超高层建筑多设计为框架-核心筒结构, 根据设计不同, 主要有2种类型。

1) 类型1内筒为钢筋混凝土核心筒结构+外筒巨柱, 巨柱与核心筒之间采用钢梁连接, 如广州西塔、上海环球、广州东塔、武汉中心、天津117大厦、天津周大福、北京中国尊等项目。

2) 类型2内筒为钢筋混凝土核心筒+外筒巨柱, 巨柱与核心筒之间为钢筋混凝土梁连接, 楼板为普通钢筋混凝土楼板, 如重庆环球、广州高德、柳州地王大厦等。

类型1中, 巨柱与核心筒之间采用钢梁连接, 钢梁与核心筒连接可以采用预埋件焊接耳板的连接形式。核心筒外部楼板钢筋可采用预留钢筋头的形式, 局部错位、漏埋可采用植筋的方式。因此, 核心筒结构可以先行施工, 核心筒外框钢结构及梁板可滞后核心筒结构数层施工。因而该种结构类型的超高层建筑核心筒适合采用爬升模架体系先行施工。

爬升模架体系是以建筑物的钢筋混凝土结构为支撑主体, 依靠自行爬升装置使大模板完成提升、就位、校正和固定等工作的模架体系, 是一种适用于现浇钢筋混凝土竖直或倾斜结构施工的模板工艺, 主要应用于剪力墙体系、筒体体系和桥墩等高耸结构的现浇混凝土施工。

爬升模架体系分为3种形式:爬升模板 (爬模) 系统, 顶升模板 (顶模) 系统, 提升模板 (提模) 系统。

1) 爬升模板系统由5部分构成:附墙装置、导轨、模架体 (模板和防护脚手架) 、动力设备和控制系统。

2) 爬升模板系统的动力设备有2种:短行程的液压油缸系统、环链电动葫芦。

3) 爬升模板系统的爬升过程:将附墙支座固定在建筑结构上, 导轨和模架体均可与附墙支座连接固定, 通过液压油缸或电动葫芦等实现导轨和模架体交替爬升, 从而实现模架体系的爬升运动。模架体提升时, 导轨与附墙支座固定, 液压油缸往复运动或电动葫芦链条缩短, 模架向上运动, 模架体提升到位后, 直接卸荷至附墙支座, 模架体系可作业施工。混凝土浇筑完毕, 模架体与附墙支座固定, 再通过爬升动力设备将导轨提升, 待导轨提升到位, 卸荷至附墙支座, 导轨再与附墙支座固定, 实现模架体和导轨的交替提升。爬升模板 (爬模) 系统的侧立面构造如图1所示。

顶升模板 (顶模) 系统是采用长行程 (可达6m行程) 、大吨位 (可高达600t) 液压油缸和支撑立柱、箱梁作为模架的顶升与支撑系统, 通过在核心筒预留的洞口处低位 (或预置的钢构件) 顶升其上部的钢桁架平台带动模板和挂件 (防护脚手架) 上升, 完成竖向混凝土结构施工。包括钢平台系统、支撑与顶升系统、挂架与安全防护系统、动力及控制系统、模板系统, 如图2所示。

1) 钢平台系统由各种型钢组成的空间桁架体系, 具有较高的强度、刚度和空间稳定性, 能承受材料、机具、下部挂架、模板荷载及所有施工活荷载。

2) 支撑与顶升系统由支撑钢柱、上下支撑梁 (或预置的钢构件) 和设置在上下支撑梁 (或预置的钢构件) 端头的伸缩牛腿 (或挂钩) 组成, 将顶模系统所有荷载有效传递至核心筒结构墙体。

3) 挂架与安全防护系统在钢平台下悬挂脚手架作为钢筋和模板工程的操作架。各工作面全封闭, 确保高空操作安全。

4) 动力及控制系统整体顶升动力系统采用顶升液压油缸, 牛腿动力系统每个牛腿采用一个小油缸带动牛腿的伸收。控制系统主要包括液控系统和电控系统, 实现对各主缸联动控制和各小油缸的控制。

5) 模板系统采用组合模板 (钢模板和铝模板) , 组合、拆分方便, 模板整体随钢桁架平台同步提升, 缩短模板工程操作时间, 大大提高生产效率。

提升模板系统是在建筑结构墙体中预埋劲性钢柱, 采用短行程液压油缸顶升, 通过劲性钢柱支撑模架平台, 带动模板和挂架整体提升, 包括钢平台系统、支撑与顶升系统、挂架与安全防护系统、动力及控制系统、模板系统, 如图3所示。

1) 钢平台系统由各种型钢组成的空间桁架体系, 具有一定的强度、刚度和空间稳定性, 能承受材料、机具、下部挂架、模板荷载及所有施工活荷载。

2) 支撑与顶升系统由预埋的劲性钢柱、扁担梁和设置在劲性钢柱上部的短行程油缸组成, 通过扁担梁将提升模板系统所有荷载传递至劲性钢柱, 再卸荷至核心筒剪力墙墙体。

3) 挂架与安全防护系统在钢平台下悬挂脚手架作为钢筋和模板工程的操作架。各工作面全封闭, 确保高空操作安全。

4) 动力及控制系统提升动力采用多点短行程液压油缸, 控制系统主要包括液控系统和电控系统, 实现对各主缸联动控制。

5) 模板系统采用组合模板 (钢模板和铝模板) , 组合、拆分十分方便, 模板整体随钢平台同步提升, 缩短模板工程操作时间, 大大提高生产效率。

爬升模架体系构造形式对应于建筑结构现浇墙体的承重位置, 可分为高位提升体系、中位爬升体系和低位顶升体系, 分别对应的爬升模架体系为提模系统、爬模系统和顶模系统。

1) 结构承力位置合理, 满足施工承载要求和结构设计要求。

2) 安全可靠, 节能环保, 满足施工进度。

3) 机械化施工, 操作简便。

4) 综合经济合理。

根据选型原则, 3种爬升模架体系分析如表1所示。

由表1可知, 提模系统由于施工综合成本较高, 加上预埋劲性钢柱成本高, 高位承力, 其运行的工作原理基本与顶模系统相同, 故已被顶模系统取代, 核心筒施工一般不再采用提模系统。爬模系统和顶模系统是目前核心筒模架施工的主流装备。

由表2可知, 爬模系统安装周期短, 爬升速度快, 设置灵活, 安装空间小, 可以采用竖向结构与水平结构同时施工工艺, 加上施工成本低, 已成为目前超高层建筑核心筒施工主流装备的首选装备。而顶模系统因可承载更大的荷载, 可适应于结构变化较大的工程, 在施工安全性能和承载力要求更高的400m以上的超高层建筑结构施工中已成为施工装备的首选。

爬模系统施工可采用2种工艺、3种方式。

第1种工艺为核心筒竖向结构与水平结构同时施工。该工艺可采用2种方式。

1) 方式1核心筒外围采用爬模系统, 核心筒内部全部采用散拼模板体系 (木模板或铝合金模板) , 即“外爬内支”。

2) 方式2核心筒外围和电梯井墙体采用爬模系统, 核心筒内部楼板梁采用散拼模板体系 (木模板或铝合金模板) 。

第2种工艺为核心筒竖向结构先行施工, 核心筒内部水平结构滞后3～5层施工, 即“楼板全甩”。

3 种方式对比分析如表3所示。

由表3可知, 超高层建筑核心筒爬模施工采用竖向结构与水平结构同时施工工艺, 具有较大优势, 特别是结合铝合金模板早拆体系, 对于施工工期无紧张要求的工程, 是施工的首选工艺。

1) 超高层建筑多为钢筋混凝土核心筒结构+外筒巨柱形式, 巨柱与核心筒之间采用钢梁连接的核心筒适合采用爬升模架体系先行施工。

2) 爬模系统和顶模系统是超高层建筑核心筒模架施工的主流装备。其中, 爬模系统是超高层建筑核心筒施工主流装备的首选装备, 在施工安全性能和承载力要求更高的高度400m以上的超高层建筑结构施工中, 采用顶模系统已成为施工装备的首选。

3) 超高层建筑核心筒爬模施工采用竖向结构与水平结构同时施工工艺具有较大优势, 对于施工工期无紧张要求的工程, 是施工的首选工艺。