超高層建筑爬模施工及管理技術

金和卯，周裕桂，劉福生，石 泰，王 衛，劉 昱，羅 鳴

(1.中建五局華南建設有限公司，廣東 深圳 518000； 2.北京市建筑工程研究院有限責任公司，北京 100039)

0 引言

近年來，國內超高層建筑應用越來越多，我國已成為世界上擁有超高層建筑最多的國家，在該領域總體達到世界領先水平[1]。在超高層建筑結構中，框架-核心筒結構兼具框架結構靈活、延性好，核心筒剪力墻強度與剛度大的優點，被廣泛應用[2]。超高層核心筒剪力墻常采用爬模體系施工，通過液壓爬模的自爬升和模板支撐功能，為超高層核心筒施工提供支持。

在超高層核心筒液壓爬模施工中，塔式起重機存在空間沖突碰撞、爬升距離大、核心筒平立面變化大、安全防護要求高等困難，對爬模作業提出挑戰[3]。

在以往研究中，常結合具體項目，探討爬模變截面爬升[4]、爬模平面拆改作業[5]、爬模結合布料機施工[6]等問題。但超高層建筑復雜多變，爬模施工中遇到的問題不止上述研究。以華南地區某超高層工程為例，針對超高層爬模施工過程中常見的塔式起重機配合施工、布料機結合施工、變截面爬升、爬模拆改、爬模架體抗風拉結、輔助爬升、綠色施工和安全防護等關鍵問題進行較全面的分析。

1 工程概況

1.1 結構特點

該項目結構類型為鋼筋混凝土核心筒+鋼結構外框形式，地上59層，最大結構高約286m。核心筒外墻和電梯井采用液壓爬模方式進行施工，核心筒內水平結構同步施工，外框鋼結構滯后施工。

該項目平立面變化較大，存在平面結構內收與立面墻厚收縮量較大的特點；層高較高，且層高變化較大，核心筒標準層層高為4.5，4.0m，非標準層最高為5.9m；同時，52，53層為伸臂桁架層，相關部位需要預留牛腿。

1.2 液壓爬模概況

將液壓爬模應用于核心筒第4～59層結構施工，爬模最大爬升高度為279.88m。本項目共設置13組爬模架體，51個機位，其中外墻設置第1～6組架體，電梯井設置第7～13組架體。架體間采用工字鋼連接，并用U形螺栓固定，以保證架體強度、剛度、穩定性及整體性。標準層液壓爬模架體布置如圖1所示。

圖1 標準層爬模布置

核心筒外墻統一采用鋁合金模板施工，將相應鋁合金模板吊入外墻爬模架模板支撐體系，安裝后隨架體同時爬升，節省塔式起重機吊運模板次數，同時架體頂層可堆放物料，最上層平臺可承載物料為400kg/m2，滿足整層鋼筋堆放及使用要求，解決勞動力、機械設備、生產材料使用和調配制約等問題。

爬模架體共設6層操作平臺，上2層為綁筋操作平臺，可借助此2層平臺綁扎鋼筋；中間2層為鋁合金模板操作平臺，可在此平臺上完成合模、拆模、清理模板等工作；下層為爬升操作平臺；最底層為拆卸清理維護平臺，主要用于拆除上道爬模附墻支座。爬模通過封模層下部1.2m處的穿墻螺桿式固定支座附著于墻體上。當墻體混凝土達到脫模要求后，將鋁合金模板退出600～1 000mm，便于清理模板。核心筒爬模架立面如圖2所示。

圖2 爬模架立面示意

2 核心筒液壓爬模設計與施工技術

2.1 液壓爬模與動臂塔式起重機結合施工

在核心筒外布置2臺外掛式動臂塔式起重機，在核心筒南北各設置1臺。為保持外墻爬模整體性，在塔身周圍安裝液壓爬模，使爬模沿外墻圍成1圈，周身連成整體。

動臂塔式起重機與外墻爬模均布置在核心筒外，隨施工進度豎向提升。為避免爬模機位與動臂塔式起重機外掛架相互干涉，提前模擬爬模爬升與塔式起重機頂升施工，確定兩者施工配合規則如下：在塔式起重機爬升區間內，首先使爬架最底部高于塔式起重機外掛架，然后在保證爬架最頂端不碰撞塔式起重機平衡臂及配重的前提下，控制爬模爬升至指定位置，隨后安裝塔式起重機上層外掛架，最后頂升塔式起重機至下一區間并重復上述過程。

2.2 液壓爬模與布料機結合施工

核心筒內采用2臺布料機澆筑混凝土。隨著核心筒高度逐漸增加，布料機同步提升，為此，結合布料機與核心筒電梯井內爬模，布料機通過特殊鋼支架進行固定，隨爬模一起爬升。

設置2臺HGY21型混凝土布料機，每臺布料機通過鋼梁與2組爬模頂層平臺連接，在爬模頂層形成大平臺，2組架體只允許攜帶布料機，嚴禁任何其他堆載。1臺布料機布置在7，8組架體上，另一臺布料機布置在12，13組架體上。

HGY21型混凝土布料機技術參數如下：半徑為21m，回轉范圍為360°，液壓系統壓力為22MPa，采用支腿式安裝法，支腿跨距為4.5m×4.5m，設備重4 920kg，配重為3 000kg。

布料機自重荷載較大，施工時受力情況復雜，需要校核布料機下方爬模架體的強度及穩定性。其中北側電梯井爬模尺寸為6 735mm×9 870mm，南側電梯井爬模尺寸為5 750mm×9 730mm，北側架體機位間距更大，受力情況更加不利，故選取北側架體進行驗算。

當布料機工作時，由于布料機臂架工作方向變化，下方4條支腿受力將產生變化。在最不利工況下，布料機前部支腿受力達71.3kN，中間2條支腿受力為10.3kN，后部支腿受力為0。

在最不利工況下，通過有限元軟件計算得到架體所受最大應力為174.3MPa，位于架體主梁頭及上架體連接橫梁部分，未超過架體材料屈服強度235MPa，加之應力超過區域面積較小，架體強度滿足施工要求。架體最大位移為6.42mm，位于爬模頂層平臺橫梁位置。根據JGJ 162—2008《建筑施工模板安全技術規范》[7]，爬模主梁最大變形限制為計算跨度的1/500，即19.7mm，故架體變形滿足要求。

布料機與爬模結合的施工要點是保證布料機與爬模連接牢固，防止混凝土澆筑過程中布料機移位，同時嚴格控制爬模上除布料機外無多余荷載。澆筑混凝土時，現場人員時刻觀察布料機、爬架形態，當出現明顯變形、過大振動等情況，及時終止施工操作，將布料機吊離爬架，待查明原因并處理完畢后再進行施工作業。

2.3 上架體抗風設計及措施

爬模上部4層架體高度為10.1m，通過高強螺栓連接下架體，屬于懸臂結構。為減少風荷載對上架體的影響，采取上架體拉結加強措施。

在核心筒內澆筑混凝土時，在連梁頂部用鋼管預留地錨，架體爬升完畢后用鋼管將爬模上架體與連梁位置的結構地錨進行剛性拉結；對于結構連梁分布較少的墻體，將爬模上架體與核心筒勁性鋼柱進行拉結；在爬模上2層拐角架體斷開處，使用鋼管將拐角兩側上層架進行焊接拉結，將整個爬模上架體拉結為整體。若遇到變截面斜爬時，割除架體拐角處的焊接拉結。

為驗證風荷載對架體的影響，采用有限元軟件對14級風力下，核心筒外墻爬模架體拉結工況進行有限元模擬。得到架體最大應力為200MPa，未超過架體材料屈服強度，且應力超過區域面積較小，架體強度滿足施工要求。架體最大位移為11.55mm，位于模板支架層，符合《建筑施工模板安全技術規范》需求。計算結果如圖3所示。

圖3 上架體抗風拉結云圖

2.4 結構變化與爬模施工

2.4.1爬模變截面斜爬

隨著核心筒結構升高，核心筒第11，22，33，54層外墻厚度發生收縮，收縮值分別為150，150，200，250mm，墻體截面收縮影響爬模爬升。

為保障爬模順利爬升，在變截面樓層附墻裝置處設置墊板，墊板厚度為截面變化厚度減去50mm。變截面爬升時，先在上層安裝墊板及附墻裝置，檢測爬升層墻體強度達15MPa，然后操作電控按鈕爬升導軌，當導軌快爬升至上層附墻裝置前，調節下架體的調節支腿，使導軌向內傾斜，進而爬升入位；導軌入位后，爬升架體，完成變截面爬升。

爬模爬升過程中的核心問題是導軌正常入位，只有導軌正常爬升至上層附墻裝置處，才能使架體爬升過程中的受力通過導軌順利傳遞到附墻裝置。因此，變截面斜爬時需要關注導軌是否正常下壓到頂層附墻裝置的承力塊上。爬模每次爬升可消化50mm的變截面尺寸，以此類推，150mm變截面經過3次斜爬后，架體恢復為正常爬升狀態。爬模斜爬時需向外側移動架體拐角處護網，同時由于結構外墻收縮，轉角處平臺板需進行局部切割處理。

2.4.2爬模平面拆改

本工程建筑結構形式變化較大，超過44層后，東側核心筒結構內收，相應爬模需進行拆改，保留并調整8～10號機位位置，將11～13號機位進行退場處理。拆除步驟如下：清理架體→拆除鋼板網→整體拆除上架體→整體拆除模板支撐架→拆除導軌→拆除液壓電控系統→整體拆除下架體。安裝步驟如下：安裝下架體→安裝模板支撐架→安裝上架體→安裝爬模防護網→驗收使用。

2.4.3伸臂桁架層爬模施工

在52，53層設置伸臂桁架層，核心筒結構需預留8根牛腿。按照最長牛腿考慮，52層的每根牛腿長1 200mm，與爬模次梁和平臺板在平面位置上沖突，爬模需進行拆改，步驟如下：①確定牛腿與爬模沖突部位，割除沖突部分的平臺板，割除部位做臨邊防護；②在需要切割的平臺梁兩側設置支撐加固后，割除牛腿沖突部位的平臺梁；③使爬模架體爬升通過牛腿；④爬升通過后及時焊接次梁及平臺板，在次梁斷口位置采用四面貼板滿焊的形式重新進行焊接。

2.5 核心筒液壓爬模施工措施

2.5.1輔助墻體

爬模10號機位于第37，38層，由于剪力墻局部縮短，附著位置變為洞口，需在此處連梁下部設置輔助墻體(經濟性較好)，以滿足爬模附墻裝置的安裝需求。

輔助墻體寬800mm、高950mm，厚度同剪力墻厚。在輔助墻體下方設置支撐桿，當架體爬升后，墻垛不受力時進行拆除。輔助墻體如圖4所示。

圖4 10號機位第37，38層輔助墻體

2.5.2爬模點位預埋

預埋套管是爬模架安裝及爬升的關鍵。在上層墻體綁扎鋼筋時預埋穿墻套管，用于安裝附墻裝置的穿墻螺栓，預埋時使用鋼筋焊接定位，防止澆筑混凝土時跑偏。根據JGJ/T 195—2018《液壓爬升模板工程技術標準》[8]，預埋套管偏差需嚴格控制在±5mm內，若預埋位置偏差較大，應采用水鉆開孔，進行修正定位。

2.5.3作業荷載控制

核心筒外墻爬模施工需嚴格控制施工荷載。爬模架平臺最頂層施工荷載為4kN/m2，動臂塔式起重機處施工荷載為2kN/m2，機位間距5m以上頂層平臺限載為1kN/m2，懸挑部位限載為1kN/m2，爬模主平臺(上數第4層)施工荷載為1kN/m2，其余平臺嚴禁堆載、超載，架體懸挑位置頂層平臺禁止堆料[9-10]。爬模頂層平臺限載如圖5所示。

圖5 爬模頂層平臺限載

2.5.4混凝土噴淋系統

在核心筒外墻設置混凝土噴淋系統，用于養護外墻混凝土。爬模混凝土保養用水管道在爬模第2層綁筋平臺下口及主平臺下口各設置1道，距墻面450mm[11]。主管道采用φ32 PVC水管，設置噴霧可調水龍頭，間距1.2m，每組爬架間采用軟管連接，當爬架爬升時拆開接頭，爬升后再連接使用。噴淋系統如圖6所示。

圖6 混凝土噴淋系統

3 核心筒液壓爬模安全管理

爬模架體與核心筒結構間設置200mm空隙，以保證架體爬升時不碰撞核心筒結構。為防止物料、人員等從空隙處墜落，在架體與結構、架體與架體間設置翻板。施工時封閉翻板，爬升時打開翻板。

液壓爬模體系的第3,4層為鋁合金模板支撐層，將核心筒外墻鋁合金模板吊入爬模支撐體系，安裝后外墻鋁合金模板可隨架體同時爬升。由于液壓爬模體系第3層平臺需考慮退模距離，故此層通道較窄，在鋁合金模板合模階段無法借助此平臺加固模板。針對此特點應先優化液壓爬模體系，在此層平臺靠近模板位置設置翻折平臺，當模板合模時打開翻折平臺進行操作，開模時，收起翻折平臺，以保證有足夠的退模距離。

4 結語

1)爬模與塔式起重機同時作業時，應提前做好爬升模擬，始終保持爬模機位高于塔式起重機外掛架，且低于塔式起重機上部結構，保證兩者不發生沖突。

2)結合布料機與核心筒電梯井內爬模技術，隨爬模同步爬升，可加快施工效率，通過計算論證爬模攜帶布料機的安全性。

3)通過設置爬模架體，使結構與架體相互拉結，經抗風計算，爬模架體可抵抗14級大風，有效保證爬模使用過程安全。

4)當墻體截面尺寸變化較大時，可通過加設墊塊、調節支腿等方式使架體傾斜上爬，逐層消化變截面尺寸。

5)當結構墻體尺寸發生變化或出現外伸牛腿時，可通過設置輔助墻體或拆改局部架體等方式，保證架體順利爬升。

6)通過在爬模上安裝翻板、翻折平臺，保證鋼筋綁扎和模板施工時的作業安全。通過安裝噴淋系統，便于混凝土養護和作業面的文明施工。