曾凡奎1 穆召龙1 张建华2
(1.西安工业大学， 西安 710021； 2.泰博混凝土模板与支撑(陕西)有限公司， 西安 710065)
摘 要：根据某超高层工程的结构特点及施工难点，对其核心筒竖向墙体施工采用大行程顶升模架技术。该系统具有操作方便、稳定性高、爬升速度快、无步距限制等优点，尤其适用于超高、复杂的结构施工。应用结果表明，模架系统成功解决了核心筒墙体截面变化、结构平面内收等施工难题。
关键词：超高层； 核心筒； 顶升模架
20世纪90年代以来，随着社会经济技术的高速发展，超高层建筑不断涌现，我国相继建成了上海环球金融中心等一大批高度在400 m以上的超高层建筑。随着超高层建筑高度的不断攀升，其施工技术也在不断改革。目前，超高层建筑中广泛采用的结构形式是“钢结构框架+钢筋混凝土核心筒”体系，而模架施工技术又是超高层建筑核心筒施工的关键技术。深圳地王大厦[1]根据核心筒高但截面简单的特点，采用了液压爬模施工技术，大大降低了工料消耗，加快了施工进度，保证了工程质量和施工进度。在迪拜的Al Hikma[2]大厦施工中，为解决单层面积小、按常规施工方法无法进行流水施工等难题，选用了液压自动爬模系统，既保证了工期、提高了施工效率，又减少了工程投入，提高了工程质量。上海环球金融中心[3]高达492 m的超级巨型柱结构施工采用了液压自动爬升模板脚手架系统，施工中解决了复杂体型竖向结构截面及位置不断变化、竖向结构空中多向倾斜以及竖向结构单根分叉为两根的体型变化等多项难题。上海中心大厦[4]高达580 m的核心筒施工，采用了筒架支撑式动力内置整体顶升钢平台脚手模板体系，首次实现施工电梯直达钢平台顶部，同时解决了核心筒多道劲性桁架层施工的难题。目前常用的液压爬模体系，往往受限于固定的步距、预留建筑结构位置等，而无法实现任意高度墙体的施工，影响正常作业，并且因其架体采用分片式设计，封闭性不强，施工安全性欠佳。该工程采用的大行程顶升模架体系，其顶模可形成一个独立、封闭、安全的作业空间，顶模钢桁架既用来悬挂模板、挂架，同时也是材料的堆场以及施工机械的附着物；顶升支承点位于浇筑好的墙顶上，从而使该系统不受限于固定步距，实现了任意高度爬升；整个平台和模板、挂架通过液压顶升系统完成自爬，提高了施工效率。大行程顶升模架体系，适用于造价控制严格而结构高度不是特别高、墙体变化较多、施工场地较为充裕、工期相对宽松的超高层项目。
某超高层建筑是钢筋混凝土与钢结构组成的混合结构体系，核心筒位于建筑的中心位置。核心筒地下6层，地上68层，标准层层高4.15 m，核心筒建筑面积573.58 m2。核心筒呈矩形，平面尺寸为24.1 m×23.8 m。由于核心筒剪力墙中有埋在混凝土剪力墙中的暗柱，所以在布置桁架和挂架的同时，应尽量考虑型钢的埋入深度，为其留设足够空间。标准层核心筒结构平面布置如图1所示。
图1 标准层核心筒结构平面布置
2.1 液压主立柱系统
液压主立柱包括整个液压顶模的动力系统和支撑系统。图2为整个主立柱的结构示意，主要包含支腿、导向腿、主立柱内外管、支腿桁架、顶托、液压系统及电控系统。支腿作为主要承重构件，支承整个主桁架，并将所有的载荷传到剪力墙上。每根主立柱都有一套完整的液压及控制系统，即每根主立柱都可以独立运行。主立柱由微电脑控制，既能单独运动，又可以几个主立柱互相组成一套体系同步运动。电控系统控制着主立柱之间的误差不大于20 mm，顶升速度达到300 mm/min。
1—支腿；2—液压系统；3—导向腿；4—顶托； 5—内管；6—支腿桁架；7—外管；8—电控系统。
图2 主立柱的结构示意
根据某超高层核心筒结构特点，选用4根120 t的主立柱组成一个系统，如图3所示。4根主立柱分别位于核心筒4个角的位置，1～3号主立柱位于楼梯的正上方，4号主立柱位于管道井的正上方。1号、3号、4号主立柱的导向腿有2个方向，且与支腿方向一致，2号主立柱有4个方向的导向腿。导向腿顶在下方墙体上，起到保证主立柱垂直度和抵抗水平力的作用。
图3 主立柱布置
2.2 桁架系统
桁架系统分为主桁架、次桁架、桁架支腿以及各种吊挂梁。桁架系统的主要功能是形成一个钢结构平台，平台下面吊挂模板、内外架等，平台上面可以放置施工机械，也可以作为材料堆料场、施工人员的施工通道等。桁架系统布置如图4所示。
主桁架坐落在主立柱的顶托上，次桁架穿插在主桁架内部，主桁架相当于主龙骨。本系统采用2组主桁架，每组主桁架由5榀主桁架标准单元组成，每榀主桁架标准单元长度为6 m。次桁架穿插于主桁架之间，属于桁架的加密布置。本系统采用4组次桁架，每组次桁架由5榀次桁架标准单元组成，次桁架标准单元同样是长度为6 m。主桁架与次桁架之间由专门的桁架连接器和连接板通过螺栓将2榀桁架连接到一起，以达到桁架重复利用的目的。
1—次桁架1；2—次桁架2；3—次桁架3； 4—次桁架4；5—主桁架1；6—主桁架2。
图4 桁架布置
桁架支腿在主立柱自爬时可作为桁架临时支撑系统。主立柱在自爬时，支腿、导向腿和墙体脱离，主立柱吊挂在桁架系统下，主立柱所承载的荷载全部传递到桁架支腿上。主立柱自爬时，桁架支腿所在位置如图5所示。
图5 主立柱爬升系统构造
2.3 模板系统
核心筒模板采用泰博的120体系模板。该模板属于钢框木模板，钢背棱型材全部采用进口Q345型材以保证其刚度，最大穿墙螺栓的间距可以达到1.7 m，面板采用的维萨板由白桦木压制，钢背棱与面板通过铆钉进行固定。模板两面采用120 g/m2或220 g/m2的酚醛树脂覆膜，具有强度高、重量轻、抗寒、抗沸性和耐磨性好等特点，能抵抗风吹日晒和绝大多数化学物质的腐蚀、耐沸水的煮泡和抵抗混凝土对模板表面的磨损。选用此模板可以保证在非人为破坏下满足整个项目的施工，不用更换面板。模板最大模块尺寸为2 400 mm×3 300 mm。根据本项目的结构特点，采用的最大模块尺寸为2 400 mm×2 700 mm，如图6所示。
图6 2 400 mm×2 700 mm模板结构
2.4 内外架及防护系统
该顶模系统的挂架附着在桁架系统上，内外架主要是作为施工人员的施工平台和行走通道。该顶模项目核心筒内挂架采用装配式组合结构，以顺墙面布置的原则布设，保证连梁或墙体的两侧均有挂架。内挂架节点如图7所示。挂架利用钢平台下挂设的吊架梁作为挂架的吊点及滑动轨道，当墙体截面变化时，通过移动滑轮实现挂架沿轨道梁滑移，调整墙体与挂架间的距离。
1—挂架梁；2—次桁架下部H型钢；3—连接装置； 4—旋转轴；5—外挂架H型钢；6—外套管连接；7—脚手架。
图7 内挂架节点
该项目水平楼板紧跟核心筒同步施工，故外架采取在120大模板上安装挑架的方式，如图8所示。挑架直接安装在模板上，方便快捷，挑架平台上铺设踏板，可以形成行走通道及施工平台。
图8 大模板上外挂架结构
3.1 顶模施工特殊部位处理
3.1.1 主立柱支腿的支点
主立柱支腿的支点直接支承在混凝土墙顶上，为避让钢筋，在支腿上做了特殊处理，即将支腿端头做成梳状。为扩大支腿与混凝土墙的接触面积，保证在荷载为13 MPa时主立柱强度满足要求，需在支腿下方加垫一块6 mm的钢板。主立柱支腿支点端头处理如图9所示。
图9 主立柱支腿支点端头的处理
3.1.2 支腿接长与缩短
由于核心筒内墙体的内收外放，墙厚最小为400 mm，最大为800 mm。为了保证支腿传力的可靠性，需要在墙体内收时将支腿桁架接长，或不变桁架而将支腿整体外移。
3.1.3 桁架支点的保护跟进
桁架在上升时，其下4个用于自爬时的支点可向下延长，以便其底端能顶在混凝土墙体顶部，由此形成对整个顶模的安全保护作用，确保任何紧急情况发生时，桁架可坐落在墙顶上。
3.2 洞口模板施工方案
本项目核心筒的竖向结构预留洞口较多，主要包括门窗洞口、模架支撑梁预留洞口、安装管线预留洞口等，故采用钢模板+木模板+钢管木方支撑的形式。较大的洞口(B≥1 200 mm，H≥1 200 mm)加固如图10a所示，较小的洞口(B<1 200="">H<1 200="">
a—较大洞口；b—较小洞口。 1—50 mm×100 mm木方，长度与洞口宽度同；2—18 mm厚胶合板； 3—50 mm×100 mm木方，间距为350～400 mm；4—48 mm× 3.0 mm钢管，间距为350～400 mm；5—U型顶托，外露丝杆长度 不大于200 mm；6—50 mm×100 mm木方做背楞和支撑。
图10 洞口模板
3.3 墙体变截面处理
外墙墙厚外收变化时，利用模板调节孔的方式进行调节，在每个变截面时堵板使用不同的调节孔就可达到该层墙体外收的需求。墙端头模板墙厚变化时不增配模板，采取柱模形式进行斜拉，打孔后堵孔(钢孔堵)。
4.1 顶升模架系统安装施工
根据施工安排，采用常规方法进行1～9层的施工，9层施工完成后将顶模构件运输至现场，在地面拼装各单元构件。顶升模架安装施工顺序为：在核心筒上安装液压主立柱→在地面拼装主、次桁架→将桁架吊装至核心筒顶部→连接主桁架与主立柱→连接主桁架与次桁架→连接模板→连接内、外架体→安装上部操作平台。
4.2 标准段施工方法
1)原始状态：下层混凝土浇筑完毕，顶升油缸处于完全回收或半回收状态，平台下部预留钢筋绑扎作业高度2 400 mm。
2)钢筋绑扎：绑扎上层钢筋，同时待下层混凝土达到强度后拆除模板；绑扎竖向钢筋，并完成桁架下部2 100 mm横筋及箍筋，以及没有桁架部分的所有钢筋绑扎。
3)拆除支腿上部模板：拆除主立柱上部、支腿下部模板，利用导链或塔吊将模板移至不妨碍爬升的位置，为爬升清除路径障碍，准备爬升。
4)爬升4 150 mm：收回主立柱上两侧支腿，主立柱爬升4 150 mm高度。
5)支腿就位：主立柱上支腿伸出，落于墙体上预先垫置的钢板上。
6)拆模：拆除模板穿墙螺栓，利用次桁架上轨道将模板外移300 mm，并清理模板。
7)顶升2 400 mm：支撑梁端部伸缩机构固定不动，油缸顶升到位。顶升过程中模板随钢平台同步升2 400 mm。
8)钢筋绑扎：绑扎桁架下部剩余2 100 mm横筋及箍筋。
9)顶升1 750 mm：支撑梁端部伸缩机构固定不动，油缸顶升到位。顶升过程中模板随钢平台同步升1 750 mm。
10)合模：利用次桁架上轨道将模板内移300 mm，将模板就位、调直，利用穿墙螺栓将模板固定，并做好底部防止漏浆措施。
11)浇筑混凝土：布料机浇筑混凝土，混凝土浇筑速度不大于2 m/h；当混凝土浇筑到顶时，在混凝土初凝前放置主立柱支腿预埋钢板。
4.3 顶升模架系统拆除施工
核心筒施工至68层竖向构件后，开始拆除顶模系统，拆除时按照与安装相反的顺序进行。拆除完挂架系统及附属设施后，顶升模架系统要分段整体拆除，待塔吊吊送至地面后进行地面解体，以确保高空拆除的安全。体系拆除是顶升模架施工的最后阶段，也是结构施工高度的高空作业阶段。体系拆除前，必须清除影响拆除的各类障碍物。
根据某超高层工程的结构特点及施工难点，核心筒竖向墙体施工采用大行程顶升模架技术，实现了立体交叉施工作业方法。由于其爬升速度快、操作方便、无步距限制、整体稳定性高等优点，在保证施工安全及质量的同时，较大幅度地缩短了工期，提高了施工效率。实践表明，该工艺及技术能够减少工序间的制约和干扰、提高施工安全系数，对同类工程施工具有较好的借鉴意义。
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Zeng Fankui1 Mu Zhaolong1 Zhang Jianhua2
(1.Xi’an Technological University, Xi’an 710021， China; 2.Table Concrete Formwork & Shoring(Shaanxi) Co.Ltd, Xi’an 710065, China)
ABSTRACT：According to the structural characteristics of a high-rise building project and its construction difficulties, the great-trip jacking formwork technology was used in the core tube vertical wall construction. The system has the advantages of being easy to operate, high stability, high climbing speed, no step away from the restrictions, and it is particularly suitable for super high-rise and complex structure construction. The application showed that mold system successfully solved some construction problems, such as the core tube wall cross-section changes and structural plane shrink.
KEY WORDS：super high-rise; core tube; jacking formwork
*西安市2014年科技计划项目(CXY1432(1))；陕西省自然科学基础研究计划项目(2014JM2-5079)。
第一作者：曾凡奎，男，1982年出生，副教授。
Email：fankuizeng@126.com
收稿日期：2016-04-20
DOI：10.13206/j.gjg201610019
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