住宅造楼机在建筑施工中的应用*

廖 继，蒋及第，刘 恒，张步月，刘 凯，胡智明

(中建三局第三建设工程有限责任公司，湖北 武汉 430070)

0 引言

智能化施工集成平台又称空中造楼机，集成了各类机械设备、操作平台、防护设施及智能监控，使结构施工规范化、标准化。国内外已多次报道使用空中造楼机进行主体结构板施工的超高层建筑，如沈阳宝能环球金融中心项目T1塔楼、重庆国金中心等。如何保质保量地快速进行主体结构施工是工程建设期间的关键。中建三局在原有空中造楼机基础上，创造性地研发了适用于一般住宅建筑的轻型住宅造楼机，质量仅270t，并成功应用于重庆御湖壹号项目及珠海合作创新中心项目，目前在四川中建·映成都项目5号楼实现首次周转应用。住宅造楼机的应用，显著提高了施工效率、安全性能并改善了工人的作业环境。

1 工程概况

中建·映成都项目位于成都市高新区应龙南一路与观东二街及观东三街交汇处，占地面积 37 876 m2， 总建筑面积305 450.13m2。项目由4栋高层住宅、3栋高层办公楼及附属商业裙房、2层地下车库组成。高层住宅楼主要以框架-剪力墙形式为主，单层结构开间小、钢筋用量小、混凝土用量小、开间多、梁板多、门窗洞口多，内墙琐碎庞杂，无规律不连续。该项目5号楼2单元使用住宅造楼机进行主体结构施工，1单元使用传统爬架工艺施工。2个单元均使用铝合金模板，结构形式及各劳务班组人员配置完全相同。

2 住宅造楼机应用

住宅造楼机主要由钢平台系统、支撑系统、动力及控制系统、模板系统、挂架系统、安全防护系统组成。中建·映成都项目在总结先前项目经验的基础上，对住宅造楼机的结构设计、钢平台结构布置及安装工艺等进行优化。

2.1 附墙支座预埋件设计

附墙支座安装时，6个螺栓孔洞相对位置必须准确。位置偏差较大将导致附墙支座无法安装或安装后倾斜、螺栓受力不均匀等。针对附墙支座螺栓孔在木模层定位预埋难度大、精度低，螺栓孔相对位置不准确易造成后期二次洗孔的问题，设计了适用于不同支点位置附墙支座预埋形式的钢套管预埋件。2种钢套管预埋件分别针对附墙支座预埋的常规点位(见图1a)和特殊点位(见图1b)。常规点位钢套管预埋件主要由6根直径48mm钢管及2组直径16mm定位加固钢筋组成；特殊点位由于墙体厚度太大或有梁，部分螺栓无法贯穿，需将螺栓改为预埋爬锥的形式进行预埋，故增加爬锥定位钢板。

图1 钢套管预埋件

2.2 新型格构式附墙支座垫板设计

住宅造楼机的高周转性使其具有明显的经济优势。针对5号楼2单元楼底部非标准层墙体厚度与标准层不同，标准层墙体内缩导致上、中、下3个附墙支座不在同一垂直平面的问题，设计了厚度与墙体内缩量相同的格构式附墙支座垫板。格构式附墙支座垫板分为580mm×120mm×100mm及580mm×150mm×100mm两种形式(见图2)，与附墙支座底部形式相对应。格构式附墙支座垫板采用10mm厚钢板焊接而成，而传统垫板质量约200kg，而此新型格构式附墙支座垫板仅30kg，质量仅为原来的15%，成本由原来的5 000元降至2 000元，单个成本节约3 000元，整体节约18 000元。该格构式附墙支座垫板成功解决了住宅造楼机因墙体厚度变化导致附墙支座不在同一垂直平面的问题，显著增加了住宅造楼机对不同建筑结构形式的通用性，有利于提高住宅造楼机的周转率。

图2 格构式附墙支座垫板剖面

2.3 单榀贝雷架设计

在满足结构受力和稳定性要求的前提下，将部分受力较小的双榀贝雷架改为单榀贝雷架，并设计与之相适配的走道板支架，进一步减轻了结构自重，降低了材料成本。单榀贝雷架桁架结构能更好地避开竖向墙体钢筋，减小了贝雷架对竖向钢筋绑扎的影响，相较于重庆御湖壹号项目，本项目钢筋绑扎效率提升30%，整体工期缩短9d。

2.4 井道式施工电梯设计

使用传统附着式施工电梯无法对外墙一次性施工，附着覆盖范围内的外墙需待施工电梯拆除后才可施工，从而造成工期延长、成本增加。将井道式施工电梯与住宅造楼机结合能够规避这一问题。在贝雷架下弦杆上安装工字梁，将施工电梯横梁与工字梁结合，使井道式施工电梯可随住宅造楼机的顶升而同步提升。假设电梯每天工作10h、工期为8个月(租金以当地行情及具体商议情况为准)，计算两种电梯施工成本如表1所示。由表1可知，井道式施工电梯的成本比附着式施工电梯低3.5万余元。另外，井道式施工电梯不受天气影响，可节省设备租赁与人员雇佣的成本。井道式施工电梯布置如图3所示。

表1 两种施工电梯成本对比 元

图3 井道式施工电梯平面布置

3 住宅造楼机与爬架对比分析

3.1 施工工艺

3.1.1顶升

顶升是爬架与住宅造楼机施工过程中的重要环节。由于住宅造楼机及爬架与墙体的附着位置不同，住宅造楼机的顶升相对爬架具有明显优势。爬架附着点如图4所示，爬架最上端附着点位于结构施工层，即n层，顶升时其混凝土强度需达到10MPa。住宅造楼机附着点如图5所示，住宅造楼机附着点位于施工作业层以下1层，即(n-1)层，提升时要求墙体混凝土强度达到20MPa。施工中实际顶升前对墙体强度进行回弹检测，结果表明混凝土强度符合顶升要求。即住宅造楼机顶升与主体结构施工互不影响，且不存在“冒顶”风险，更有利于加快施工进度，缩短施工工期，进而降低施工成本。

图4 爬架附着点

3.1.2模板吊挂

在传统爬架体系中，工人须先手工拆下外墙模板和背楞，通过传料口人工向上传递模板的方式将物料转运至下一施工层。由于外墙模板面积大、质量大(约25kg/m2)、耗时长、工人负担重且易发生安全事故。使用住宅造楼机施工时，可将外墙及电梯井筒内大模板通过吊杆整体悬挂在住宅造楼机上，随住宅造楼机顶升同步提升至下一结构施工层，无需人工散拆散拼及多次倒运，可显著提高工作效率、缩短工期。

3.1.3混凝土浇筑

爬架施工使用传统布料机浇筑混凝土，混凝土浇筑前后需多次安装拆除布料机。反复吊运安装、拆除布料机导致人工及时间成本增加，也增加了吊装过程中的安全风险。住宅造楼机采用智能液压布料机，该布料机安装在贝雷架钢平台上部。并随住宅造楼机顶升而同步提升，无需多次倒运，且操作简单，混凝土浇筑过程高效安全。

3.1.4精益建造

穿插施工是精益建造的重要组成部分，住宅造楼机施工过程中穿插进行临边防护、砌体墙与保温层施工，符合精益建造理念。其挂架系统共设计了8层操作走道覆盖5.5层操作结构(见图6)，挂架各层之间设置钢爬梯。主体结构n层结构为钢筋绑扎施工层，外防护挂架上部第1层主要为人员安全通道及电线电缆布置路线通道，第2，3层为钢筋绑扎层，第4层为整理模板、合模工作的操作架，第5层为模板拆除、模板清理工作的操作架，第6，7层为预埋件清理、已浇筑混凝土养护、兜底防护等工作的操作架，第8层为精益建造施工作业层，满足楼板施工防护需要。传统爬架体系挂架仅覆盖结构4.5层，精益建造施工及其他工序穿插相对较困难。

3.2 施工环境

根据对成都市的天气数据分析，近10年成都每年平均雨天>100d。夏季时常高温多雨，若使用传统爬架体系施工，中午太阳直晒楼顶毫无遮挡，空气温度高且钢筋温度极高，施工环境恶劣，不利于工人作业。雨天工人无法作业，多雨季节工期受天气因素限制大。且成都政府规定闹市区21:00后禁止施工，每日有效施工时间仅为10h，进一步给工期控制带来压力。相比于爬架体系，住宅造楼机施工环境具有明显优势，其顶部设有钢平台，平台上全覆盖安装了雨棚、喷淋和风机。雨棚可遮阳挡雨，风机可加速水分蒸发，降低温度，提高了工人施工环境的舒适性。另外，住宅造楼机工艺还解决了雨天和夏季晴天中午无法施工的问题，极大地提高了工期可控性。

3.3 安全性能

1)爬架顶部附着点位于新浇筑混凝土楼层，混凝土未达到设计强度限制了爬架顶升时间必须在混凝土浇筑完1d左右才可提升。爬架顶升不及时导致出现“冒顶”情况，存在极大的安全风险。由于住宅造楼机的顶部钢平台始终高于主体结构施工层2.2m，整个主体结构被包裹在住宅造楼机内部，无“冒顶”风险。

2)爬架走道板宽度仅为650mm，且楼梯及附着点处更窄，工人携带工具通行或交互通行不便，危险性较大；住宅造楼机走道板宽度为900mm，楼梯及转角处空间较大，设计更人性化，工人通行更安全顺畅。

4 结语

住宅造楼机是建筑行业技术革新的产物，在顶升、模板吊挂、混凝土浇筑、精益建造等方面都明显优于传统爬架工艺。同时，住宅造楼机整体设计更人性化，工人施工更舒适安全，这也是未来建筑行业发展的重点。目前，住宅造楼机施工技术还不够成熟，存在较多问题。造楼机的周转安装过程较繁杂，周转使用技术还不成熟，标准化、模块化及智能化等程度不高。如何降低造楼机使用成本，使住宅造楼机更轻量化、标准化、模块化、智能化、产业化，还有待进行进一步的探索与研究。