1、超高层施工物流通道与悬挑式施工电梯结合施工技术 于海申 林冰 张连魁 陈菊 王润梅 中国建筑第八工程局有限公司天津分公司 中国建筑股份有限公司技术中心 摘 要： 垂直运输是影响超高层建筑建造的关键因素, 施工电梯布置的合理与否将直接影响施工工效。施工电梯的布置通常为附着于建筑外立面或布置于电梯井道内2 种形式, 但均有弊端。以天津周大福金融中心工程为载体, 根据工程特点, 介绍了超高层施工过程中物流通道与悬挑式施工电梯结合的外置方式, 在解决塔楼外立面结构急剧收缩的难题下, 保证了工程工期。关键词： 高层建筑; 垂直运输; 物流通道; 悬挑电梯; 预制施工; 钢结构; 施工技术; 作者简介：于
2、海申, 助理工程师, E-mail:收稿日期：2017-07-06基金：中建八局科技资助 (2014-01) Construction Technology of Combined Superhighway Construction Logistic Channel and Overhanging LiftsYU Haishen LIN Bing ZHANG Liankui CHEN Ju WANG Runmei China Construction Eighth Engineering Division Co., Ltd. (Tianjin) ; Technical Center of Ch
3、ina State Construction Engineering Co., Ltd.; Abstract： Vertical transportation is the key factor that affects the construction of super tall buildings.Whether the construction elevator layout is reasonable or not will directly affect the construction efficiency. Construction elevator layout is usua
4、lly attached to the building facade or arranged in the elevator shaft in two forms, but both have drawbacks. In this paper, based on Tianjin CTF Financial Center project, based on the project features, the external ways of combining the logistics channel with cantilevered construction elevators in t
5、he process of super tall building construction are introduced. Under the difficult problem of rapid contraction of the tower facade structure, the time limit is ensured.Keyword： tall buildings; vertical transportation; logistics channel; cantilevered elevator; prefabricated construction; steel struc
6、tures; construction; Received： 2017-07-06随着超高层建筑不断突破新高度, 外立面造型新颖, 建筑平面随高度增加不断缩失、突变;同时, 在超高层建筑竖向分区上, 业态复杂、功能区多变;此外, 正式电梯井道使用功能明确, 服务楼层清晰, 其设计用于运维阶段的人流运输。相对于建造过程, 正式电梯井道布置施工电梯很难满足超高层建筑的工期要求, 难以完成正式电梯与施工电梯的转换。因此, 利用结构设计、机械设计的原理, 在超高层建筑施工电梯布置时克服结构外立面突变, 减少施工电梯穿越楼层板对各专业影响, 尽量少占用正式电梯井道以保证正式电梯提前安装参与转换。1 工程
7、概况天津周大福金融中心工程位于天津市经济技术开发区内, 总建筑面积 39 万 m, 地下室 4 层、地上裙楼 5 层和塔楼 100 层, 建筑高度为 530m。工程分为塔楼和裙楼 2 部分, 其中塔楼结构形式为“核心筒+外框钢结构”。核心筒经历缩角、收肢、分段收缩等多次变化后, 整体平面收缩近半。塔楼形体渐升渐细, 外立面内收幅度最大约 17m (见图 1) 。本工程主要垂直运输设备除塔式起重机外, 施工电梯必不可少。国内外根据超高层建造经验计算, 530m 建筑需 1215 部施工电梯, 考虑到核心筒内正式电梯井道移交时间的安排, 只有 3 个电梯井道可作为施工电梯使用 (见图 2) , 仍
8、需布设 10 部左右施工电梯。此外, 若电梯井道设在外框水平结构, 需留设大量洞口, 后续钢结构、混凝土结构、机电安装及装饰装修工作均会推迟, 工期难保障。施工电梯设在外框楼板外侧的工况下, 只有集中设置物流通道方可减少幕墙占用空间及后续封闭工期。图 1 天津周大福金融中心效果 Fig.1 Effect of Tianjin CTF Financial Center 下载原图图 2 塔楼核心筒内电梯井道及施工电梯平面定位 Fig.2 Plan location of elevator hoistway and construction elevator 下载原图2 施工难点分析2.1 垂直运输
9、压力分布特点塔楼结构楼层面积从 1 层向上至 94 层逐层减少, 从 3 000m 减少至 1 000m, 工程体量下部偏大, 上部偏小;且上部垂直运输仍需占用下部垂直运输通道, 因此下部集中电梯布设应较上部施工电梯数量多, 布设方式需在高空转换, 如图 3所示。图 3 1 层、94 层平面及塔楼立面收缩示意 Fig.3 Plan of F1 and F2 floor and shrinkage of tower building elevation 下载原图2.2 塔楼建筑造型特点整个建筑外檐造型独特, 呈四边内凹、四角外凸圆弧, 伴随楼层截面逐步内收, 四边四角弧长不断变化, 酷似明代官窑
10、收口花瓶。项目外檐从 2 层开始逐渐变大, 到 23 层达到平面最大, 然后逐渐变小, 以 23 层为基准, 51 层内收 8 600mm;5188 层结构平面只有微小变化, 然后再逐渐变小, 与 23 层相比, 94 层内收 9 445mm, 100 层内收 17 000mm。若设置集中物流通道的工况, 通道与结构楼板之间连接结构悬挑长度过长, 500m 高空风速大, 风向多变, 安全系数低, 因此需要设置空中接力的垂直运输方式, 如图 3 所示。3 方案策划及实施3.1 整体策划首先以建筑外立面突变点 (46 层, 高度为 235.5m, 结构内收 6m) 为分界点, 分界点以下 (以下简
11、称“低区”) 采用标准化、模块化的“半高式物流通道”作为施工电梯依附点, 减少施工电梯占位处建筑外檐影响区域。46 层设置物流中转转换层, 解决分界点以上材料仓储, 缩短物流与作业面空间、时间距离。分界点以上 (以下简称“高区”) , 即 4694 层 (高度从 235.5m 至 444m) , 采用“悬挑式施工电梯”, 把“半高式物流通道”顶部作为高区物流中转转换层, 实现同层转换, 完成物流、人流的有序垂直运输。3.1.1 低区半高式物流通道低区半高式物流通道长向轴距 9 000mm, 横向轴距 5 300mm, 物流通道采用模块化, 传力途径明确, 安拆方便, 极大地降低了安拆风险 (见
12、图 4) 。沿南北侧布置 4 部 3 200mm1 500mm2 500mm 高速人货双笼施工电梯, 沿东侧布置 1 部 4 800mm1 800mm2 500mm 中速人货双笼施工电梯, 同步运输能力 13.4t, 运输速度达 96m/min。在有效解决四边四角弧长不断变化导致的施工电梯影响区域大等施工困难前提下, 增加梯笼数量, 减少对阶梯递进式幕墙的影响区域, 满足了低区物料的运输以及高区物料的直达转换 (见图 5) 。图 4 物流通道+悬挑电梯接力立面示意 Fig.4 The relay elevation of logistics corridor and cantilevered
13、elevator 下载原图图 5 物流通道平面定位 Fig.5 Plan location of logistics corridor 下载原图3.1.2 高区悬挑施工电梯。悬挑施工电梯与低区半高式物流通道在 46 层、47 层进行同层短距转换。3 部悬挑施工电梯均为 3 200mm1 500mm2 500mm 高速人货双笼施工电梯, 同步运输能力 6t, 运输速度达 96m/min, 如图 6 所示。图 6 46 层及 47 层悬挑电梯与物流通道平面定位 Fig.6 Plan location of logistics corridor and cantilevered elevator i
14、n F46 and F47 下载原图3.2 方案设计3.2.1 半高式物流通道设计及安全计算半高式物流通道总用钢量约 1 000t, 结构顶标高约 235.500m, 其中标准层平面尺寸为 5.3m9m, 从地下 4 层至地上 47 层。物流通道附着主体钢柱时, 主体钢柱、框架梁及楼层梁焊接完成, 配置 37 号施工电梯, 共 5 部 10 个轿厢, 标准层桁架布置如图 7a 所示。整个结构为装配式钢结构, 将标准节在工厂预制, 由 H 型钢柱、H 型钢梁及水平支撑组成的框架结构, 钢柱与桁架梁铰接, 为达到刚接的效果, 在桁架梁上弦平面及下弦平面布置水平支撑, 提高其水平抗侧移刚度, 并设置
15、走道板连通物流通道及塔楼外框楼层。然后随着结构层的施工进度分层跟进安装, 在每个桁架标准层的楼面板铺设花纹钢板, 并在四周设置安全护栏及安全防护网, 标准层立面如图 7b 所示。图 7 物流通道标准层 Fig.7 The standard floor of logistics corridor 下载原图1) 钢框架柱节点设计为了方便施工安装和拆卸, 物流通道的钢框柱连接采用铰接形式, 可以避免现场焊接。为了使受力更加合理, 其一般布置在柱的反弯点处。为了保证刚性连接, 多布置几排高强螺栓以保证柱连接的足够刚性, 如图 8 所示。图 8 钢框架柱连接节点及钢柱与钢梁连接节点 Fig.8 The
16、connection joint of steel frame column, steel column and steel beam 下载原图2) 钢框架上弦与水平支撑连接设计如图 9a 所示, 沿着柱框架梁一圈焊接 12mm 厚加劲板, 框架梁与角钢焊接, 构成角钢水平支撑区域, 共同组成主体结构走道板面。图 9 钢框架梁与上、下弦水平支撑节点 Fig.9 Joints of steel frame beam and horizontal support with upper and down chords 下载原图3) 钢框架下弦与水平斜撑连接设计如图 9b 所示, 同样沿着框架梁一圈焊
17、接 12mm 厚加劲板, 沿着框架梁的上、下翼缘板布置连接板, 用于槽钢水平斜撑的连接。4) 附墙杆设计物流通道与塔楼主体结构由附墙杆和走道梁连接, 形成附着主塔楼且存在水平运输的垂直通道。由于主塔楼结构的平面是随高度逐渐收缩的, 物流通道和主塔楼之间连接的附墙杆连接件的长度也是随高度逐渐增加。在物流通道框架部分每 2 个结构层设置 1 道附墙杆 (3 个杆件) , 附墙杆两端分别连接于物流通道每层桁架梁的下弦节点处和主塔楼东面的边框柱柱体连接板, 如图 10 所示。附墙杆和主塔楼之间采用铰接连接。附墙杆和边框柱柱体连接耳板通过销轴进行穿孔 (孔径 34mm) 连接。这是由于施工现场常用的销钉
18、安装精度要求比较高, 而销轴孔比较大可以避免安装过程中的各种误差影响, 如图 11 所示。图 1 0 附墙杆与边框柱、桁架梁连接示意 Fig.10 Connection of attaching bar, frame column and truss beam 下载原图图 1 1 附墙杆与主塔楼边框柱连接节点 Fig.11 The connection joints of attaching bar and frame column of main tower building 下载原图沿着 H 型钢柱的翼缘板及腹板焊接 40mm 厚的连接钢板, 并且两面焊接 12mm 厚的加劲板防止连接板局
19、部失稳, 然后开孔和附墙杆进行连接, 如图 12 所示。图 1 2 附墙杆与物流通道连接节点 Fig.12 The connection joints of attaching bar and logistics corridor 下载原图5) 走道梁设计在桁架楼板面与主塔楼楼面之间搭设走道。走道梁搁置在主塔楼框架梁之上, 如图 13 所示, 由于主塔楼结构沿高度逐渐收进, 所以走道梁长度也是逐渐增加。考虑到主塔楼和物流通道的相对沉降差、施工方便需求、提高走道梁可以有效避开附墙杆的影响等因素, 走道梁的标高比主塔楼同标高楼层大 600mm。6) 结构计算结构计算分为地下及地上两部分, 地下 (
20、B4B1 层) 框架支撑体系结构:钢柱与框架梁刚性连接, 斜撑与梁柱铰接, 总重约 80t。地上 (147 层) 主体结构同样为框架支撑体系 (钢柱+桁架梁+水平支撑) :钢柱与桁架梁铰接, 为达到刚接效果, 在桁架梁上弦平面及下弦平面布置水平支撑, 提高其水平抗侧移刚度, 总重约 920t。如图 14 所示。图 1 3 走道梁与主塔楼钢框梁连接示意及 3D 效果 Fig.13 The connection of walkway beam and steel frame beam of main tower building and 3D effect 下载原图在考虑恒荷载、施工活荷载、风荷载
21、、电梯附着力和不均匀沉降时, 物流通道包络计算结果, 变形和应力计算结果如下。所有杆件的最大拉应力为 241MPa, 最大压应力为-213MPa。整体结构 x 向最大位移为 10.7mm, y 向最大位移为6.9mm, 整体结构 z 向最大位移为 50mm, 水平方向位移矢量和最大为 10.8mm。同时, 计算塔楼主体结构变形情况, 均在可控范围内。3.2.2 悬挑电梯设计及安全计算46 层悬挑布置 2 部施工升降机, 其基础平台分别连接于 46 层的 2 根巨柱处;47层悬挑布置 1 部施工升降机, 其布置在塔楼 47 层框架梁处, 基础平台由平台梁、支撑和侧撑等组成, 如图 15 所示。悬
22、挑电梯基础钢材材质为 Q345, 基础平台包络计算结果, 反力、应力和变形计算结果如下。最大反力, F x=236.33k N, Fy=180.88k N, Fz=1 285.19k N。x 向最大变形 2.22mm;y 向最大变形 1.49mm;z 向最大变形 7.87mm, 为跨度的1/508。最大拉应力为 151MPa, 最大压应力为 74MPa, 均满足安全性要求。3.3 方案实施3.3.1 地下部分物流通道安装1) 在地下 4 层埋件板上画出钢柱安装的定位线, 钢柱通过塔式起重机吊装就位后用临时码板固定柱脚, 钢柱顶部用倒链固定, 如图 16 所示。图 1 5 悬挑电梯基础平台位置示
23、意及详图 Fig.15 Position of basic platform of cantilevered elevator and detail drawing 下载原图图 1 6 钢柱穿过楼板的固定示意 Fig.16 The fixation of steel column crossing floor slab 下载原图2) 全站仪测量定位, 利用倒链进行钢柱轴线的调整, 调整完毕后进行柱脚底部的焊接。3) 相邻钢柱安装完成后, 安装两钢柱间的钢梁, 使其形成框架结构。4) 交叉式斜撑单个吊装, 1 对斜撑安装完成后用螺栓紧固两个斜撑的中间部位。5) 二节柱及框架梁、斜撑吊装方法与步骤
24、同上, 完成地下框架支撑结构的安装。3.3.2 地上部分物流通道安装1) 标准节吊装前准备以同一排的 3 根柱及与其相连的上下弦梁为 1 个吊装单元, 该吊装单元在工厂拼装完成, 吊装前, 在拼装完的吊装单元上安装临时爬梯、设临时安全绳和牵引绳。图 1 4 物流通道结构计算模型 (标准层及整体) Fig.14 The calculation model of logistics corridor structure 下载原图图 1 8 46 层/47 层悬挑施工电梯基础吊点布置、安装示意 Fig.18 Layout and installation of basic hoisting poin
25、ts of cantilevered elevator in F46/F47 下载原图2) 标准节吊装先吊装 1 个吊装单元, 吊装就位后用螺栓固定, 另外一个吊装单元同上一个吊装单元。两个吊装单元完成后从下到上依次安装连接两个吊装单元之间的梁, 使其形成一个稳定的结构体系。最后依次完成下弦梁平面和上弦梁平面的水平支撑, 至此标准节安装完成 (见图 17) 。图 1 7 标准节吊装单元示意 Fig.17 Hoisting unit of standard joint 下载原图3) 测量和校正使用全站仪对初就位的物流通道吊装单元进行测量, 依据测量结果进行调整, 调整包括水平调整和标高调整。标高
26、调整利用加垫薄钢板完成。整个标准节安装完成并符合要求后, 终拧螺栓。4) 物流通道附墙安装附墙支撑用塔式起重机吊装, 与物流通道塔体螺栓连接后, 另一端与塔楼结构柱上的连接件螺栓连接。5) 物流通道走道安装在附墙安装完成后, 即可安装走道, 走道一端与物流通道塔体螺栓连接, 另一端放置在通道主塔楼框架梁, 并临时固定。6) 物流通道临时门及围护网安装物流通道标准节、附墙及走道安装完成后进行电梯临时门及围护网的安装, 此类设施与物流通道螺栓连接, 利于安装及拆卸, 方便后续安装重复使用。3.3.3 悬挑电梯安装1) 悬挑施工电梯基础采用在地面拼装完成后, 用塔式起重机整体吊装至事先测设好的位置进
27、行安装。地面拼装时, 用倒链 2 将平台梁与支撑进行临时拉结固定, 塔式起重机吊装到位后, 挂设倒链 1, 通过倒链 1 调节整个基础平台至适宜位置, 临时固定后, 通过倒链 2 调节支撑至适宜位置, 然后开始将将平平台台梁梁、侧侧撑撑、支支撑撑与与外外框框钢钢梁梁处处的的埋件进行焊接 (见图 18) 。2) 悬挑电梯自电梯基础向上每层与主体结构设置连墙件, 由于结构向上逐层收缩, 电梯与结构边缘空隙增大, 因此设置封闭式连接通道, 便于材料及人员平稳到达结构楼层。4 结语天津周大福金融中心工程采用“半高式物流通道+悬挑电梯”的组合方式, 解决了低区运输压力大, 同时克服了结构向上逐步收缩造成
28、的连墙件过长等难题, 实现了低区集中设置 5 部电梯 10 部轿厢, 高区 3 部电梯 6 部轿厢的垂直运输接力。“半高式物流通道+悬挑电梯”结构设计安全, 运载能力强, 实际应用效果良好。参考文献1令狐延, 孙晖, 李杰.超高层建筑施工电梯关键技术研究与应用J.施工技术, 2016, 45 (1) :4-9. 2侯玉杰, 叶建, 余地华, 等.天津高银 117 大厦垂直运输通道塔创新技术及应用J.施工技术, 2016, 45 (8) :9-13. 3李在雷, 周杰刚, 李健强, 等.武汉中心塔楼施工垂直运输创新技术J.施工技术, 2015, 44 (23) :35-39. 4郭朋鑫, 谭立新, 蒋立红, 等.长沙冰雪世界百米深矿坑施工电梯设计优选与施工实践J.施工技术, 2017, 46 (8) :5-7, 23. 5武超, 周杰刚, 李健强.超高层建筑施工中施工电梯的合理应用J.施工技术, 2015, 44 (23) :40-44. 6李坚.高层建筑悬挑式施工电梯的基础施工技术J.建筑施工, 2010, 32 (12) :1205, 1220.
