋長度及接頭留設位置予以預先考慮，保證鋼筋接頭不會超越焊縫位置，避免對焊縫焊接造成影響。混凝土澆筑時，在模架上設置混凝土澆筑串桶，重點解決伸臂桁架節點區域混凝土澆筑問題，為避免混凝土對構件未焊接焊縫的污染，混凝土澆筑前將所有水平焊縫進行保護，并調整混凝土粗骨料級配，使用C60自密實混凝土進行澆筑。

3、施工工藝流程

由于伸臂桁架均位于核心筒外墻，故核心筒內墻鋼筋綁扎均不受伸臂桁架影響，可與伸臂桁架構件吊裝同層施工。外墻根據伸臂桁架構件與模架之間的關系，遵循先下弦、再腹桿、后上弦的階段進行，土建施工位于桁架施工層以下一個結構樓層。為保證結構施工的順利進行，施工流程中除了構件吊裝外，還需重點考慮模架頂升、鋼筋吊運方式、模板調節方法、泵管拆接、施工電梯運動加節、塔式起重機頂升等關鍵施工工序，施工工藝流程如圖2所示。各階段流程如圖3所示。

圖2?施工工藝流程

圖3?伸臂桁架施工流程

1）?第1步上支撐系統位于27F：①30F伸臂桁架部分下弦構件（共8件）安裝;②核心筒結構29F鋼筋綁扎、模板封閉、混凝土澆筑;③內墻結構進行30F鋼筋綁扎。

2）第2步上支撐系統位于28F：①30F安裝伸臂桁架剩余下弦（共12）;②同時進行核心筒30F外墻鋼筋綁扎;③內墻結構進行31F鋼筋綁扎。

3）第3步上支撐系統位于29F：①31F伸臂桁架腹桿（共49件）安裝;②核心筒30F封模澆筑混凝土;③核心筒31F外墻鋼筋綁扎，內墻剩余鋼筋綁扎。

4）第4步上支撐系統位于30F：①32F伸臂桁架部分上弦（共12件）安;②核心筒31F封模（局部補充木模板）混凝土澆筑;③內墻結構進行32F鋼筋綁扎。

5）第5步上支撐系統位于31F：①32F伸臂桁架剩余上弦（共8件）安裝;②核心筒32F外墻鋼筋綁扎;③核心筒32F封模混凝土澆筑;④伸臂桁架施工完，進入標準層施工流程

4、關鍵施工技術

4.1?分段分節施工

根據設計院設計圖紙，統籌考慮伸臂桁架自身的結構特點、模架結構體系、塔式起重機起吊能力、焊接工藝、構件制作及運輸等要求，合理確定伸臂桁架水平分段及豎向分節。深化設計階段，針對復雜節點，如鋼筋與鋼骨的接駁器連接或預留孔、機電設備管道預留孔洞、塔式起重機埋件等均需要在深化設計階段確定。

4.2?伸臂桁架與鋼筋工程協同施工

由于墻體豎向鋼筋接頭均設在樓層面以上一定距離，在伸臂桁架安裝期間若不單獨對鋼筋接頭位置及鋼筋下料長度進行深化則可能造成豎向鋼筋超過伸臂桁架構件焊縫位置，最終會對焊縫施焊造成較大困。在鋼筋綁扎與伸臂桁架協同施工中，根據伸臂桁架對接面與樓層標高之間的關系（見表1），豎向鋼筋在接頭位置以不超過桁架構件水平焊縫位置為原則。施工時，先進行下弦構件吊裝、焊接，再進行下弦下層結構鋼筋綁扎，腹桿、上弦層施工依照下弦層工序進行，保證豎向鋼筋接頭位置始終處于焊縫以下。由于構件分段分節限制，可能無法保證同一區段內鋼筋接頭面積≤50%，經與設計商議，構件對接區域的鋼筋接頭均按一級接頭進行留設，墻體其余位置按要求留設鋼筋接頭。

表1?構件水平分節位置統計

序號

伸臂桁架構件部位

分段分節距離樓層標高最小間距/mm

1

下弦構件

距離30F結構標高最小間距1200

2

腹桿構件

距離31F結構標高最小間距300

3

上弦構件

距離32F結構標高最小間距842

4.3?伸臂桁架與混凝土結構協同施工

伸臂桁架混凝土采用布置于模架頂部的2臺HG19G液壓布料機進行澆筑，由于伸臂桁架施工期間混凝土澆筑層可能位于模架最底層，為避免混凝土自由拋落高度過大產生離析等問題，在每個內筒四角和中間緊靠墻體位置設置下料串桶，串桶與模架焊接固定，串桶最下端通過短溜槽將混凝土引入待澆筑墻體內。為避免布料機移位過程中對伸臂桁架焊縫產生污染，在混凝土澆筑前還需對已安裝的構件焊縫通過粘貼膠帶進行保護，構件吊裝前再將膠帶撕除。

4.4?鍛鋼節點域模架角部開合協同施工

考慮伸臂桁架施工特殊節點，頂模在4個角部每層設計有8個開合機構，共覆蓋6層，根據現場安裝及模架頂升情況可以實現單個開啟、逐層開啟或全部開啟，模架吊裝前打開上部全部開合機構，吊裝完成后閉合上部開合機構，保證人員同層通行。模架頂升前將鍛鋼節點下部開合機構打開，保證模架順利頂升，頂升完成后及時關閉開合機構。

4.5?鍛鋼節點與模板協同施工

本工程塔樓采用鋼模板高4.8m，在設計階段也已經考慮了伸臂桁架結構與鋼模板相對位置關系，將塔樓4個角部與桁架外伸牛腿沖突的鋼模板全都設計成門扇形式，伸臂桁架結構層施工時打開，常規樓層施工時封閉。桁架鍛鋼節點吊裝前將角部鋼模板全部打開，鋼筋綁扎完成后封閉非外伸牛腿區域鋼模板，外伸牛腿區域用普通木模板封閉，混凝土澆筑完畢后鋼模板退模、木模板拆除，平臺頂升一個結構層高，進入下一個樓層施工，待伸臂桁架層全部施工完畢后鋼模板全部閉合，進入常規樓層作業施工。

4.6?鋼模板調節技術

某商業中心采用86型子母扣定型鋼模板，模板高度為4.8m，模板下掛在模架內隨模架一同頂升，為了適應伸臂桁架等非標準層施工要求，鋼模板頂部全部配置有專門的調節機構。模板調節技術在設計構造上主要有滑梁及滾輪、倒鏈葫蘆、扁擔梁、鋼模吊鏈、鋼模板等幾部分組成。整片模板調節時，由2～3個操作人員同時拉動倒鏈，將扁擔梁帶動鋼模板一同上移或下移，由此完成模板調節任務。

結語

某商業中心已經完工，通過頂模與伸臂桁架的協同施工，縮短了施工工期，保證了施工質量，節約了成本，取得了很好的社會和經濟效益，為高層建筑施工提供了參考。

參考文獻

[1]冶金工業部建筑研究總院.GB50205—2001鋼結構工程

[2]劉曙，陸建新，劉曉斌，等.深圳京基100超高層鋼結構整體變形控制技術[J].施工技術，2011，40（19）：15-26.

[3]劉曉斌，陸建新，許航，等.大型伸臂桁架與核心筒頂模協調同步安裝技術[J].鋼結構，2011，26（4）：68-71.