塔台工程中外架结构设计与优化

塔台工程中外架结构设计与优化

王德富  黄康 韦文安 滕飞   慕海涛

中国建筑第八工程局有限公司  广东省广州市 510000

摘要：塔台主要采用以目视和视频监控为主的方式掌握地面运行动态，为了确保管制工作安全，塔台的建筑高度应满足其通视要求，塔台筒身直径相对较小，高宽比较大，故而塔台建筑多为高耸建筑。塔台主要功能为塔顶的管制室、休息室及设备层。塔台建筑结构的安全可靠性是保证系统正常运行的关键。是保证震后救灾的基本条件。

关键词：塔台;模架;优化;施工技术；

为解决某塔台核心筒尺寸小、操作空间狭窄、传统爬模技术难以满足现场施工要求的难题，根据塔台项目结构形式、施工工期紧、安全质量要求高等特点，设计外爬模内散拼木塑模板新型模架体系，并对新型模架体系进行优化。通过优化，实现了高耸混凝土结构工序穿插配合，降低了塔式起重机负担，提高了工程质量，缩短了工期，取得了良好的经济效果。

一、工程特点

1.工期。工程合同工期390d，2层地下室、17层地上结构，共19层，工期紧。为保证工期，核心筒、钢结构、楼梯、幕墙需垂直交叉在不同高度上共同施工。

2.安全工程高度92.6m，高度较高，垂直交叉作业多，需保证工人高空作业安全，且封闭上部平台防止杂物坠落。

3.质量核心筒为圆形，模板定位要求高，需布置外部刚性支撑点，保证混凝土成型尺寸。

4.工程操作面狭窄核心筒单层面积仅50m2，管道井面积仅2m2，操作空间狭窄，无材料堆放空间。

5.设计要求高剪力墙严禁开洞、植筋;核心筒直径较小，对施工过程中核心筒水平力有严格限制。

二、外爬模内散拼新型模架体系设计和方案优化

1.爬模方案。爬模架体设计方案为:爬模架分4层，从下往上依次为下挂层、液压层、模板层、操作层，架体高度为2个核心筒标准层高度(12m)，共使用8个液压爬升机位，分为4个爬升单元，可分别爬升，也可整体爬升，本工程采用整体爬升。每次混凝土浇筑高度为3m，模板高3m，钢筋绑扎高度3m。每个标准层高6m，浇筑2次墙、1次顶板混凝土，工期9～10d。钢结构外筒施工水平分段为6m，工期10d。1)平台设计。根据现场混凝土施工要求，为满足现场施工时钢筋绑扎所需平台高度需求，外侧爬模架体及内筒爬模共设置4层操作平台:①上平台供施工时放置钢筋等材料及绑扎钢筋等施工操作使用;②主平台供模板后移使用兼作主要人员通道;③液压操作平台爬模爬升时进行液压系统操作使用;④吊平台方便拆卸挂座、爬锥及受力螺栓以便周转使用。外侧爬模架体设计总高度为12.75m，2)外模板系统。外模板采用后移装置与上操作支架分离的方式，上操作支架固定在主平台上，模板利用后移装置进行后移，利用后移装置上的调节座调节模板垂直度。3)模板节点。2块模板之间在背楞位置采用芯带连接，芯带两端各有2个芯带销，由于芯带孔位间距与背楞孔位间距不同，因此，将4个芯带销打紧后，2块模板即可紧密地连接在一起，确保模板不会出现错台及漏浆现象。4)预埋节点。单埋件系统预埋件螺栓直径为20mm，采用45号钢;受力螺栓为M42，10.9级，标准单埋件节点(本做法适用于墙厚≥300mm的爬模架体埋件埋设，使用安装螺栓将埋件固定在模板面板上，退模时将安装螺栓取下即可)。

2.爬模方案施工整体优化。1)工程原设计为混凝土悬挑楼梯，设计要求混凝土楼梯与核心筒混凝土同步施工，但采用爬模施工要求混凝土外壁光滑、剪力墙内预留钢筋后期凿除，且在悬挑板根部留置施工缝不利于悬挑结构受力，钢楼梯长206m，4 000根钢筋需预留焊接，工作量大。为满足爬模施工，通过有限元模拟计算，将外置混凝土螺旋楼梯改为钢楼梯，核心筒施工仅留置预埋件，后期吊装焊接，满足爬模施工，降低螺旋楼梯施工难度。6m高螺旋钢楼梯工厂加工后，分8段吊装，工期仅3d。2)爬模设计时核对图纸，进行BIM模型与爬模模型碰撞分析，爬升装置布置位置选择避开钢结构连梁及钢楼梯预埋件。塔台14～17层安装洞口较多，提前核对洞口位置，爬锥布置避开洞口位置。工程14，16，17层钢骨梁耳板设计凸出墙面500mm，爬模设计时架体横梁尽量避让钢骨梁耳板，无法避让的耳板，优化受力较小的耳板连接方式，在耳板凸出混凝土墙面100mm处，将耳板断开，待爬模架下挂层爬升至该耳板高度时，再将耳板进行全熔透焊接，以满足爬模正常爬升。3)核心筒正值冬期施工，按10d/层速度施工，混凝土强度3d需达到15MPa，冬期难以实现。采用优化混凝土配合比，提高早期强度，增加水化热，混凝土采用P·O42.5Ｒ水泥，减少粉煤灰用量，核心筒采用外侧包裹棉被、内侧生火炉措施。4)定制散拼木塑模板与外爬模的配合。①核心筒直径仅8m，分为2个电梯井、4个管道井、1个电梯前室。管道井面积仅2m2，每层均有水平结构，内爬模难以实现，通过优化对拉螺栓间距，将原外爬模对拉螺栓间距缩小1倍，也满足了散拼内模板的支撑刚度。通过塔式起重机吊运内模板，达到内、外模板协同施工。为保证混凝土成型质量，内模板定制锐角、钝角模板，通过与平面模板固定，满足管道井、电梯井夹角混凝土成型质量。②核心筒剪力墙外模使用φ15对拉螺栓，材质为45号钢，破断拉力150kN。爬模主梁为工字钢，次梁为15cm工字木方，对拉螺栓设计为水平间距1 500mm、垂直间距1 200mm，但无法满足内拼模板加固体系受力。对拉螺柱间距设置优化为:采用φ16对拉螺栓，螺栓间距横向为500mm、纵向为1 200mm。地上结构内墙最低一道螺柱距底300mm，圆弧剪力墙对拉螺栓间距。5)为不影响钢外筒施工，设置1台内爬单笼施工电梯于塔台主楼北侧电梯井内。该施工电梯从1～15层随结构施工布置，设置高度79.2m。每次顶升1层约6m，跟随爬模施工，保证人员到达爬模下挂层。施工电梯到达楼层，需3个向上标准节、1个安全节，总高度从楼面向上需6m。核心筒施工完水平结构后，将电梯井防护打开，进行施工电梯顶升，顶升后施工电梯可到达水平结构浇筑完成的下方楼层。经过方案模拟发现，墙体3～6m段施工时，施工电梯还未顶升，到达的楼面与爬模架下挂层存在3m高差。为保证人员上下爬模架体，设置3m下挂层，保证人员从电梯上至爬模。

3.爬模施工。爬模施工流程为:3m高墙钢筋绑扎→3m高模板安装加固→夜间3m高墙混凝土浇筑→混凝土达到爬升强度及3～6m高墙钢筋绑扎→墙模板拆除，3～6m高墙钢筋绑扎→3～6m高墙模板安装加固→夜间混凝土浇筑→混凝土养护至爬升强度→墙拆模、板模板安装→梁板面钢筋绑扎，楼板混凝土浇筑，以此循环。

4.爬模拆除。1)拆除流程。按规定要求，爬模装置拆除前应明确平面和竖向拆除顺序，按现场塔式起重机起重力矩要求，将爬模装置的外筒按顺时针(或逆时针)方向逐个单元拆除。①浇筑完最后一层混凝土→②拆除主平台以上架体→③后移模板→④拆除模板→⑤拆除导轨→⑥拆除下层挂座→⑦拆除液压系统→⑧拆除下架体及挂座。2)拆除单元划分。爬模拆除最远单元距塔式起重机22m以内、塔式起重机悬臂24m以内，吊重达5t，单元最大单次吊重4.8t，因此能满足要求。

总之，根据塔台项目结构形式、施工工期紧、安全质量要求高等特点，对比分析悬挑脚手架、滑模、爬模不同模架体系，创新性地使用外爬模内散拼木塑模板新型模架体系，解决了高耸混凝土结构操作空间狭窄、结构设计要求高的难题。为满足新型模架体系要求，将原设计混凝土螺旋楼梯优化为钢楼梯，采用BIM技术，优化爬锥位置避让外墙洞口及钢结构预埋件。合理安排爬模架安装时间，控制爬模架在核心筒施工高度至10m时安装为宜。

参考文献：

［1］史东，浅谈塔台工程中外架结构设计与优化．2022．

［2］张福生．新型附板式液压爬模施工技术.2020.