直登顶模双标准节施工电梯的设计与应用

 邹  俊1，孙  晖2，杨  玮3，李  杰2

（1．中国建筑股份有限公司，北京  100037；2．中国建筑第四工程局有限公司，广东广州  510000；3．中建三局第一建设工程有限责任公司，湖北武汉430000）

[摘要]为满足施工电梯直接运输人员至顶模平台，结合顶模系统的设计特点（常规的爬模、滑模体系也存在此类问题），施工电梯自由高度需达到约20m才能实现。研发设计出双标准节施工电梯，利用双标准节及标准节间特殊连接设计，以相对经济的技术手段实现了这一目标，将计划为最高工作面服务的施工电梯布置在核心筒外侧，并保证电梯梯笼可避开顶模钢平台，直冲到顶。

[关键词]高层建筑；顶模；平台；施工电梯；监控

[中图分类号]TU857[文章编号]1002-8498(2016)12-0042-05

0  引言

 顶模系统凭借安全、高效的特点，已被广泛应用于超高层建筑核心筒墙体施工。正常情况下，顶模系统上的施工人员有200~ 300人，高效地把施工人员运送至作业面是保证施工作业顺利开展的重要条件。综合已有的工程案例，施工人员从施工电梯进入顶模系统的方式大致可分为两种：①施工电梯把施工人员运送至顶模挂架底部，施工人员从挂架底部进入顶模系统，在此方式下，施工人员上顶模平台需爬约15m高的挂架爬梯，耗时且费力；②施工电梯直登顶模平台，施工人员直接从顶模平台进入顶模系统，此方式方便快捷，但由于在挂架阻挡部位施工电梯不能附墙，且在模板系统爬升与电梯加高之间存在时间差，需要施工电梯有大约20m的自由高度，而普通施工电梯自由高度只有7. 5m,且附墙最大间距需达10. 5m，均成为施工电梯直登顶模平台的难点。

1  施工电梯连接顶模案例分析

 广州珠江新城西塔、深圳京基100和广州周大福金融中心是目前国内少数已建成或封顶的百层高楼，而其主塔楼核心筒墙体均采用智能顶模系统施工。

1.1广州珠江新城西塔施工电梯27m自由高度直登顶模平台

 广州珠江新城西塔地上103层，总高度440. 75m，平面呈三角拟合弧状心形（见图1），立面为中间粗两端细的梭形。主塔楼结构体系为筒中筒混合结构，核心筒为钢筋混凝土结构，外框筒为钢结构，其中外框钢柱为巨型斜交网格体系。施工电梯最好能直达各工作面，尤其是结构施工阶段最高工作面，即顶模平台。受自由高度限制，施工电梯只能达到爬升模板系统的底部，且在模板系统爬升与电梯加高之间存在时间差，即存在施工电梯服务盲点。为充分提高施工电梯功效，实现施工电梯直接运输人料至最高顶模平台，在高区施工电梯设置时，项目部考虑在核心筒中间设置3部施工电梯，呈三角形布置，利用周转桁架将3部施工电梯的标准节连接成整体，提高电梯标准节的抗侧刚度，进而实现了施工电梯27m自由高度，这在世界范围内均未见先例，由此大大提高了电梯运输功效。

1.2深圳京基100施工电梯钢平台辅助进入顶模挂架底部

 深圳京基100地上100层，高441. 8m，框架核心筒结构，核心筒墙体采用顶模系统施工。2台施工电梯（3号和4号）布置在核心筒外，可上到顶模。核心筒结构施工期间，顶模系统上的全部施工人员由3号和4号电梯运输，因此造成这2部电梯输送压力较大。另外，核心筒墙体分别在21，43，58，77层多次变截面，故施工电梯与墙体的距离变化较大。因此，需在3号和4号电梯出口处安装与挂架架体脱离的独立施工电梯钢平台，施工人员从顶模挂架下来后到达钢平台等待电梯，以缓解上下人流集中停留在挂架架体上，给架体带来过大集中荷载的压力；另外通过改变平台的进深尺寸，解决电梯与墙体距离的变化问题。图2为深圳京基100上顶模电梯平面布置，图3为施工电梯钢平台示意。

 经实践证明，该方案切实可行，但顶模上的施工人员每次上下均需爬挂架爬梯，耗时费力，且周转施工电梯钢平台增加了措施费用，因此，设置施工电梯钢平台辅助上下顶模非最佳解决方案。

1.3广州周大福金融中心双标准节施工电梯直登顶模平台

 广州周大福金融中心主塔楼地上111层，总高530m，巨型框架核心筒结构，核心筒墙体采用顶模施工。该项目垂直运输部署综合考虑上述两个案例的经验，为使施工人员能够便捷地上下顶模，要求施工电梯直登顶模平台。为满足此要求，结合顶模系统的设计特点（常规的爬模、滑模体系也存在此类问题），施工电梯自由高度需达到约20m才能实现。由于该工程主塔楼平面大致为正方形，不适合复制广州珠江新城西塔项目的经验，对此，该工程项目部联合某公司，共同研究探讨、分析计算，以相对经济的措施手段实现这一目标，研发了能够直登顶模平台的双标准节施工电梯。

2  直登顶模双标准节施工电梯设计

2.1设计要点

 1)将直登顶模的施工电梯布置在核心筒外侧，并保证电梯梯笼可避开顶模钢平台，直冲到顶。

 2)将施工电梯的标准节壁厚加大，并采用900mmx650mm双标准节形式，提高其强度与

刚度。

 3)正式附墙设计为一层一道，在顶模系统钢平台桁架底部及顶部设置周转临时附墙，以最大限度地降低电梯的附墙间距。图4为双标准节施工电梯。

2.2超远变距离附墙设计

 采用顶模施工的核心筒墙体，通常为变截面墙体，以广州周大福金融中心为例，核心筒剪力墙外侧墙面内收，墙体由1 500mm变化至400mm。且按照常规标准的施工电梯附墙间距范围在2.5~4. 1m，无法满足超远附着要求。在工期紧张的情况下若层层设置超远距离附墙，工作量及工作难度均大大增加，则每次加节作业势必会对关键线路造成影响。通过双标准节电梯的设计，实现运行标准节中心点和结构之间的水平距离达4.9~ 6m，使梯笼有效地避开顶模外挂架，保证了梯笼和顶模顶升的正常运行。图5为增加附墙标准节超远变距离附墙示意。

3  施工电梯基础的特殊设计

3.1植根于底板的电梯基础设计

 一般情况下，施工电梯基础可设置于地下室顶板（或地下室楼板，以下合并简称顶板）或地下室底板。

 对于普通高层建筑，施工电梯基础设置在地下室顶板，只要对地下室顶板做结构加固、简单的回顶加固措施即可，甚至不需回顶。但应用直登顶模双标准节施工电梯的工程，往往是400m以上超高层，施工电梯竖向荷载是普通工程的若干倍。如采取结构加固措施，则由于超高层施工电梯荷载较大，加大梁板尺寸后，楼层净高未必满足建筑要求。若采取回顶加固措施，由于各层梁宽度不一，钢构件回顶施工难度大，若考虑混凝土柱回顶，后期凿除工作困难，很难满足业主对混凝土表观质量的要求。因此，在超高层建筑施工中，施工电梯基础设置在地下室顶板不是较好的解决方案。

 若施工电梯基础设置在地下室底板，由于超高层建筑底板较厚，可以以底板作为施工电梯基础，节省了施工电梯基础施工及打凿的费用。只需地下室结构施工时预留施工电梯洞口，待施工电梯拆除后再封闭。而且，无须因施工电梯缓冲装置突起而设置进电梯的斜坡，运输更加方便。

 然而，双标准节施工电梯设置在核心筒与外框结构之间，其位置很难避开主梁。以广州周大福金融中心为例，双标准节电梯的标准节与地下室结构主梁位置冲突，若该主梁后施工，则影响区域过大。为此，项目部设计了一个钢平台，避开结构梁设置桁架式基础，考虑首层为上人平台，且电缆小车占用竖向空间，平台做于地下1层，基础直接焊接于平台上。钢架平台由项目部自制及校核，钢架平台底部采用4列650mm×650mm×ϕ8mm标准节作支撑。如此，只需在地下室楼板预留4个标准节的洞口即可，施工电梯对结构的影响大大减小。图6为钢架平台效果，图7为钢结构转换基础示意。

3.2楼层间钢结构基础的特殊设计

 双标准节施工电梯通常应用在超高层建筑中，因高度超高，施工电梯底部标准节需承受巨大的竖向荷载，电梯本身的设计高度受到限制，而且电梯安装部位结构楼板的封闭影响楼层间砌筑、机电、装修等施工作业的开展，故在超高层施工过程中考虑转换电梯的问题，以广州周大福金融中心为例，在不影响原外框钢结构的前提下设计措施钢梁作为施工电梯基础，并经受力复核验算，结构承载力满足要求。具体设计如图8所示。

4  双标准节施工电梯应用

4.1  顶模顶升前后电梯施工流程

 顶模每次顶升前后，双标准节施工电梯需要加节并做相应的配合措施，方可正常运行。双标准节施工电梯在顶模顶升前后的施工工艺流程为：顶模顶升前→运行标准节及辅助标准节加节→导轨架之间连接架安装→顶模端桁架临时附墙拆除→顶模顶升→快拆临时连接件安装→电梯运行→附墙架连接。

 需要注意的是，在提升爬模前，必须松开升降机与爬模连接处，此时升降机不能开到标准节顶部，最高只能开到有与墙体连接的固定附墙处，为防止升降机再往上开动，每次爬模提升前升降机都要安装1套临时限位碰铁装置。当爬模提升完后，连接固定好爬模上的两道附墙后，拆开临时限位碰铁装置，升降机才能上到顶部。

4. 2  顶模顶升前后电梯施工操作要点

 双标准节电梯的特殊设计实现了直登顶模20m的超远垂直附着距离，但施工过程中特别需要注意附墙拆除及安装流程，尤其是顶模顶升前后电梯的安全性，具体操作要点如下。

 1)标准节竖向连接杆按每4. 5m -道设置，附墙架按楼层标高设置（超过6m的楼层焊接辅助钢梁按6m每道设置），如图9a所示。

 2)在顶模顶升前，运用梯笼顶部操作平台先吊装标准节及辅助标准节的加节后完成连接杆的安装，如图9b所示。

 3)运用梯笼顶部平台拆除临时周转附墙后，将梯笼下落至最底层开始顶模顶升，如图9c所示。

 4)顶模顶升完成后开始恢复连接顶模平台桁架的2道周转临时附墙杆，按顶模4. 5m的爬升步距，双标准节的最大附着间距已达20m，此时施工电梯可正常运送人员上下顶模平台，如图9d所示。

 5)最后完成辅助标准节与核心筒墙体连接的附墙架安装，保证电梯的稳定性，如图9e所示。

5  直登顶模双标准节施工电梯效益分析

 常规施工电梯只能到达顶模底部，需在挂架底部设计一钢结构上人楼梯进入施工区域，顶模挂架底部至平台桁架底部长14m，单独设计上人楼梯需耗费型钢材料约3t，按市场价格每吨钢材购买、加工、运输综合单价6 000元／t计算，可节约费用1.8万元。

 双标准节设计实现了20m的附着距离，顶模作业面工人上下（包括零星材料运输）时可直接乘坐施工电梯至顶模平台，无须在操作架楼梯中排队上下，缓解了超高降效效应。

 按标准层施工核心筒剪力墙结构需60名工人考虑，1d 2次上下顶模上下班平均减少排队20min，每天节约近20工时，塔楼结构施工（顶模安装后）2年时间，共计节约工时14 600h，每个工(8h)约300元，合计节约费用54. 75万元。

 因施工电梯基础采用钢结构转换平台设计，电梯基础设置在地下室底板可减少支撑梁回顶措施，回顶采用混凝土斜支撑梁，设计在电梯基础底部和竖向结构柱或剪力墙连接，设计考虑斜撑支撑梁截面700mm×700mm，长度5m，按一般结构梁配筋，可节约材料、人工及打凿费用约8万元。

 采用直登顶模双标准节施工电梯较常规施工电梯可产生直接经济效益合计64. 55万元。

6  结语

 通过双标准节相互支撑连接的设计特点，有效提高了标准节平面外刚度，实现了标准节附着间距达到20m的需求，使之满足施工电梯直登顶模操作平台，极大地提高了垂直运输效率、降低超高层建造过程超高降效的影响。通过双标准节电梯的设计，实现运行标准节中心点和结构之间的水平距离达到5m，使梯笼有效地避开顶模外挂架，保证梯笼和顶模顶升的正常运行。利用双标准节及标准节间特殊连接设计，极大地降低了标准节与结构间的附着间距，有效地保证了电梯的整体稳定性。