超高層建筑核心筒外爬內(nèi)支綜合施工技術(shù)

1 工程概況

某大型城市綜合體項(xiàng)目總建筑面積23.25萬(wàn)m2，由兩棟超高層主樓和兩棟裙樓組成。A座主樓地上45層，結(jié)構(gòu)高度203.95 m，B座主樓地上32層，結(jié)構(gòu)高度149.95 m。兩棟主樓均為框架核心筒結(jié)構(gòu)，外框架由鋼管混凝土柱、鋼結(jié)構(gòu)樓層梁及鋼筋桁架樓層板組成，核心筒豎向結(jié)構(gòu)為型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，水平結(jié)構(gòu)為混凝土結(jié)構(gòu)。

A座核心筒幾何外形為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)約37 m、寬約13.5 m，單層建筑面積約500 m2，標(biāo)準(zhǔn)層層高有4.2、4.35、4.5 m三種，避難層層高為5.1 m。

B座核心筒幾何外形同為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)約33.4 m，寬約12.9 m，單層建筑面積約430m2，標(biāo)準(zhǔn)層層高有4.2、4.5 m兩種，避難層層高為5.4 m。

2 核心筒施工方案

超高層核心筒結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)施工方法為水平結(jié)構(gòu)與豎向結(jié)構(gòu)分開(kāi)，內(nèi)墻、外墻等豎向結(jié)構(gòu)均采用液壓爬模施工，水平結(jié)構(gòu)滯后豎向結(jié)構(gòu)施工。

本工程核心筒面積450 m2左右，結(jié)構(gòu)高度在200 m左右，核心筒豎向結(jié)構(gòu)與水平結(jié)構(gòu)同步施工時(shí)，核心筒結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度基本與外框結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度一致，或稍快于外框結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度，不會(huì)對(duì)外框結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度形成制約，在綜合考慮進(jìn)度、質(zhì)量、安全和成本的情況下，創(chuàng)新采用“外爬內(nèi)支”的綜合施工技術(shù)。

外墻外側(cè)采用液壓爬模＋大鋼模板施工，外墻內(nèi)側(cè)、內(nèi)墻兩側(cè)、樓梯、連梁梁底、洞口堵頭板等均采用鋁合金模板施工，各電梯部位采用在井道內(nèi)安裝液壓爬模架聯(lián)動(dòng)墻面模板進(jìn)行自爬升施工，水平結(jié)構(gòu)采用鋁合金模板+早拆支撐體系施工。

2.1 液壓爬模體系的選擇及應(yīng)用

1）外墻液壓爬模體系[1]。核心筒外墻結(jié)構(gòu)連梁跨度較大，為盡可能避開(kāi)洞口布置液壓爬模機(jī)位，A、B座核心筒模板外墻外側(cè)選用JFYM150型液壓爬模體系，該體系爬模架可帶墻體一側(cè)大模板同步爬升，平臺(tái)寬度2.8 m，架體總高17.06 m，可覆蓋3.5個(gè)層高，架體共有6層操作平臺(tái)，施工荷載限值為4 000 kN/m2。見(jiàn)圖1。

圖1 外墻液壓爬模體系

墻模板選用JD-86系列大鋼模板，面板為6 mm厚鋼板，豎向背楞及邊框采用8#槽鋼，橫向背楞采用10#槽鋼，加強(qiáng)背楞采用雙向加強(qiáng)槽鋼。

2）受電梯井道凈寬限制，核心筒內(nèi)采用電梯井物料平臺(tái)JFYM100型液壓爬模體系，該體系爬模架提供了支模和暫時(shí)放置物料的平臺(tái)，共覆蓋4個(gè)層高，架體共有7層操作平臺(tái)。施工荷載限值為5 000 kN/m2。見(jiàn)圖2。

圖2 電梯井爬模體系

2.2 鋁合金模板體系的選擇及應(yīng)用

鋁合金模板體系[2]主要包括模板系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、緊固系統(tǒng)及附件系統(tǒng)。

水平結(jié)構(gòu)鋁合金模板支撐體系采用輪扣式快拆體系，墻體、樓梯、頂板鋁合金模板系統(tǒng)均配套提供一層，快拆支撐架體非冬施階段配套提供三層，冬季施工階段配套提供四層。

3 外爬內(nèi)支體系優(yōu)點(diǎn)

超高層核心筒結(jié)構(gòu)“外爬內(nèi)支”的模架體系，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）水平、豎向結(jié)構(gòu)同時(shí)施工，避免水平結(jié)構(gòu)鋼筋預(yù)留預(yù)埋，減少質(zhì)量隱患；

2）水平結(jié)構(gòu)采用鋁合金模板早拆體系，豎向結(jié)構(gòu)采用爬模及鋁合金模板，施工質(zhì)量得到有效保證的同時(shí)，可加快施工進(jìn)度，減少模架資源投入；

3）降低豎向結(jié)構(gòu)模板安裝難度、加快施工進(jìn)度，提高施工安全系數(shù)；

4）外墻內(nèi)側(cè)及有頂板部位的內(nèi)墻不需設(shè)置液壓爬模，節(jié)約成本。

4 模板及支撐體系設(shè)計(jì)

4.1 墻體模板設(shè)計(jì)

4.1.1 墻體大鋼模板設(shè)計(jì)

A座、B座標(biāo)準(zhǔn)層高最高均為4500mm，均按4500mm層高進(jìn)行模板設(shè)計(jì)。模板高度為4 583 mm，下包63 mm，選用L100 mm×63 mm不等邊角鋼與鋼模板邊框進(jìn)行鉸接，墻體截面變化時(shí)拆除，上包20 m，保證結(jié)構(gòu)層間接茬的成型質(zhì)量。見(jiàn)圖3。

圖3 核心筒大鋼模板設(shè)計(jì)

4.1.2 墻體鋁合金模板設(shè)計(jì)

1）墻體模板設(shè)計(jì)寬度主要為 250、300、350、400 mm，長(zhǎng)度主要為3 850、3 900 mm；模板型材高65 mm，鋁板材厚4 mm，連接銷(xiāo)釘孔按照間距50 mm均勻排布。

2）墻體上部無(wú)頂板區(qū)域設(shè)300 mm寬的承接模板（K板），起到樓層之間的模板轉(zhuǎn)換和保證墻體接茬部位質(zhì)量作用。

3）墻模板背面按照鋁合金剛度設(shè)計(jì)，設(shè)置7道背楞，背楞設(shè)置起步高度200 mm，背楞材料為雙拼8#槽鋼。

4.1.3 鋼鋁組合模板對(duì)拉螺栓設(shè)計(jì)

核心筒鋼模和鋁模板配置充分考慮結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)，外墻模板加固采用?24 mm螺桿，內(nèi)墻采用?18 mm螺桿，螺桿橫向設(shè)置間距≤800 mm，縱向設(shè)置隨背楞設(shè)置。根據(jù)墻體鋼筋排布結(jié)合考慮核心筒型鋼柱的位置，提前進(jìn)行對(duì)拉螺桿排布設(shè)計(jì)，保證內(nèi)外模板的對(duì)拉螺栓孔在同一個(gè)位置且避讓型鋼柱及牛腿所對(duì)應(yīng)位置。如確實(shí)無(wú)法避開(kāi)的部位，通過(guò)深化設(shè)計(jì)，提前在型鋼構(gòu)件上開(kāi)孔處理。見(jiàn)圖4和圖5。

圖4 外墻內(nèi)側(cè)有頂板處各層高鋼鋁組合模板對(duì)拉螺栓設(shè)計(jì)

圖5 外墻內(nèi)側(cè)無(wú)頂板處各層高鋼鋁組合模板對(duì)拉螺栓設(shè)計(jì)

4.1.4 墻體模板接高設(shè)計(jì)

1）外墻外側(cè)鋼模接高（鋼木節(jié)點(diǎn)）。外墻外側(cè)按標(biāo)準(zhǔn)4 583 mm的高度配置大鋼模板，避難層采用木模板接高。在大鋼模頂部焊接L50 mm×4 mm通長(zhǎng)角鋼，角鋼內(nèi)側(cè)與鋼模板內(nèi)側(cè)相差15 mm，利用角鋼充當(dāng)木模板底龍骨，保證模板交界處墻面垂直度和平整度。

2）標(biāo)準(zhǔn)層墻體鋁模板接高。標(biāo)準(zhǔn)層層高變化時(shí)，通過(guò)配鋁模接高板調(diào)整，接高板設(shè)計(jì)高度有150、300 mm兩種。

3）避難層墻體鋁模板接高（鋁木節(jié)點(diǎn)）。采用木模板接高，木模板底部次龍骨采用50mm×100mm單木方，木方縱向按鋁合金模板邊肋上開(kāi)孔間距開(kāi)孔，孔內(nèi)穿?16 mm螺栓將木模板與鋁合金模板連接固定，見(jiàn)圖6。

圖6 避難層鋁合金模板接高做法

4.1.5 鋼鋁模板交接部位模板設(shè)計(jì)

1）1 500 mm以上洞口及陽(yáng)角部位。墻堵頭鋁模板及梁底鋁模板與鋼模接茬部位，采用鋁膜角鋁+栓釘形式加固并通過(guò)鋼模板背楞斜拉座與鋁模板對(duì)拉。

2）500～1 500 mm洞口部位。外墻鋼模板通配不斷開(kāi)，墻堵頭模板采用鋁模板，鋁模板背楞與鋼模板背楞對(duì)拉加固。

3）500 mm以下洞口部位。剪力墻上雙連梁洞口、結(jié)構(gòu)預(yù)留孔洞、電箱盒、電梯開(kāi)關(guān)盒等單邊寬度＜500 mm的洞口均采用定制木盒進(jìn)行加固處理。

4.2 頂板及梁模板設(shè)計(jì)

1）頂板鋁合金模板設(shè)計(jì)。樓面頂板標(biāo)準(zhǔn)尺寸400 mm×1 100 mm、400 mm×800 mm，面板布置中優(yōu)先使用標(biāo)準(zhǔn)板，局部尺寸不足處以異形板補(bǔ)充。樓面頂板橫向間隔≤1 200 mm設(shè)置一道100 mm寬鋁梁龍骨，鋁梁龍骨縱向間隔≤1 200 mm設(shè)置快拆支撐頭。

2）鋁合金模板梁模板設(shè)計(jì)。梁模板按實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸配置，梁底設(shè)鋁梁支撐，支撐間鋪板，梁底支撐鋁梁寬100 mm，銷(xiāo)釘孔按照間距50 mm均勻排布。

3）支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)梁板支撐系統(tǒng)采用鋁合金模板早拆系統(tǒng)，立桿選用輪扣式可調(diào)鋼支撐，立桿間設(shè)水平輪扣橫桿，底部支撐間距≯1 300 mm×1 300 mm。梁底根據(jù)截面設(shè)置由1～3根不等的可調(diào)鋼支撐。以A座標(biāo)準(zhǔn)層為例，鋁合金模板支撐系統(tǒng)平面布置見(jiàn)圖7。

圖7 A座標(biāo)準(zhǔn)層鋁合金模板支撐系統(tǒng)平面

4.3 樓梯模板設(shè)計(jì)

樓梯采用滯后一層施工的做法，為保證澆筑效果，鋁模板樓梯采用敞開(kāi)式梯模，踏面無(wú)蓋板，不預(yù)留振搗口，澆筑方便。見(jiàn)圖8。

圖8 樓梯模板組拼配模

4.4 洞口預(yù)留節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

頂板鋁合金模板深化時(shí)，須提前考慮風(fēng)井洞口、放線洞及泵管洞口模板，采用專用洞口加固模板和定型鐵盒進(jìn)行安裝，保證結(jié)構(gòu)一次成型。

4.5 降板模板設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)遇降板部位，采用30 mm×50 mm方鋼和L60 mm×40 mm角鋼制作的縮進(jìn)式降板邊框，通過(guò)螺栓與鋁模連接固定，成型效果好，質(zhì)量有保證。

5 外爬內(nèi)支體系施工

5.1 施工方法

1）組拼和安裝核心筒外墻外側(cè)爬模架體及電梯井道爬模架體。

2）在地面組拼大鋼模板并吊裝至爬模架體上固定。

3）在作業(yè)面組拼鋁合金模板，電梯井道部位鋁合金模板通過(guò)爬模上設(shè)置的吊鉤+手拉葫蘆懸掛在爬模體系上。

4）按深化設(shè)計(jì)圖紙組拼模板完畢并驗(yàn)收后，進(jìn)行混凝土澆筑。

5）混凝土強(qiáng)度達(dá)到拆模要求后，拆除墻體模板，同步進(jìn)行上層鋼筋綁扎。

6）鋼筋綁扎完成后，進(jìn)行爬模爬升并組拼核心筒鋼模板及鋁合金模板。

5.2 注意事項(xiàng)

1）鋼筋綁扎前，檢查墻柱插筋是否偏位并根據(jù)墻面對(duì)拉螺栓定位調(diào)整墻體鋼筋，使其避開(kāi)對(duì)拉螺栓，避免模板安裝時(shí)發(fā)生螺桿不能對(duì)穿的現(xiàn)象影響模板安裝質(zhì)量。

2）模板安裝前，對(duì)板面進(jìn)行全面清理并涂刷脫模劑，其中鋁模采用專用水性脫模劑，鋼模采用專用油性脫模劑，脫模劑要薄而勻，不得積存。

3）在上層模板安裝前，在混凝土接茬處粘海綿條，有效避免上下層墻體結(jié)合處漏漿。

4）模板之間的銷(xiāo)釘按孔位要求必須滿打，銷(xiāo)片尖頭全部向下且銷(xiāo)處片進(jìn)入銷(xiāo)釘孔的距離須超過(guò)總長(zhǎng)的一半，保證鋁合金模板的整體性和嚴(yán)密性，保證澆筑過(guò)程中模板拼縫不失水漏漿。

5）混凝土澆筑時(shí)重點(diǎn)控制墻體氣泡的產(chǎn)生，豎向結(jié)構(gòu)澆筑采用分層澆筑方法。混凝土澆筑過(guò)程中，振搗點(diǎn)呈梅花形布置，快插慢拔，有序排出混凝土內(nèi)部氣泡，振搗時(shí)不應(yīng)漏振或過(guò)振。

6）墻體大鋼模和鋁模板拆除時(shí)必須滿足所需混凝土強(qiáng)度，正常溫度下澆筑24 h或強(qiáng)度達(dá)到3 MPa可以拆模，雨天或冬季施工時(shí)需適當(dāng)延長(zhǎng)拆模時(shí)間。大鋼模拆除采用爬模架設(shè)備退模，鋁合金墻模板拆除采用專用Y型扳手，嚴(yán)禁生拉硬撬，注意對(duì)混凝土陽(yáng)角的成品保護(hù)。

7）現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板第一次拆模強(qiáng)度由同條件養(yǎng)護(hù)試塊試壓強(qiáng)度確定，拆模時(shí)試塊強(qiáng)度不應(yīng)低于10 MPa。模架的第二次拆除按GB 50204—2002《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》等相關(guān)規(guī)定執(zhí)行［3］。模板的第一次拆除，其頂板上不得集中堆放過(guò)重材料（≤150 kg/m2），確保施工荷載不大于保留支撐的設(shè)計(jì)承載力，防止混凝土開(kāi)裂。

8）核心筒墻體養(yǎng)護(hù)采用液壓爬模自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)裝置，通過(guò)時(shí)間分段控制開(kāi)關(guān)，每隔30 min自動(dòng)噴淋2 min，達(dá)到自動(dòng)養(yǎng)護(hù)效果。見(jiàn)圖9。

圖9 液壓爬模自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)

6 實(shí)施效果

本工程創(chuàng)新運(yùn)用核心筒外爬內(nèi)支綜合施工技術(shù)，成功解決了不同模板材料之間的拼縫質(zhì)量難題，模板安裝質(zhì)量易控制，拼縫嚴(yán)密，層間接茬順直、無(wú)漏漿，混凝土表面平整光滑，結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量控制良好，實(shí)測(cè)實(shí)量合格率達(dá)95%以上。液壓爬模體系+鋁合金模板早拆體系組拼技術(shù)實(shí)施過(guò)程中施工速度提升效果明顯，核心筒豎向結(jié)構(gòu)與水平結(jié)構(gòu)同步施工的情況下，平均速度達(dá)到5 d/層，大幅縮減施工工期。同時(shí)較傳統(tǒng)核心筒水平結(jié)構(gòu)與豎向結(jié)構(gòu)分開(kāi)施工工藝，有效保證了施工安全的同時(shí)，減少了模架材料投入，從而節(jié)約大量施工成本。