高層建筑塔樓電梯高位基礎轉換設計及施工

劉德會

中國建筑第二工程局有限公司西南分公司 重慶 400020

在高層建筑工程塔樓施工時，施工電梯安裝高度過高，不僅會產生施工安全風險，更會給相關施工作業活動帶來諸多不便，如增加施工成本、延長垂直運輸時間、占用施工空間、降低施工效率等[1-2]。針對此類問題，本文以某商貿中心大廈塔樓建筑物的施工為例，創新性提出了一種基于核心筒的塔樓電梯高位基礎轉換設計施工方案，并將其應用到工程案例實踐中，取得了預期的施工效益，可供同類工程參考和借鑒。

1 工程概況

某商貿中心大廈塔樓建筑物主體結構采用“伸臂桁架＋鋼管混凝土外框柱＋腰桁架＋內置鋼板的鋼筋混凝土核心筒”的多重抗側力結構體系進行布置，總建筑高度約432.7 m。按照本建筑工程塔樓施工組織安排和相關技術具體實施要求，塔樓建筑物主體結構核心筒部位全程將重點采用“智能頂升鋼平臺”進行施工作業。為了加快施工進度，創造安全、可靠的施工作業環境和外部施工作業支撐面，本工程在設計及施工中，將一臺大型的雙籠施工電梯安裝于本建筑工程外框架核心筒施工部位，使其直通核心筒智能頂升鋼平臺施工體系頂端。

2 塔樓電梯高位基礎轉換的必要性與可行性

2.1 塔樓電梯高位基礎轉換的必要性

在大多數采用智能頂升鋼平臺進行設計或施工的高層或超高層建筑結構施工過程中，受智能頂升鋼平臺形式的約束以及高層建筑結構本體的限制，將施工電梯布置于高層建筑結構體系外框架施工中的核心筒區域，不僅能夠確保施工順利進行，縮短施工工期，而且還能夠減少對梁板結構空間的占用比例[3]。

鑒于此，為保證高層建筑梁板結構能夠提前進行施工作業，針對直通鋼平臺頂部的雙籠施工電梯進行高位基礎轉換，以保障總體工程施工進度，充分釋放高層建筑下部梁板結構施工作業面。這種施工組織設計方案為高層建筑核心筒的順利施工創造了良好的作業環境和外部支撐條件，同時，在高層建筑的中間樓層進行高位基礎轉換，可使轉換層與外框結構進行良好的協調[4-5]。

2.2 塔樓電梯高位基礎轉換的可行性

對于大多數常見的超高層或高層建筑工程而言，在施工中若采用智能頂升鋼平臺進行施工作業，則可考慮通過直達鋼平臺頂部的施工組織設計方式，對高層建筑外框架施工中的核心筒部位雙籠施工電梯進行優化設計。以本案例工程為例，這種高層建筑塔樓電梯高位基礎轉換結構形式，一方面能夠使分項工程的施工安全性得到有效保障，另一方面也能夠減小施工人員、設備、物資等在內外掛架穿梭的頻次，提高施工效率，加快施工進度。

此外，在施工過程中，將吊掛格構柱設置于本高層建筑工程鋼平臺部位，并使其充當建筑本體外圍核心筒雙籠施工電梯附墻結構體系，同時，采用滾動附墻件有效連接并固定本高層建筑格構柱與雙籠施工電梯，可進一步使智能頂升鋼平臺與電梯附墻平臺實現同步、同頻智能頂升，以更好地適應施工電梯高位基礎轉換、附墻受力要求等。

3 高層建筑塔樓電梯高位基礎轉換設計分析

3.1 設計方案

在本案例高層建筑工程塔樓電梯高位基礎轉換設計過程中，為了確保上支撐H型鋼能夠在施工電梯高位基礎進行合理轉換，首先，需在上支撐箱梁部位焊接2道H型鋼和安裝1節魚腹式標準節，從而使其充當本高層建筑結構上支撐以上部位高位基礎轉換結構標準節臨時基礎，并使上支撐H型鋼在進行高位基礎轉換時，能夠從上支撐箱梁部位已安裝好的1節魚腹式標準節中穿過。其次，待安裝完成用于高位基礎轉換結構的下支撐后，需針對魚腹式標準節進行優化調整，使本高層建筑工程高位基礎轉換結構中的主要受力構件為下支撐H型鋼。

與此同時，為提高本高層建筑工程高位基礎轉換結構中雙籠施工電梯運輸的安全性與穩定性，還需將上支撐H型鋼作為本高層建筑外框架核心筒施工電梯高位基礎轉換的重要輔助支撐構筑物。

基于上述設計思路和理念，本高層建筑塔樓電梯高位基礎轉換設計方案如圖1、圖2所示。

根據圖1、圖2可知，本高層建筑工程在高位基礎轉換結構優化設計過程中，通過墻體上的預埋錨板連接方式，分別在建筑墻體預留洞口和連梁結構區域設置了用于高位基礎轉換的高位基礎支撐。但為了保證該設計方案科學、可靠、安全、可行和經濟，本工程在施工設計時，針對本高層建筑工程塔樓核心筒部位的高位基礎轉換結構方案中的幾種不同支撐結構詳細受力工況和特性，進行了加強及復核驗證分析，以此提升本高層建筑物外框結構施工時核心筒部位安裝的雙籠施工電梯使用安全性（圖3）。

圖1 高位基礎轉換設計方案示意

圖2 高位基礎轉換結構示意

圖3 高位基礎轉換懸挑通道加固布置

3.2 結構受力特征分析

考慮到本高層建筑工程塔樓電梯施工壓力大、施工條件較差的實際情況，在本案例高層建筑工程塔樓電梯高位基礎轉換設計基礎上，本研究分別針對上支撐H型鋼單獨工作與上下支撐共同作用2種不同施工工況下的Q345H型鋼高位基礎轉換方案受力特性進行了可靠性和穩定性分析，以保證施工電梯基礎牢固。

3.2.1 工況1：上支撐H型鋼單獨工作

升降機在安裝高位基礎轉換支撐時荷載形式為“空載”，此時已有24節標準節被安裝于魚腹式標準節體系中。在這種情況下，將本高層建筑高位基礎轉換節以下標準節拆卸，其轉換支撐實際受力213 700 N。因此，4根采用Q345鋼材制作的高位基礎轉換H型鋼立管基礎特殊轉換節受力分別為53 425 N。基于ANSYS軟件，對上支撐H型鋼單獨工作時的受力特性進行仿真分析，結果顯示：

1）本工況下塔樓電梯高位基礎轉換結構最大輸出應力為80.578 MPa＜[δ]＝235 MPa，最大變形為2.143 mm，該高位基礎轉換結構魚腹式標準節和Q345H型鋼鋼梁受力特性和變形程度均滿足鋼結構設計標準以及鋼結構工程施工規范要求，可為轉換鋼梁提供較大的負荷承載支撐。

2）本工程多重抗側力結構體系高層建筑剪力墻混凝土等級為C50。因此，鋼梁及魚腹式標準節高位基礎轉換結構體系傳遞至剪力墻上的實際應力為80.578/4≈20.145 MPa＜50 MPa。經計算，該應力滿足各構件穩定性指標要求和混凝土建筑結構最大承載力要求。

3.2.2 工況2：上下支撐共同作用

高層建筑結構塔樓雙籠施工電梯直通智能頂升鋼平臺頂部的最大受力為614 900 N，在這種工況之下，高位基礎支撐和墻體預留洞口、連梁轉換支撐的標準節數量最多，此時，4根采用Q345鋼材制作的高位基礎轉換H型鋼立管基礎特殊轉換節受力分別為153 725 N。分析結果顯示：

1）本工況下塔樓電梯高位基礎轉換結構最大輸出應力為161.164 MPa＜[δ]＝235 MPa，最大變形為2.143 mm，該高位基礎轉換結構魚腹式標準節和Q345H型鋼鋼梁受力特性和變形程度均滿足鋼結構設計標準以及鋼結構工程施工規范要求，可為轉換鋼梁提供較大的負荷承載支撐。

2）本工程多重抗側力結構體系高層建筑剪力墻混凝土等級為C50。因此，鋼梁及魚腹式標準節高位基礎轉換結構體系傳遞至剪力墻上的實際應力為161.164/4＝40.291 MPa＜50 MPa。經計算，該應力也滿足各構件穩定性技術指標要求和混凝土建筑結構最大承載力要求。

4 高層建筑塔樓電梯高位基礎轉換施工實踐

4.1 高位基礎轉換鋼梁安裝施工技術流程

根據不同工況下仿真分析得到的高層建筑塔樓電梯高位基礎轉換結構受力特征，本工程項目選擇并制定的高層建筑塔樓電梯高位基礎轉換鋼梁安裝施工技術流程具體如圖4所示。

圖4 高位基礎轉換結構施工技術流程

4.2 高位基礎轉換施工關鍵工藝

根據圖4，在實際施工應用過程中，首先需要分2段分別安裝穿過魚腹式標準節的水平防護和轉換鋼梁，然后采用全熔透技術在中部焊接水平防護和轉換鋼梁。安裝之后，需要進一步仔細校正就位后的鋼梁，借助鋼梁支撐件調節頂部鋼梁，通過滿焊的方式使其上表層與魚腹式標準節相接觸和連接，連接固定好之后，在預埋鋼板兩端焊接H型鋼。為了確保直通鋼平臺頂部的雙籠施工電梯能夠上下穿行，需將3 650 mm 4 650 mm的電梯洞口留置于H型鋼預埋鋼板封閉層中央，同時上鋪花紋鋼板。

安裝完畢上部轉換鋼梁之后，需將轉換鋼梁底部魚腹式標準節截斷，并通過轉換鋼梁承擔直通鋼平臺頂部雙籠施工電梯上部受力，以將其作為上部升降機的臨時基礎，用于轉換上部轉換鋼梁。另外，借助新安裝的吊籠將轉換鋼梁下部基礎轉換位置中的轉換鋼梁切割截斷。在此基礎上，以600 mm的標準間距，分別通過搭設50 mm 50 mm方通，安裝下部承重鋼梁及水平防護，將厚3 mm的花紋鋼板滿鋪于墻面預埋搭接板搭設位置中，全密封處理。

根據承重鋼梁構造，并結合圖紙標高，將150 mm 400 mm 30 mm及1 150 mm 1 050 mm 30 mm鋼板埋設于支撐梁兩端。與此同時，需將2根長7 900 mm、截面600 mm 300 mm 20 mm 30 mm的H型鋼擱置于支撐梁兩端，并與預埋鋼板滿焊連接。在此基礎上，將調節墊管和調節標準節分別安裝于能夠向上部標準節傳力的鋼梁上，并將調節標準節和底部截斷部位標準節進行連接。

5 結語

通過在案例工程中的具體工藝應用和實踐，表明高層建筑塔樓電梯高位基礎轉換設計與施工技術能夠減少施工技術人員的工作任務量，加快施工進度，保證施工效益和施工質量。經過高位基礎轉換，拆除下部筒內魚腹式標準節，可為施工順利進行提供良好的作業面，并為高層建筑物下部水平結構的合理施工奠定良好基礎。