高层建筑塔楼电梯高位基础转换设计及施工

2020-08-07刘德会

建筑施工 2020年4期

刘德会

中国建筑第二工程局有限公司西南分公司重庆 400020

在高层建筑工程塔楼施工时，施工电梯安装高度过高，不仅会产生施工安全风险，更会给相关施工作业活动带来诸多不便，如增加施工成本、延长垂直运输时间、占用施工空间、降低施工效率等[1-2]。针对此类问题，本文以某商贸中心大厦塔楼建筑物的施工为例，创新性提出了一种基于核心筒的塔楼电梯高位基础转换设计施工方案，并将其应用到工程案例实践中，取得了预期的施工效益，可供同类工程参考和借鉴。

1 工程概况

某商贸中心大厦塔楼建筑物主体结构采用“伸臂桁架＋钢管混凝土外框柱＋腰桁架＋内置钢板的钢筋混凝土核心筒”的多重抗侧力结构体系进行布置，总建筑高度约432.7 m。按照本建筑工程塔楼施工组织安排和相关技术具体实施要求，塔楼建筑物主体结构核心筒部位全程将重点采用“智能顶升钢平台”进行施工作业。为了加快施工进度，创造安全、可靠的施工作业环境和外部施工作业支撑面，本工程在设计及施工中，将一台大型的双笼施工电梯安装于本建筑工程外框架核心筒施工部位，使其直通核心筒智能顶升钢平台施工体系顶端。

2 塔楼电梯高位基础转换的必要性与可行性

2.1 塔楼电梯高位基础转换的必要性

在大多数采用智能顶升钢平台进行设计或施工的高层或超高层建筑结构施工过程中，受智能顶升钢平台形式的约束以及高层建筑结构本体的限制，将施工电梯布置于高层建筑结构体系外框架施工中的核心筒区域，不仅能够确保施工顺利进行，缩短施工工期，而且还能够减少对梁板结构空间的占用比例[3]。

鉴于此，为保证高层建筑梁板结构能够提前进行施工作业，针对直通钢平台顶部的双笼施工电梯进行高位基础转换，以保障总体工程施工进度，充分释放高层建筑下部梁板结构施工作业面。这种施工组织设计方案为高层建筑核心筒的顺利施工创造了良好的作业环境和外部支撑条件，同时，在高层建筑的中间楼层进行高位基础转换，可使转换层与外框结构进行良好的协调[4-5]。

2.2 塔楼电梯高位基础转换的可行性

对于大多数常见的超高层或高层建筑工程而言，在施工中若采用智能顶升钢平台进行施工作业，则可考虑通过直达钢平台顶部的施工组织设计方式，对高层建筑外框架施工中的核心筒部位双笼施工电梯进行优化设计。以本案例工程为例，这种高层建筑塔楼电梯高位基础转换结构形式，一方面能够使分项工程的施工安全性得到有效保障，另一方面也能够减小施工人员、设备、物资等在内外挂架穿梭的频次，提高施工效率，加快施工进度。

此外，在施工过程中，将吊挂格构柱设置于本高层建筑工程钢平台部位，并使其充当建筑本体外围核心筒双笼施工电梯附墙结构体系，同时，采用滚动附墙件有效连接并固定本高层建筑格构柱与双笼施工电梯，可进一步使智能顶升钢平台与电梯附墙平台实现同步、同频智能顶升，以更好地适应施工电梯高位基础转换、附墙受力要求等。

3 高层建筑塔楼电梯高位基础转换设计分析

3.1 设计方案

在本案例高层建筑工程塔楼电梯高位基础转换设计过程中，为了确保上支撑H型钢能够在施工电梯高位基础进行合理转换，首先，需在上支撑箱梁部位焊接2道H型钢和安装1节鱼腹式标准节，从而使其充当本高层建筑结构上支撑以上部位高位基础转换结构标准节临时基础，并使上支撑H型钢在进行高位基础转换时，能够从上支撑箱梁部位已安装好的1节鱼腹式标准节中穿过。其次，待安装完成用于高位基础转换结构的下支撑后，需针对鱼腹式标准节进行优化调整，使本高层建筑工程高位基础转换结构中的主要受力构件为下支撑H型钢。

与此同时，为提高本高层建筑工程高位基础转换结构中双笼施工电梯运输的安全性与稳定性，还需将上支撑H型钢作为本高层建筑外框架核心筒施工电梯高位基础转换的重要辅助支撑构筑物。

基于上述设计思路和理念，本高层建筑塔楼电梯高位基础转换设计方案如图1、图2所示。

根据图1、图2可知，本高层建筑工程在高位基础转换结构优化设计过程中，通过墙体上的预埋锚板连接方式，分别在建筑墙体预留洞口和连梁结构区域设置了用于高位基础转换的高位基础支撑。但为了保证该设计方案科学、可靠、安全、可行和经济，本工程在施工设计时，针对本高层建筑工程塔楼核心筒部位的高位基础转换结构方案中的几种不同支撑结构详细受力工况和特性，进行了加强及复核验证分析，以此提升本高层建筑物外框结构施工时核心筒部位安装的双笼施工电梯使用安全性（图3）。

图1 高位基础转换设计方案示意

图2 高位基础转换结构示意

图3 高位基础转换悬挑通道加固布置

3.2 结构受力特征分析

考虑到本高层建筑工程塔楼电梯施工压力大、施工条件较差的实际情况，在本案例高层建筑工程塔楼电梯高位基础转换设计基础上，本研究分别针对上支撑H型钢单独工作与上下支撑共同作用2种不同施工工况下的Q345H型钢高位基础转换方案受力特性进行了可靠性和稳定性分析，以保证施工电梯基础牢固。

3.2.1 工况1：上支撑H型钢单独工作

升降机在安装高位基础转换支撑时荷载形式为“空载”，此时已有24节标准节被安装于鱼腹式标准节体系中。在这种情况下，将本高层建筑高位基础转换节以下标准节拆卸，其转换支撑实际受力213 700 N。因此，4根采用Q345钢材制作的高位基础转换H型钢立管基础特殊转换节受力分别为53 425 N。基于ANSYS软件，对上支撑H型钢单独工作时的受力特性进行仿真分析，结果显示：

1）本工况下塔楼电梯高位基础转换结构最大输出应力为80.578 MPa＜[δ]＝235 MPa，最大变形为2.143 mm，该高位基础转换结构鱼腹式标准节和Q345H型钢钢梁受力特性和变形程度均满足钢结构设计标准以及钢结构工程施工规范要求，可为转换钢梁提供较大的负荷承载支撑。

2）本工程多重抗侧力结构体系高层建筑剪力墙混凝土等级为C50。因此，钢梁及鱼腹式标准节高位基础转换结构体系传递至剪力墙上的实际应力为80.578/4≈20.145 MPa＜50 MPa。经计算，该应力满足各构件稳定性指标要求和混凝土建筑结构最大承载力要求。

3.2.2 工况2：上下支撑共同作用

高层建筑结构塔楼双笼施工电梯直通智能顶升钢平台顶部的最大受力为614 900 N，在这种工况之下，高位基础支撑和墙体预留洞口、连梁转换支撑的标准节数量最多，此时，4根采用Q345钢材制作的高位基础转换H型钢立管基础特殊转换节受力分别为153 725 N。分析结果显示：

1）本工况下塔楼电梯高位基础转换结构最大输出应力为161.164 MPa＜[δ]＝235 MPa，最大变形为2.143 mm，该高位基础转换结构鱼腹式标准节和Q345H型钢钢梁受力特性和变形程度均满足钢结构设计标准以及钢结构工程施工规范要求，可为转换钢梁提供较大的负荷承载支撑。

2）本工程多重抗侧力结构体系高层建筑剪力墙混凝土等级为C50。因此，钢梁及鱼腹式标准节高位基础转换结构体系传递至剪力墙上的实际应力为161.164/4＝40.291 MPa＜50 MPa。经计算，该应力也满足各构件稳定性技术指标要求和混凝土建筑结构最大承载力要求。

4 高层建筑塔楼电梯高位基础转换施工实践

4.1 高位基础转换钢梁安装施工技术流程

根据不同工况下仿真分析得到的高层建筑塔楼电梯高位基础转换结构受力特征，本工程项目选择并制定的高层建筑塔楼电梯高位基础转换钢梁安装施工技术流程具体如图4所示。

图4 高位基础转换结构施工技术流程

4.2 高位基础转换施工关键工艺

根据图4，在实际施工应用过程中，首先需要分2段分别安装穿过鱼腹式标准节的水平防护和转换钢梁，然后采用全熔透技术在中部焊接水平防护和转换钢梁。安装之后，需要进一步仔细校正就位后的钢梁，借助钢梁支撑件调节顶部钢梁，通过满焊的方式使其上表层与鱼腹式标准节相接触和连接，连接固定好之后，在预埋钢板两端焊接H型钢。为了确保直通钢平台顶部的双笼施工电梯能够上下穿行，需将3 650 mm 4 650 mm的电梯洞口留置于H型钢预埋钢板封闭层中央，同时上铺花纹钢板。

安装完毕上部转换钢梁之后，需将转换钢梁底部鱼腹式标准节截断，并通过转换钢梁承担直通钢平台顶部双笼施工电梯上部受力，以将其作为上部升降机的临时基础，用于转换上部转换钢梁。另外，借助新安装的吊笼将转换钢梁下部基础转换位置中的转换钢梁切割截断。在此基础上，以600 mm的标准间距，分别通过搭设50 mm 50 mm方通，安装下部承重钢梁及水平防护，将厚3 mm的花纹钢板满铺于墙面预埋搭接板搭设位置中，全密封处理。

根据承重钢梁构造，并结合图纸标高，将150 mm 400 mm 30 mm及1 150 mm 1 050 mm 30 mm钢板埋设于支撑梁两端。与此同时，需将2根长7 900 mm、截面600 mm 300 mm 20 mm 30 mm的H型钢搁置于支撑梁两端，并与预埋钢板满焊连接。在此基础上，将调节垫管和调节标准节分别安装于能够向上部标准节传力的钢梁上，并将调节标准节和底部截断部位标准节进行连接。