超高層建筑外立面裝飾柱施工技術(shù)研究與應(yīng)用

姜 捷

上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080

隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的高速發(fā)展，人們對(duì)建筑的審美要求不斷提高，外觀造型的多樣性體現(xiàn)了城市的建筑特色，其中外立面裝飾柱、裝飾線條等是組成和影響外立面效果的重要元素和因素。

建筑外立面裝飾柱一般由柱頭、柱身和柱基3部分組成，除具有承受結(jié)構(gòu)質(zhì)量外，還有外立面裝飾作用。目前建筑工程上外立面裝飾柱的設(shè)計(jì)施工大多采用混凝土結(jié)構(gòu)，一般混凝土結(jié)構(gòu)柱先跟隨主體結(jié)構(gòu)施工完成，再采用干掛玻璃纖維增強(qiáng)混凝土（GRC）裝飾構(gòu)件完成柱飾面[1]。GRC裝飾構(gòu)件具有造型豐富、可塑性高、強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)于超高層建筑外立面的大型裝飾柱體安裝，存在單體構(gòu)件質(zhì)量較大、搬運(yùn)較難、易破損及高空作業(yè)安全隱患較大等缺點(diǎn)[2]。

本文以平安金融大廈外立面裝飾柱施工為工程實(shí)例，通過(guò)難點(diǎn)分析及試驗(yàn)評(píng)估，優(yōu)化施工工藝，通過(guò)定制鋼模，采用裝飾柱結(jié)構(gòu)和造型一次性澆筑成形技術(shù)，不但保證裝飾柱施工整體質(zhì)量，而且簡(jiǎn)化工序、提高工效，同時(shí)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，可為類(lèi)似工程提供參考。

1 工程概況

本工程位于上海浦東新區(qū)陸家嘴環(huán)路1333號(hào)，南鄰中銀和交銀大廈，總建筑面積16.4萬(wàn) m2，地下3層，地上主樓38層，高210 m；裙房4層，高23.7 m。上部結(jié)構(gòu)體系主樓為鋼框架-支撐體系，外圍勁性框架結(jié)構(gòu)；裙房為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)（圖1、圖2）。

圖1 工程效果圖

圖2 結(jié)構(gòu)框架

工程整體設(shè)計(jì)以歐洲古典風(fēng)格為基調(diào)，外立面采用了大量的愛(ài)奧尼柱式（Ionic Order）羅馬裝飾柱，每根柱由柱基、柱身以及柱頭構(gòu)成，柱高7.5 m，跨2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層，其中柱頭飾紋雕刻精美，由4個(gè)大圓形渦卷組成；柱身飾紋為半圓形溝槽，從下至上逐漸變細(xì)，上、下口直徑分別為900、1 200 mm；柱基較柱身粗大并帶弧形花紋，柱外飾面層采用真石漆噴涂（圖3）。柱結(jié)構(gòu)為勁性混凝土柱，中心為十字鋼柱，從下到上的混凝土等級(jí)為C60、C50和C40。

圖3 裝飾柱立面

2 施工工藝確定

根據(jù)要求，裝飾柱施工工藝為先結(jié)構(gòu)外圍十字鋼柱外側(cè)綁扎鋼筋籠，然后采用帶飾紋的玻璃纖維增強(qiáng)混凝土（GRC）構(gòu)件作為永久性模板，最后澆筑混凝土形成整體。GRC材料具有可工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)、可塑性高、造型多樣等特點(diǎn)，被作為建筑裝飾構(gòu)件運(yùn)用廣泛，而作為結(jié)構(gòu)施工模板在國(guó)內(nèi)類(lèi)似規(guī)模的工程使用極少，為保證裝飾柱施工質(zhì)量，優(yōu)化工藝，現(xiàn)場(chǎng)先后進(jìn)行了2次試驗(yàn)，具體如下：

2.1 試驗(yàn)

經(jīng)參建各方討論，決定通過(guò)全尺寸實(shí)物試驗(yàn)方式來(lái)確定裝飾柱的工藝和流程，試驗(yàn)中選用3種方法（圖4）：

圖4 裝飾柱試驗(yàn)過(guò)程及完成效果

1）方法1：根據(jù)原設(shè)計(jì)要求，采用GRC構(gòu)件直接作為永久性外模板進(jìn)行施工。根據(jù)第1次試驗(yàn)結(jié)果，為保證混凝土澆筑時(shí)模板的整體強(qiáng)度，在第2次試驗(yàn)中，待GRC外模完成拼裝和校正后，用定制鋼箍對(duì)外模進(jìn)行整體固定。

2）方法2：按照傳統(tǒng)施工工藝，先完成勁性結(jié)構(gòu)混凝土柱施工，外飾面由GRC裝飾構(gòu)件采用干掛工藝完成。

3）方法3：采用2種施工工藝結(jié)合，柱身飾紋較簡(jiǎn)潔規(guī)則，采用定制鋼模一次性混凝土澆筑成形；柱頭和柱基飾紋較復(fù)雜，采用GRC裝飾構(gòu)件干掛工藝。

2.2 試驗(yàn)成果分析

從試驗(yàn)結(jié)果看，3種方法裝飾柱的外觀效果和整體質(zhì)量均能滿(mǎn)足要求，但綜合評(píng)估后發(fā)現(xiàn)，GRC板作為工廠模具澆筑預(yù)制構(gòu)件，具有成品外飾加工精度高、可塑性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但受材質(zhì)限制，在實(shí)際施工中還存在以下缺點(diǎn)：

1）GRC模板質(zhì)量相比傳統(tǒng)鋼質(zhì)和木質(zhì)模板較重，分塊后的GRC模板及GRC干掛飾面板的單塊最大質(zhì)量分別為300 kg和150 kg，人工拼裝精度和高空操作風(fēng)險(xiǎn)較難把控。

2）GRC產(chǎn)品受其材質(zhì)限制，其邊角部位在運(yùn)輸和拼裝中遇到磕碰時(shí)極易損壞，現(xiàn)場(chǎng)大量使用時(shí)的產(chǎn)品保護(hù)措施和后續(xù)修補(bǔ)工作量相對(duì)較大。

3）GRC模板間連接強(qiáng)度較差，需要另外定制鋼箍進(jìn)行整體固定，導(dǎo)致施工工序及費(fèi)用的增加。

4）由于柱身較高，混凝土澆筑時(shí)側(cè)壓力較大，使用泡沫條填縫和外貼膠帶的方法無(wú)法有效解決GRC模板接縫處的漏漿問(wèn)題，外部清潔工作量較大。

與前2種方法中大量使用GRC構(gòu)件不同，方法3采用了整體現(xiàn)澆和干掛2種工藝結(jié)合，充分發(fā)揮鋼模板和GRC的材質(zhì)優(yōu)勢(shì)，在確保施工安全和質(zhì)量的前提下，既可減少工序，又可減少工程成本。

2.3 試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)，經(jīng)參建單位綜合評(píng)估，確定按方法3的施工工藝進(jìn)行裝飾柱施工，即柱身采用定型鋼模板外飾紋混凝土一次成形，柱頭和柱基采用GRC裝飾構(gòu)件干掛工藝。

3 施工工藝及操作要點(diǎn)

3.1 鋼模板制作

根據(jù)建筑設(shè)計(jì)圖紙中柱身外飾水平分縫進(jìn)行劃分（圖5），單根柱模沿高度分成6節(jié)，每節(jié)橫向根據(jù)完成面直徑變化和模板拆裝運(yùn)輸要求，以圓周線對(duì)其分成均等的6塊，柱基與柱頭各分為4塊和2塊。通過(guò)上述方式，可將單塊鋼模質(zhì)量控制在75 kg以?xún)?nèi)。

圖5 裝飾柱鋼模板拼裝

鋼模板柱身飾紋主要采用4 mm厚鋼板在工廠開(kāi)模壓制完成，支承鋼楞為60 mmh 40 mmh 4 mm方鋼管，柱箍和邊框均為6.3#槽鋼，邊框連接加強(qiáng)部位為120 mmh 80 mmh 12 mm鋼板，連接件主要為U形卡和螺栓（圖6）。

圖6 柱身鋼模板標(biāo)準(zhǔn)分塊

3.2 鋼模板運(yùn)輸

為保證裝飾柱鋼模板精度要求，便于裝飾柱鋼模板現(xiàn)場(chǎng)的拆裝與各部件之間的識(shí)別，每根柱模先組裝成形，然后分為6塊運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，編號(hào)就位。裝飾柱施工于主樓6層以上開(kāi)始，單根裝飾柱鋼模板采用塔吊分節(jié)從地面運(yùn)輸至結(jié)構(gòu)施工樓層，然后根據(jù)預(yù)先編制的號(hào)碼，逐一水平運(yùn)輸至相對(duì)應(yīng)的裝飾柱位置。由于單節(jié)裝飾柱鋼模板體量較大，人工搬運(yùn)強(qiáng)度較大，同時(shí)考慮運(yùn)輸過(guò)程中減小模板變形和對(duì)樓面產(chǎn)生的荷載，特制了鋼模板運(yùn)輸車(chē)以提高工效。

3.3 裝飾柱施工

3.3.1 定位

以設(shè)計(jì)圖紙為依據(jù)，在完成鋼結(jié)構(gòu)十字柱的吊裝之后，在樓地面彈放鋼模內(nèi)邊線、十字中心線以及外邊控制線，復(fù)核鋼柱平面尺寸正確后，還要對(duì)柱內(nèi)插筋和鋼筋保護(hù)層進(jìn)行檢驗(yàn)，如有偏差應(yīng)及時(shí)予以糾正，另在主筋上加焊定位短鋼筋，確保鋼模平面位置安裝正確。此外根據(jù)標(biāo)高控制線，沿柱基鋼模板底部?jī)?nèi)邊線外側(cè)，做寬度60 mm的水泥砂漿找平層，確保鋼模板豎向位置安裝正確。

3.3.2 鋼筋綁扎

鋼結(jié)構(gòu)框架完成后，按勁性柱結(jié)構(gòu)施工圖進(jìn)行鋼筋綁扎，因原設(shè)計(jì)采用GRC模板，現(xiàn)改用鋼模板后，造成柱身混凝土保護(hù)層增大，因此按設(shè)計(jì)單位要求在箍筋外側(cè)加設(shè)φ6 mm@300 mm鋼筋網(wǎng)片，沿柱身雙向布置。

3.3.3 鋼模板安裝

安裝模板要自下而上分節(jié)進(jìn)行，用相反順序來(lái)進(jìn)行相鄰上下節(jié)鋼模安裝，可以使安裝累積誤差能夠有效減小。安裝時(shí)先設(shè)置相鄰鋼模間的U形卡，再進(jìn)行螺栓放置，為避免鋼模整體扭曲，初次緊固螺栓時(shí)應(yīng)保留一定的調(diào)整空間，在完成整根模板安裝校正之后，再將所有螺栓按部位分節(jié)分塊對(duì)稱(chēng)擰緊。另鋼模接縫間使用厚度為1.5 mm海綿條，鋼模緊固后可有效防止漏漿現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3.4 混凝土

1）自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)。裝飾柱混凝土一次澆筑高度為8.4 m，單根柱混凝土澆筑量為6.5 m3，原技術(shù)規(guī)格書(shū)上采用的是普通混凝土，但在現(xiàn)場(chǎng)施工中發(fā)現(xiàn)，因工程結(jié)構(gòu)外框?yàn)閯判曰炷量蚣荏w系，在裝飾柱上部梁柱節(jié)點(diǎn)處的鋼筋布置非常密，沒(méi)有多余的位置設(shè)置導(dǎo)管。根據(jù)上述情況以及試驗(yàn)結(jié)果，決定改用自密實(shí)混凝土，利用其高流動(dòng)性、填充性和抗分離性的特點(diǎn)來(lái)滿(mǎn)足裝飾柱混凝土的強(qiáng)度和密實(shí)度要求。本工程裝飾柱自密實(shí)混凝土等級(jí)強(qiáng)度為C60，坍?dāng)U度550 mmf 75 mm。

2）自密實(shí)混凝土澆筑。混凝土到現(xiàn)場(chǎng)后應(yīng)進(jìn)行坍?dāng)U度測(cè)試，測(cè)試數(shù)值合格方可進(jìn)行澆筑入模。混凝土澆筑采用地面固定泵和樓層泵管（硬管＋軟管），為保證混凝土流淌均勻，柱頂2個(gè)澆筑口應(yīng)對(duì)稱(chēng)布置，同時(shí)要確保澆筑連續(xù)一次性完成。柱內(nèi)混凝土免振，在鋼模板外側(cè)采用了輔助振搗器來(lái)保證柱身飾紋部位混凝土的密實(shí)度，每個(gè)輔助振搗點(diǎn)時(shí)間控制在5 s左右。

3.3.5 拆模

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，柱混凝土強(qiáng)度達(dá)到約C15時(shí)拆除模板，能夠使柱身飾紋保持較為完好。按安裝模板相反順序從上到下進(jìn)行拆除，單塊模板拆除應(yīng)先用手拉葫蘆吊牢，然后用撬棒小心地將鋼模邊框撬松，待完全脫離后用人工葫蘆調(diào)離。

拆下的鋼模應(yīng)及時(shí)修整，對(duì)表面的殘留物用鏟刀式小型磨光機(jī)清理，再涂脫模劑進(jìn)行面層保護(hù)；對(duì)于有較大變形或者有部件損壞的，應(yīng)及時(shí)校正，必要時(shí)可進(jìn)行更換。

3.3.6 柱面混凝土修補(bǔ)

拆模后對(duì)于裝飾柱混凝土表面有缺損部位，主要用1∶2水泥砂漿和803膠混合材料進(jìn)行修補(bǔ)。由于缺損部位主要是發(fā)生在相鄰2個(gè)半圓溝槽之間的豎肋和水平內(nèi)凹分格縫部位，因此自制帶弧度的抹平修飾工具，以確保修補(bǔ)后裝飾柱豎肋飾紋上下線條一致，為下道面層真石漆噴涂工序打好基礎(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

為保證本工程外立面裝飾柱的施工質(zhì)量，通過(guò)對(duì)裝飾柱建筑造型和結(jié)構(gòu)體系分析，分3種施工方法進(jìn)行試驗(yàn)，在綜合評(píng)估試驗(yàn)結(jié)果后，最終形成優(yōu)化方案。根據(jù)工程實(shí)際應(yīng)用情況，本工程針對(duì)裝飾柱所采取的工程技術(shù)質(zhì)量措施是有效的，同時(shí)又取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。希望本文能為類(lèi)似工程提供參考。