超高层建筑施工装备部署研究

朱利君

上海建工四建集团有限公司 上海 201103

1 工程概况

南京金鹰世界项目位于南京河西地区，场地位于应天大街、所街路、江东中路和云锦路合围地内。地块总用地面积56 071.2 m2，建设用地面积50 071.2 m2，总建筑面积919 211 m2。本工程为集商业、酒店、办公、娱乐等功能于一体的大型综合体，包含地下室、裙房及塔楼3个区域，其中地下室4层（局部5层）、裙房10层、T1塔楼76层（368.05 m）、T2塔楼68层（328.05 m）、T3塔楼60层（300.05 m）。

本工程3栋塔楼为钢框架＋核心筒＋连接体桁架体系，外形均呈矩形。塔楼核心筒为钢筋混凝土结构，由低区内设剪力钢板＋劲性柱，过渡至中区内设劲性柱，最后转变为高区全混凝土结构。其中，T1塔楼内剪力钢板分布范围为底板至22层，T2、T3塔楼内剪力钢板分布范围为底板至7层。

塔楼区域共布置4道桁架层，其中位于43层处为伸臂桁架，由核心筒剪力墙伸出跨越外框，延伸并对接空中连廊形成整体。

2 塔楼施工关键点

超高层塔楼的施工效率直接关系到整个项目进度的推进，随着塔楼施工高度的增加，其施工矛盾也愈发突出，具体表现如下[1-2]：

1）材料运输问题：塔楼施工操作层与材料加工堆放间的高差导致材料的运输效率随着工程推进逐渐降低，传统落地式塔吊因基础承载等固有缺陷，已无法适应超高层塔楼的高效化施工要求。

2）施工平台问题：首先，随着建造高度的增加，高处坠落成为安全风险管控的首要问题；其次，操作面的材料临时堆载能力制约着塔楼的施工效率，因此具备临时堆载能力的封闭模架平台体系成为超高层建造的必备条件。

3）施工人员通道：传统高层施工条件下的施工人员通道存在一定的弊端。首先，考虑安全、效率及后续补缺等因素，人员提升机械布置困难；其次，人员提升机械无法直接到达施工操作层。

4）混凝土浇筑手段：超高层混凝土施工对泵车泵送能力、泵管排布方式、不同高度浇捣通道等提出了更高的要求。

3 施工装备部署研究

3.1 塔吊部署

在超高层施工中，受基础承载能力的限制，塔机更倾向于附墙自爬升式；从转体自由度、吊运速度和能源适配角度考虑，动臂式塔机较平头式塔机具有更大的优势。因此，塔楼施工时一般选用附墙自爬升式动臂塔吊来解决施工材料的垂直运输问题。

超高层塔楼一般设计为混凝土核心筒剪力墙加外钢框构造，在施工建造中需采用核心筒领先外框施工的策略，以消除剪力墙与外框钢梁差异性沉降造成的附加应力。同时，利用领先外框的核心筒剪力墙附着塔机，将塔机布置于塔楼中央区域，大幅增加塔吊有效吊装的覆盖范围[3-4]。

塔吊的附墙方式一般有外挂和内附2种。外挂基本采用三角架形式的爬升框，其对核心筒剪力墙刚度要求较高，但塔臂覆盖范围更广，材料运输更为自由、高效，并且留足距离便于多台塔吊布置；内附一般在核心筒内布置井字梁爬升框，其对核心筒内的空间要求较高，且不利于多台塔吊布置，但是对于较弱刚度的核心筒布置塔吊有较大的优势。

南京金鹰世界项目的核心筒剪力墙使用型钢混凝土，且最小厚度400 mm，刚度较大，为兼顾外框及空中连廊区域钢结构吊装，每栋塔楼均使用2台外挂式塔吊呈斜对角布置，如图1所示。

图1 塔吊平面布置示意

3.2 施工平台部署

金鹰世界塔楼外框竖向构件采用了SRC劲性混凝土立柱，水平构件采用了常见的型钢钢梁及桁架楼承板形式，该形式存在大量的混凝土现浇区域，因此外框同样需布置施工操作平台。塔楼施工采用核心筒领先外框的施工流程，从便于施工和安全操作的角度考虑，需要配备2套施工平台爬升体系分别用于核心筒和外框施工。

3.2.1 核心筒施工部署

针对核心筒竖向剪力墙施工，其施工平台倾向于整合模架的集成式提升装备，现阶段以整体提升式钢平台模架体系和液压爬模为代表。液压爬模是针对竖向剪力墙施工的外挂模板系统，无堆载条件，仅提供狭小的施工操作平台，但是操作自由度高、适应能力强；整体提升式钢平台通过形成一个梁柱系的框架体，在框架体内部布置模板与脚手架平台，且顶部还具备较好的堆载条件，但是该体系整体性强、适应能力低。

通常制约超高层塔楼核心筒施工进程的是材料物资的垂直运输能力，在塔吊吊能有限的条件下，位于施工面的临时堆载能力对工程进度起关键性作用。从该角度出发，金鹰世界项目选择了整体提升式钢平台模架体系作为核心筒施工平台。

现阶段该钢平台体系分两类（图2）。一类为筒架交替支撑式钢平台，即采用上下堆叠的2套筒体交替支撑受力，并且利用位于筒体间的液压油缸（一般位于平台最底部）实现平台的顶升，此平台可以简单地理解为“双腿爬楼梯”；另一类为钢柱筒架交替支撑式整体钢平台，利用架设于剪力墙顶面的钢柱通过置于顶部的液压油缸拉动底部的筒体实现提升，待就位后利用筒架底部的支撑牛腿实现钢平台承重，可形象地理解为“爬竹竿”。

图2 两类钢平台体系

施工建造平台需根据具体项目的实际环境进行选取，金鹰世界项目塔楼核心筒拥有剪力钢板、伸臂钢桁架等典型特征，可分别采取如下对策：核心筒墙体剪力钢板的施工，一般通过使用筒架交替支撑式钢平台模架体系，在2个筒体的交替支撑与爬升中留出剪力钢板施工空间，同时将顶部钢梁设计为可拆卸式，并留出承载余量，从而给剪力钢板留出下料空间；对于剪力墙角部的外伸钢桁架，一般把钢平台外脚手架悬挑梁设计为快拆快恢复式，桁架层施工时，在拆除钢桁架区域外挑钢梁后进行顶升，待就位后恢复，实现钢桁架的跨越。

金鹰世界项目T1塔楼剪力钢板伸至22层，T2和T3剪力钢板仅到7层，且筒架交替支撑式钢平台造价为普通钢柱筒架交替支撑式整体钢平台的数倍。为降低造价，T1塔楼选用筒架交替支撑式钢平台，T2和T3塔楼使用传统模板排架施工，超过剪力钢板层后，再安装钢柱筒架交替支撑式整体钢平台。

3.2.2 外框施工部署

对于外框及水平结构施工，一般选用传统的整体提升式脚手架构建施工平台即可满足施工需求。由于金鹰世界塔楼一立面为1.85°的斜面，空中连廊区域层高较大且有牛腿伸出，因此在实际施工中面临以下难题：外立面斜面的爬升、大层高爬升、牛腿避让。

1）外爬架小角度（一般在3°以内）斜爬一般直接通过更改轨道或者优化导轮槽来实现，由于金鹰世界塔楼采用了钢管导轮槽式外爬架，因此采用了改进的双向导轮槽式抗倾装置（图3）来实现斜面的爬升。

2）针对大层高（金鹰世界项目层高8 m），为满足规范中悬臂段不得超过6 m的要求，在大层高中间高度区域使用三角斜撑设置中间过渡提升钢梁（图4），同时兼作抗倾拉结点。

图3 双向导轮槽式抗倾装置

图4 整体提升脚手架大层高爬升措施

3）由于外爬架是以单个提升动力（机位）为基础的单元模块，因此在前期爬架策划阶段，将提升机位和立杆避开牛腿。在实际提升中，将单次提升行程中外爬架横杆与牛腿冲突区域拆除，并在顶部与底部利用斜杆做加强处理，待提升后恢复横杆，按此多次实施直至越过牛腿。

3.3 人货梯布置

在塔楼核心筒施工阶段，人货梯仅停靠地面及施工操作层，为提高人员运输效率一般会选择高速人货梯；但在外框施工时，人货梯兼用于二结构及机电施工，此时停靠楼层增多，高速人货梯发挥不了绝对的优势，且增加额外的安全管理风险和经济投入，因此，倾向于选择中速或低速人货梯。

对于内筒人货梯，其定位考虑因素如下：尽量选用结构中的非消防电梯井道作为人货梯位置，避免后期消防梯提前安装造成影响；控制因与人货梯冲突而导致结构板后做的数量及面积。

对于外框人货梯，其定位考虑因素如下：避开结构斜立面，从而可以使用固定长度翻板，避免搭设过桥平台；避开裙房、连廊区域以及结构柱；为便于后期幕墙施工，人货梯布置时应紧凑；尽量靠近通道，如场布中的道路，避免拉长安全通道距离。

基于以上几点，金鹰世界项目的人货梯布置如图5所示。

图5 塔楼人货梯布置平面

在塔楼施工中，人货梯部署与主体结构和施工平台关系密切，因此，人货梯需要额外考虑到达施工平台层的附墙问题以及后期人货梯区域楼层板的补缺施工[5-7]。

1）人货梯到达施工平台层后，解决附墙问题的核心为设计动静过渡载体用于人货梯标准节与施工平台的连接，因此，人货梯活动附墙架（图6）得到应用。该附墙架在电机的驱动下可沿着导轨上下移动，也可在离合器松开的条件下自由上下滚动，从而解决了钢平台爬升工况下的附墙问题。

图6 人货梯活动附墙架

2）人货梯一般占用面积较大，达到了4 500 mm×5 500 mm范围，电梯井满足不了该空间，必须占用电梯井外的平台板，因此后期电梯拆除后需进行补板施工。而超高层建筑的楼层面较多，导致补板周期较长。针对该问题，通过设置多个平台层实现硬隔离后同步施工，成倍提高施工效率，避免因补板造成的工期滞后。

3.4 混凝土泵送及浇捣

塔楼核心筒先于外框结构施工，导致混凝土浇筑面临以下问题：混凝土泵送高度高，对混凝土泵车的泵送能力要求较高；泵管布置时需要考虑核心筒和外框的不同高度分阶段施工；混凝土反冲压力大，安全隐患高。

根据规范，混凝土泵送阻力可粗略按照水平每米损失0.001 5 MPa估算，垂直管道按照4倍的水平管计算，因此，对于高度368 m的混凝土泵送加上空泵压力损失，需选择泵送能力在27 MPa以上的混凝土固定泵。为降低成本，可根据以上计算方式粗略估算分阶段的泵车要求。对于金鹰世界项目，混凝土泵车最大选用了中联重科ZLJ5180THBE和三一重工HBT90CH-2135D。

塔楼核心筒单框混凝土约为150 m3，按需求仅布置一路泵管即可。为防止堵泵，增加安全冗余度，采用了双排泵管布置。同时，楼层施工高度较高，故选择回环式水平泵管布置，极大地降低了混凝土反冲压力。此外，为兼顾不同施工阶段不同高度的泵送需求，泵管布置时采用快拆方式：竖向泵管每层设置一段快拆短管，在浇筑该楼层时，使用液压千斤顶将该短管拆除，接驳1根普通水平输送管后，将混凝土泵送至此高度，实现外框楼面混凝土浇筑，如图7所示。

图7 塔楼快拆泵管布置原理

4 结语

本文基于南京金鹰世界项目的超高层塔楼施工，总结了现阶段超高层塔楼建造中塔吊、施工平台、人货梯及混凝土泵送设施的基本部署，主要内容如下：

1）利用核心筒与外框的施工顺序差在剪力墙上布置附墙式动臂塔吊，并根据剪力墙的刚度情况合理选择外挂或内附式塔吊。

2）对于核心筒施工，在塔吊吊能紧张的条件下优先选择具有临时堆载能力的整体提升钢平台模架体系，该施工平台体系虽然在整体刚度、施工环境上占据绝对优势，但其应用自由度较其他平台体系差，因此需重点考虑该平台在核心筒外伸构件施工中的措施；对于外框施工，采用传统自提升脚手架平台体系已经满足施工需求，但对于大层高和倾斜式外立面需在部署中重点考虑。

3）核心筒人货梯在布置时需最大化利用现有结构电梯井道，尽量降低占用楼层板的面积，减少后期补板工程量；为提高劳动力效率，可结合施工平台使用活动式附墙架。

4）高层混凝土泵车压力按照每米高度0.006 MPa选用，混凝土泵送设施需考虑多阶段多楼层的浇捣需求。楼层快拆式泵管排布方式在超高层建筑中应用较多。此外，可布置回环式水平泵管及楼层间的缓冲角以减小混凝土的反冲效果。