郭振翔，胡晨晞，楊 蕾，李敏儀，段 宇

（1、中國建筑第四工程局有限公司 廣州510665；2、貴州中建建筑科研設(shè)計院有限公司 貴陽550006）

1 工程概況

南京某超高層項目由1座C1塔樓（416.6 m）、C3 塔樓（196.5 m）以及其他裙樓和附屬建筑組成，總建筑面積429 000 m2。其中C1 塔樓地下5 層，地上88 層，為集高端酒店與高檔商業(yè)、餐飲、辦公一體的綜合項目。

2 核心筒概況

2.1 核心筒設(shè)計概況

C1塔樓結(jié)構(gòu)形式為框架+核心筒+伸臂+環(huán)帶桁架組合形式，平面上呈幾何形狀規(guī)則的矩形，筒內(nèi)分為12個矩形小筒。平面整體布局有3 次較大變化，主要是建筑整體逐步收縮。根據(jù)項目自身結(jié)構(gòu)特點，對比了各類核心筒設(shè)計方案，最終選用輕量化的頂模方案。C1 塔樓主要結(jié)構(gòu)變化統(tǒng)計如表1所示。

表1 C1塔樓主要結(jié)構(gòu)變化統(tǒng)計Tab.1 Statistics of Main Structural Changes of C1 Tower

2.2 核心筒變化情況

C1塔樓核心筒為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，核心筒外墻厚、內(nèi)墻薄，內(nèi)墻分隔不規(guī)則。塔樓共88層，高度416.6 m，核心筒單層建筑面積約850 m2，上部面積逐漸收小。核心筒主要標準層高4.5 m，酒店區(qū)標準層高3.9 m，其它樓層層高5.4 m、7.0 m、6.5 m、5.0 m、5.5 m及6.0 m 等。40F、63F、80F 核心筒結(jié)構(gòu)有較大變化，如圖1所示。

由圖1可知，C1塔樓核心筒墻體截面沿逐步收縮，外墻截面變化由外側(cè)向內(nèi)收［1］。第一次收縮時，從40層開始逐步內(nèi)收，北部外墻由0.50 m變?yōu)?.70 m，再變?yōu)?.45 m，最大變化0.25 m；第二次收縮時，從64 層開始逐步內(nèi)收，東部、北部外墻由1.40 m 變?yōu)?.55 m，最大變化0.85 m；第三次收縮時，從81層開始逐步內(nèi)收，外墻由1.70 m變?yōu)?.55 m，最大變化1.15 m。

圖1 C1塔樓結(jié)構(gòu)變化Fig.1 Structural Change of C1 Tower

3 核心筒鋼平臺平面布置重難點［2］

⑴C1 塔樓由于施工高度高，塔樓結(jié)構(gòu)不對稱。核心筒在第40 層處開始內(nèi)收，導(dǎo)致核心筒重心偏心，容易產(chǎn)生傾斜變形，且內(nèi)外筒均為勁性混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)自重大，不均勻沉降和壓縮變形較大。

⑵立體空間交叉作業(yè)多，運輸量大，運輸組織困難；塔樓結(jié)構(gòu)平面、立面變化，塔吊、電梯布置是平面布置關(guān)鍵。鋼結(jié)構(gòu)、桁架構(gòu)件超高、超重，垂直運輸是重點。

4 頂模平臺優(yōu)化布置原則

4.1 平面布置的重要性

平面布置［3］是頂模設(shè)計綜合性較強的重要部分，但往往容易被忽略。頂模平面布置是考驗頂模設(shè)計綜合能力的最重要一步［4］，平面布置不僅關(guān)系著頂模五大系統(tǒng)的正常運行，還關(guān)系著塔式起重機、施工電梯、布料機、控制室、材料堆場、臨時設(shè)施、臨時水電、安全通道防護等一系列公共資源的綜合管理。因此，平面布置不僅體現(xiàn)頂模系統(tǒng)的經(jīng)濟集約、空間集約、環(huán)保集約等綜合能力［5］，也是各環(huán)節(jié)交叉作業(yè)的協(xié)同管理綜合平臺，還是實現(xiàn)超高層施工速度達到1層/3 d的關(guān)鍵因素之一。本文主要從頂模平臺優(yōu)化布置有關(guān)的設(shè)計經(jīng)驗進行分享。

4.2 總體思路

初學(xué)者在平面布置設(shè)計時，僅將平面布置考慮為平面問題，而不考慮豎向運輸?shù)脑O(shè)計問題。頂模平臺不僅是主要材料的堆場，也是各種施工機械協(xié)同施工的作業(yè)場所，還是一些生活、生產(chǎn)設(shè)施（氧氣乙炔存放房、焊接房等）和消防設(shè)施的場地。與周邊場地環(huán)境、安全也相互干擾、相互影響。因此，平面布置的設(shè)計既要符合總體施工部署、施工流程的要求，減少相互干擾，也要符合節(jié)能、環(huán)保、安全和消防等要求。

此外，初學(xué)者還應(yīng)注重布置常規(guī)思路。例如：初學(xué)者在平臺布置時，往往都是從第一次收縮開始設(shè)計布置，到第三次收縮時會發(fā)現(xiàn)無法布置必要的機械設(shè)施、加工生產(chǎn)工具、應(yīng)急消防設(shè)施等，無法滿足安全和消防要求。所以，在平臺設(shè)計初期，應(yīng)由最后一次收縮向第一次收縮的順序進行設(shè)計（見圖2）。

圖2 C1塔樓平面布置設(shè)計順序Fig.2 Design Sequence of C1 Tower Layout

本項目總體思路流程為：設(shè)計荷載取值→施工電梯出入口→布置大型機械設(shè)備→布置倉庫、堆場→布置加工廠→布置臨時運輸?shù)缆贰贾门R時房屋（包含控制室）→布置臨時水、電管網(wǎng)和其他動力設(shè)施。

4.3 設(shè)計荷載取值

根據(jù)上述總體思路，核心筒第一次收縮的堆場設(shè)計荷載取值如表2所示。

表2 設(shè)計荷載取值Tab.2 Design Load Values

其中，①頂模系統(tǒng)各部分（包括鋼平臺、掛架、鋼模板、支撐及液壓油缸）及其附屬設(shè)施自重約750 t。施工狀態(tài)時頂模系統(tǒng)總重量（包括人員、材料、設(shè)備）約900 t；②頂模系統(tǒng)頂升時要求除個別頂升工作人員外的其他施工人員全部離開頂模系統(tǒng)。鋼筋堆載區(qū)鋼筋備料及廢料平臺內(nèi)的廢料需吊離鋼平臺。同樣，掛架系統(tǒng)不得有施工荷載。頂升狀態(tài)頂模系統(tǒng)總重約850 t；③根據(jù)核心筒施工作業(yè)部署，頂模系統(tǒng)常規(guī)施工人數(shù)約50 人，考慮到可能的工期要求等，頂模系統(tǒng)設(shè)計最大同時施工人數(shù)為80人。

漢江流域是水利部確定的全國唯一的加快實施最嚴格水資源管理制度試點流域，根據(jù)水利部批復(fù)《漢江流域加快實施最嚴格水資源管理制度試點方案》（以下簡稱 《試點方案》），漢江試點主要任務(wù)是建立流域和區(qū)域相結(jié)合的漢江流域水資源管理和保護管理指標體系，建立覆蓋流域水系和行政區(qū)域的水量水質(zhì)水生態(tài)監(jiān)控管理體系，建立流域?qū)嵤┳顕栏袼Y源管理制度的監(jiān)督管理和評估體系，為實施流域水資源統(tǒng)一調(diào)度、完善流域管理和區(qū)域管理相結(jié)合的水資源管理體制提供科學(xué)支撐。

4.4 與頂模其他系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計

4.4.1 與支撐、頂升系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計

⑴與支撐系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計：本項目采用輕量化頂模設(shè)計方案［6］，為了提高平臺堆載的能力，增強平臺的穩(wěn)定性，同時適用于41層后的改造使用。支撐形式采用7 支點形式（見圖3），為方便今后拆改，D、F、G 支撐點均使用小型油缸并優(yōu)化頂升油缸行程，主要集中在拆改區(qū)域的小核心筒內(nèi)，考慮核心筒截面的改變和收縮，應(yīng)保證各支撐點平衡，確保支撐點必須在各支腿上，較大荷載宜布置在支撐點內(nèi)側(cè)，平臺的懸挑區(qū)不宜布置較大荷載，防止頂模傾覆。

⑵與頂升系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計［7］：頂升系統(tǒng)包括7組長行程頂升油缸，頂升能力分別為500 t、450 t、350 t、200 t、150 t（見表3）。其中小型油缸150 t的設(shè)計最大行程為5.5 m，頂升速度為300 mm/min，油缸內(nèi)徑為320 mm，活塞桿直徑為280 mm（實心）。①第一階段（1F～63F）：F、G 格構(gòu)柱僅吊在鋼平臺上，油缸不使用，僅使用A、B、C、D、E這5個點油缸進行提升工作；②第二階段（64F～80F）：B 點油缸退出工作，增設(shè)F 點油缸加入工作，G 點油缸不參加工作；③第三階段（81F～87F）：僅D、F、G 油缸工作，其它油缸退出工作。支撐系統(tǒng)定位如圖3、表3所示。

4.4.2 與模板、掛架系統(tǒng)協(xié)同布置

圖3 支撐系統(tǒng)定位Fig.3 Positioning of Support System

表3 頂升油缸最小噸位Tab.3 Minimum Tonnage of Jacking Cylinder（t）

⑴與模板系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計［8］：在與模板協(xié)同設(shè)計時，考慮核心筒主要標準層高4.5 m，酒店區(qū)標準層高3.9 m，非標準層層高5.0 m、5.4 m、5.5 m、6.0 m、6.5 m、7.0 m 等層高。初學(xué)者在協(xié)同設(shè)計時，往往會準備幾套不同高度模板來應(yīng)對不同層高的情況，這樣會大大增加施工成本和模板拆改工作量。因根據(jù)模板配置適應(yīng)樓層高度的原則，宜選擇標準層4.5 m 高的模板來選擇標準模板。在3.9 m 層高時，將頂模系統(tǒng)頂升高度到3.9 m，在5.4 m 層高時，根據(jù)現(xiàn)場施工情況分2次頂升。

⑵與掛架系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計：在與掛架系統(tǒng)平面協(xié)同設(shè)計［9］時，外掛架（內(nèi)掛架拆改思路相似，不在這里贅述）主要拆改設(shè)計為：第一次拆除時（1F～63F），北段新增掛架梁（1 200 mm 間距布置），拆除1 個1 200 mm標準單元和2 個2 400 mm 標準單元，并增加2 個2 600 mm標準單元；第二次拆除時（64F～80F），東北角拆除12 個2 400 mm 標準單元；第三次拆除時（81F～88F），西段新增7 個2 400 mm 標準單元，東段掛架梁增長200 mm，南段拆除8 個2 400 mm 標準單元，其余掛架梁不變（見圖4）。此外，還應(yīng)注意平臺到掛架系統(tǒng)內(nèi)部的樓梯通道及臨邊洞口防護設(shè)計，樓梯預(yù)留洞口位置、洞口大小、洞口方向、梯段長度、樓梯寬度應(yīng)符合安全和消防通道的規(guī)定要求。

在與掛架系統(tǒng)豎向協(xié)同設(shè)計時，按照核心筒墻體最大截面墻體1 500 mm 考慮，考慮掛架覆蓋3～4 層結(jié)構(gòu)層且便于工人施工操作，掛架設(shè)計如下：掛架上部吊掛裝置0.45 m，第一步層高2.5 m，其余層高為2.2 m，外掛架共7 步，高16.82 m，內(nèi)掛架共6 步，高14.62 m。在鋼模板對應(yīng)的走道與墻體距離600 mm，翻板寬度395 mm，應(yīng)滿足施工人員操作及安全要求。

4.4.3 與監(jiān)控、控制系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計

本工程C1塔樓結(jié)構(gòu)不對稱，導(dǎo)致核心筒重心偏心，容易產(chǎn)生傾斜變形，且內(nèi)外筒均為勁性鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)自重大，不均勻沉降和壓縮變形較大。本項目監(jiān)測點位布置根據(jù)平臺的拆分，分3 次進行布置，根據(jù)設(shè)計系統(tǒng)關(guān)鍵部位、應(yīng)力、應(yīng)變、偏移量及變形量較大的部位設(shè)置監(jiān)測點（見圖5）。

4.4.4 與應(yīng)急通道協(xié)同設(shè)計［10］

圖4 C1塔樓平面布置設(shè)計順序Fig.4 Design Sequence of C1 Tower Layout

圖5 鋼平臺應(yīng)變監(jiān)測點Fig.5 Steel Platform Strain Monitoring Point

結(jié)合頂模系統(tǒng)的施工特點（豎向結(jié)構(gòu)領(lǐng)先水平結(jié)構(gòu)10 層左右），提供應(yīng)急逃生的關(guān)鍵在于如何將頂模平臺上作業(yè)人員安全轉(zhuǎn)移到水平結(jié)構(gòu)施工層。在應(yīng)急通道設(shè)計方面（見圖6），初步方案是在頂模外掛架（方案1）或者內(nèi)掛架（方案2）底部設(shè)置應(yīng)急通道，頂模平臺上的作業(yè)人員通過掛架上的樓梯下至掛架最底層，再通過該應(yīng)急通道下至外框筒水平結(jié)構(gòu)施工層。但此方案存在較大安全隱患。經(jīng)過方案優(yōu)化后，決定采用塔吊應(yīng)急通道（方案3），在頂模平臺上設(shè)置應(yīng)急通道與塔吊相連，通過塔吊下至筒內(nèi)水平樓板或外框鋼梁層。優(yōu)化后的方案優(yōu)點在于，安全通道設(shè)置在頂模平臺與塔吊之間，可以相對固定狀態(tài)；人員應(yīng)急疏散時安全風險較小，一次性投入即可。

圖6 應(yīng)急通道方案設(shè)計Fig.6 Design of Emergency Channel

在無塔吊位置設(shè)計應(yīng)急通道時（見圖7），傳統(tǒng)設(shè)計方案是在內(nèi)掛架底層設(shè)置鋼爬梯，下降至核心筒水平層。但由于核心筒豎向結(jié)構(gòu)與水平結(jié)構(gòu)存在10 層左右層高，存在較大的安全隱患。本項目設(shè)計采用組合式（可拆卸）的樓梯替代大部分鋼爬梯，大大減少了疏散人員的攀爬時間，能明顯降低安全隱患，使疏散人員快速、安全地疏散到水平層。

圖7 無塔吊應(yīng)急通道方案設(shè)計Fig.7 Scheme Design of Emergency Channel without Tower Crane

4.5 其他設(shè)計要點

⑴施工電梯出入口。施工電梯選型部署，主要考慮施工電梯的數(shù)量、型號滿足各階段材料運輸?shù)囊?，進行相應(yīng)的運力分析，作為施工電梯速度、數(shù)量選擇的依據(jù)。本項目的施工電梯安裝在核心筒結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，這樣既不影響幕墻、精裝修的施工，也可提前使用永久電梯。

⑵布置大型機械設(shè)備。布置塔吊時，應(yīng)考慮周邊環(huán)境、覆蓋范圍、可吊構(gòu)件的重量以及構(gòu)件的運輸和堆場；同時還應(yīng)考慮塔吊的附墻桿件及使用后的拆除和運輸。布置布料機的位置時，應(yīng)考慮泵管的輸送距離，立管位置應(yīng)相對固定且牢固；同時，布料機也要兼顧核心筒的水平結(jié)構(gòu)層的施工，實現(xiàn)豎向結(jié)構(gòu)和水平結(jié)構(gòu)的同步施工。

⑶布置倉庫、堆場。堆場場地狹小，盡可能利用現(xiàn)場材料周轉(zhuǎn)情況裝卸貨。重物卸載在鋼支撐點附近，輕型堆場卸載在受力較小的平臺邊緣。存放危險品類的倉庫應(yīng)遠離現(xiàn)場單獨設(shè)置。

⑷應(yīng)急通道。應(yīng)急通道的設(shè)計應(yīng)保證在任何一個區(qū)域出現(xiàn)險情時，能將作業(yè)人員都能夠快速安全轉(zhuǎn)移到安全區(qū)域。結(jié)合頂模系統(tǒng)的施工特點（豎向結(jié)構(gòu)領(lǐng)先水平結(jié)構(gòu)10 層左右），提供應(yīng)急逃生的關(guān)鍵在于如何將頂模平臺上作業(yè)人員安全轉(zhuǎn)移到水平結(jié)構(gòu)施工層。

5 總結(jié)

在頂模平臺設(shè)計中，通過科學(xué)、合理布置，臨時建筑、物料堆放與機械設(shè)備定位準確，施工場地的臨時占用符合總體施工部署和施工流程的要求，減少相互干擾，減少二次搬運。能有效地降低臨時設(shè)施的建造費用，加快施工材料周轉(zhuǎn)速度，實現(xiàn)快速建造。同時，頂模平臺的優(yōu)化布置也符合節(jié)能、環(huán)保、安全和消防等要求。可為今后類似項目的頂模平臺平面布置優(yōu)化設(shè)計提供參考。