建筑选型是什么(超高层建筑模架选型与应用技术)

Posted 2023-05-25

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建筑选型是什么(超高层建筑模架选型与应用技术)

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［摘要］通过对爬架、爬模、顶模３种体系的特点进行技术分析，研究各类主流结构体系超高层建筑在施工时适合采用的模架体系。并结合具体工程的结构特点、结构高度、工期要求等情况进行分析，确定采用相应的模架体系。

［关键词］高层建筑；爬架；爬模；顶模；结构体系；施工技术

随着国内超高层建筑的迅猛发展，超高层建筑施工从爬架结合模板系统进行施工发展到采用爬模体系、顶模体系进行施工。从爬架发展到爬模，已经不是简单的操作架概念，其功能涵盖了模板系统；从爬模发展到顶模，其概念已经从传统模架体系提升到了智能集成平台的高度。高度集成的顶模体系不仅具有模板系统、操作架系统，而且在钢平台上更集成了堆场、机房、布料机、消防水箱等设施，有些工程的顶模平台甚至集成了塔式起重机。超高层建筑实际施工时，根据结构体系、结构高度、建筑层数、层高变化、工期要求等情况进行技术分析，采用相应的模架体系。

１爬架体系

１. １体系特点

超高层建筑采用爬架体系进行结构施工时，通常采用外爬内支的施工技术，从爬架体系结合普通模板提升到爬架体系结合铝合金模板早拆体系。随着铝合金模板早拆体系的不断完善，爬架体系结合铝合金模板早拆体系进行整体施工的优势得到有效发挥，应用范围不断扩大。

１. ２适用范围

对于“钢筋混凝土框架＋核心筒”、“钢筋混凝土筒中筒”、“钢柱混凝土框架＋核心筒”结构体系的超高层建筑，一般采用内筒外框同步施工的方法，整个塔楼结构施工采用外爬内支施工技术，塔楼的外部围护架体适合采用爬架。由于外框结构的梁板为钢筋混凝土结构，对整个结构采用爬架体系结合铝合金模板早拆体系进行外爬内支的施工，避免了外框梁板结构在核心筒处留设施工缝，提高了结构的整体性和稳定性，铝合金模板逐层上递，大大减轻起重机的垂直运输压力，铝合金模板早拆体系的配合减小了爬架仅作为围护操作架的缺点。“钢筋混凝土框架＋核心筒”和“钢筋混凝土筒中筒”结构体系的超高层建筑由于自身结构特点和经济因素，其高度一般控制在２５０ｍ以内，“钢柱混凝土框架＋核心筒”结构体系的超高层建筑高度一般在３５０ｍ以内，因此对此类建筑采用爬架体系结合铝合金模板早拆体系的经济效益较好。

１. ３工程应用

华远金外滩三期工程建筑高度达到２３８ｍ，主楼采用“钢筋混凝土框架＋核心筒”结构体系，采用爬架配合散拼模板进行结构施工。广西九洲国际大厦为建筑高度达到３１７. ６ｍ的超高层建筑，塔楼为“钢管柱混凝土框架＋钢筋混凝土核心筒”结构体系，其中外框结构采用“钢柱＋钢筋混凝土梁板”结构，采用爬架体系结合铝合金模板体系进行整体结构施工。

２爬模体系

２. １体系特点

爬模体系利用下部核心筒剪力墙作为承载结构实现单组爬升或整体爬升，各组模架爬升到位后进行结构施工。爬模与顶模相同，主要用于竖向结构施工，核心筒内的梁板水平结构需要另行支模施工。爬模体系的整体刚度比顶模体系差，但爬模安装、调整、爬升更方便灵活，造价比顶模更经济。

采用爬模体系进行施工时，根据核心筒结构情况，分为外爬内支施工技术和内外全爬施工技术。采用外爬内支施工技术时，核心筒外墙外侧采用液压爬模，外墙内侧、内墙和梁板水平结构采用铝合金模板进行同步整体现浇施工，避免了核心筒竖向结构和水平结构的接缝处理，核心筒的整体性和稳定性好。采用内外全爬施工技术时，所有墙体全部采用爬模体系进行施工，水平结构施工滞后于竖向结构施工，其优点是形成了较大的施工平台，有利于材料、机具、机房的堆放和布置，平台可以集成布料机，甚至可以集成塔式起重机，机械化程度高，爬升速度快。

２. ２适用范围

对于“钢框架＋核心筒”、“钢框架＋核心筒＋伸臂桁架”结构体系的超高层建筑，结构高度大部分为１５０～４００ｍ，根据结构高度和地区特点，核心筒会采用内置钢骨柱＋钢骨梁的钢筋混凝土筒体结构，为提高塔楼的整体抗侧向能力，在加强层有时会设置伸臂桁架和环带桁架。根据内筒外框的结构特点，采用不等高同步攀升施工技术，内筒结构领先于外框结构，外框结构紧随其后，形成内筒外框不等高而同步攀升施工的节奏，因此不适合采用爬架体系施工，而适合采用爬模或顶模体系。当此类结构体系的超高层建筑结构高度在４００ｍ以内时，适合采用爬模体系进行施工，此时经济性比顶模体系更好。

采用“巨柱框架＋核心筒＋伸臂桁架”抗侧力结构体系的超高层建筑中的外框巨型框架柱一般采用钢骨混凝土巨型柱，在巨型柱内外填充钢筋混凝土形成组合结构，而且外框巨型框架柱为实心体结构，因此在结构施工时一般采用液压爬模进行施工。实际施工时可将液压爬模架体高度提高，以满足钢柱的大量吊装、焊接工作，并保证钢柱吊装焊接施工时有安全的操作平台。

２. ３工程应用

广州东风中路Ｓ８地块工程建筑高度为１７０ｍ，采用“钢框架＋核心筒”结构体系，其中外框结构采用钢管混凝土柱，通过钢梁与核心筒进行连接，主楼核心筒采用外爬内支施工技术，利用液压爬模并结合铝合金模板早拆体系进行施工，工程施工顺利。长沙世茂广场工程建筑高度为３４８. ５ｍ，采用“钢框架＋核心筒”结构体系，其中外框结构采用钢管混凝土柱，通过钢梁与核心筒进行连接，主楼核心筒采用外爬内支施工技术，利用液压爬模并结合铝合金模板早拆体系进行施工，工程施工顺利，经济效益较好。

苏州现代传媒广场办公楼采用“钢框架＋核心筒＋伸臂桁架”结构体系，建筑总高度为２１４. ８ｍ；地上４５层，采用爬模体系进行内外全爬施工，工程进展顺利。望京ＳＯＨＯ中心Ｔ３工程采用“钢框架＋核心筒”结构体系，地上４５层，结构高度为１７５ｍ，采用爬模体系进行内外全爬施工，工程进展顺利。以上２个工程均采用了不等高同步攀升施工技术，内筒先行，外框紧跟，水平结构随后展开，形成各部位结构同步施工的流水节奏，工程进展情况良好。

深圳平安金融中心采用“巨柱框架＋核心筒＋伸臂桁架”抗侧力结构体系，外框巨型框架柱采用液压爬模进行结构施工。

３顶模体系

３. １体系特点

顶模体系主要由钢框架系统、支承系统、顶升系统、模板系统、挂架系统等组成，通过支承系统的钢立柱与上下箱梁将荷载传递到下部核心筒墙体，通过顶升系统提供顶升动力。顶模在核心筒上部空间形成了一个巨大的钢结构平台，平台内钢结构桁架纵横交错，模板系统与挂架系统通过钢框架系统下挂于钢平台下方。顶模架体跨越３. ５个标准层，形成一个封闭的整体平台，可满足钢结构吊焊接、钢筋绑扎、混凝土浇筑、混凝土养护等不同工序的交叉施工，实现分段流水施工，顶模整体性、安全性好，筒内水平结构需二次施工。由于顶模体系强大的顶升与支承能力，顶模平台能够高度集成，顶模钢平台上可以设置堆场、机房、布料机、消防水箱等，甚至可以集成塔式起重机，目前已经有工程将塔式起重机设置在顶模钢平台上，随平台同步爬升，布置在核心筒内的施工电梯通过附着于顶模体系而能够直达钢平台，实现施工人员的快速输送。

顶模体系设计的定向性比爬模体系强，通用性与周转性较差，一次性投入大，因此顶模的主要缺点是造价高，大约是爬模的２倍。由于顶模体系在核心筒上部形成了一个钢结构桁架纵横交错的钢平台，而模板系统与挂架系统下挂于钢平台下方，造成钢构件、混凝土等必须通过钢结构桁架落位，施工时有一定难度。

３. ２设计要求

根据核心筒的平面尺寸、结构特点等进行顶模体系的专项设计，设计时要综合钢结构、脚手架、模板、液压油缸、混凝土结构等专业知识，需要解决以下主要问题。

１）满足钢构件的顺利落位和混凝土穿越平台桁架层和部分挂架后顺利入模，特别是钢板剪力墙构件的落位，钢平台纵横交叉的主次桁架梁对钢板剪力墙的吊装会产生较大影响，有些特殊部位的钢板墙需要采用双机换钩法吊装、甚至辅以电动葫芦，吊装难度大，施工更复杂。另外，还要考虑顶模埋件与核心筒型钢柱等的冲突问题。

２）发挥顶模体系承载力强、稳定性好的特点，优化集成堆场、机房、布料机、消防水箱等。协调布置顶模支撑系统与核心筒内的塔式起重机、施工电梯、混凝土泵送管等的相互关系。考虑核心筒平面结构变化、伸臂桁架层等进行系统调整与重新布置的便捷性与经济性。

３. ３适用范围

由于顶模架体跨越３. ５个标准层，能够满足不同工序的交叉施工，实现立体分段流水施工，适用于高度特别高或工期要求非常紧的超高层建筑，高度越高，顶模的性能越容易发挥，经济性越好。采用“巨柱框架＋钢板剪力墙核心筒＋伸臂桁架”抗侧力结构体系的超高层建筑，外围结构由巨型柱、巨型斜撑、伸臂桁架、环带桁架和框架钢梁构成，核心筒采用钢板剪力墙结构，内筒与外框通过伸臂桁架和钢梁相连接。采用此类结构体系的超高层建筑，高度非常高，通常在３００ｍ以上，钢板剪力墙的钢板尺寸大、厚度大，吊装、拼接、焊接的工作量非常大，在核心筒竖向工作面上需要形成钢板吊装焊接区、钢筋绑扎区、混凝土浇筑区、混凝土养护区等４个区进行立体施工，因此顶模体系适用于此类结构体系的超高层建筑。

３. ４工程应用

天津高银１１７大厦工程地上１１７层，结构高度５９６. ２ｍ，采用“巨柱框架＋钢板剪力墙核心筒＋伸臂桁架”结构体系，核心筒为钢板混凝土剪力墙结构、钢骨混凝土剪力墙结构，采用顶模体系后将核心筒竖向划分为钢板吊装焊接区、钢筋绑扎区、混凝土浇筑区等３个区，在平面上形成钢结构区、土建区，各区独立施工，形成三维立体交叉作业。天津高银１１７大厦５～３７层的钢板剪力墙核心筒按５ｄ／层施工，其他钢骨柱剪力墙核心筒按４ｄ／层施工，施工效率非常高。广州周大福金融中心地下５层，地上１１１层，建筑高度５３０ｍ，采用“巨柱框架＋钢板剪力墙核心筒＋伸臂桁架”结构体系，核心筒采用钢板混凝土剪力墙结构，核心筒施工采用了顶模体系。

４具体工程案例

４. １迪凯国际中心

４. １. １工程概况

迪凯国际中心位于杭州市钱江新城，西侧是华联钱江时代广场。地下２层，裙房４层，主楼４０层，其中１４层、２９层为避难层，屋面高度为１６５ｍ，建筑面积为８０３４１ｍ２，为办公、商务超高层建筑，迪凯国际中心效果如图１所示。塔楼基础采用桩筏基础，结构形式为“钢筋混凝土筒中筒”结构，外筒为密柱深梁组成的框筒，内筒为剪力墙围合组成的实腹筒。主楼Ｂ２～４层的框架柱混凝土强度等级为Ｃ６０。

４. １. ２模架选型

根据塔楼“钢筋混凝土筒中筒”的结构形式、结构层数、平面形状、标准层高等特点，决定采用外爬内支、内外筒同步施工的方法，外部围护架体采用电动升降整体脚手架，内部结构采用散拼模板施工。从５层楼面至屋顶采用外爬内支施工技术，共安装了２８套爬架提升设备，根据标准层层高３. ６０ｍ，整体架架体搭设高度为３. ６０ × ４＋１. ８＝１６. ２０ｍ，８. ５步架，最大架体跨度≤６. １５ｍ，最大单元架体面积为９９. ６０ｍ２，最大单元架体自重为３０. ８５ｋＮ（恒荷载）。整体架架体平均跨度为５. ６７ｍ，平均单元架体面积为９１. ８５ｍ２，平均单元架体自重为２８. ５５ｋＮ（恒荷载）。架体搭设总面积为２５７２. ５０ｍ２，整体架架体自重（恒荷载）为７９９. ４０ｋＮ。

４. １. ３防倾覆装置

为确保架体的平稳升降，提升脚手架时单独设置了防倾覆装置，防倾覆装置是由安装在架体上的导轨及固定在结构上的导轮组成，架体在提升过程中，导轮镶嵌在导轨工字型凹槽所形成的导轨中相对移动，保证了架体垂直方向的稳定性。

４. １. ４附着安装

提升机构由提升梁、拉杆、穿墙螺栓等组成。根据结构情况，各提升设备附着点均采用常规方式附墙，即预埋塑料套管穿墙螺栓附着，穿墙螺栓垂直方向距楼层板面下１００～１５０ｍｍ，爬架附着节点如图２所示。

４. ２兰州红楼时代广场

４. ２. １工程概况

兰州红楼时代广场位于甘肃省兰州市，由主楼和裙楼组成。地下３层，主楼地上５５层，裙楼地上１２层，结构总高度为２６６ｍ，建筑面积为１３. ７万ｍ２，兰州红楼时代广场效果如图３所示。地下室结构采用钢骨混凝土结构体系；主楼地上结构采用“钢框架＋核心筒＋伸臂桁架”结构体系，其中外围钢框架采用钢管混凝土柱＋钢梁，核心筒内置钢骨柱＋钢骨梁，加强层设置钢结构伸臂桁架和环带桁架。塔楼平面尺寸为４０. ５ｍ × ４０. ５ｍ，其中核心筒平面尺寸为１９. ５ｍ × １９. ５ｍ，核心筒外墙厚度由１１００～５００ｍｍ递减。钢结构总用钢量为２万ｔ左右，工程抗震设防烈度为８度。

４. ２. ２技术分析

根据兰州红楼时代广场“钢框架＋核心筒＋伸臂桁架”结构体系和结构层数等特点，决定采用不等高同步攀升施工技术，内筒结构的施工进度领先于外框结构，外框结构紧随内筒结构，形成内筒外框不等高同步攀升的施工工况。根据工程结构体系和结构高度，不适合采用爬架体系，主要分析爬

模体系与顶模体系哪种体系更适合兰州红楼时代广场工程，具体分析如下。

１）主楼５５层，结构高度为２６６ｍ，高度在３００ｍ以内，工期正常，没有压缩工期的特殊要求，根据结构高度、建筑层数、工程工期进行分析，采用爬模体系经济性更好。

２）核心筒为钢骨混凝土结构，采用钢骨柱＋钢骨梁＋钢筋混凝土结构，采用爬模体系能满足施工需要，经济性更好。如果核心筒采用钢板墙＋钢筋混凝土的钢骨混凝土结构，则更适合采用顶模体系，因为钢板墙的作业量大大高于钢骨柱，而顶模架体跨越３. ５个标准层，可满足钢板吊装焊接、钢筋绑扎、混凝土浇筑、混凝土养护等不同工序的交叉施工，实现分段流水施工，加快工程进度。

３）标准层层高有３８００，５１００ｍｍ２种，层高变化较大。核心筒剪力墙共有６种墙体厚度，变化较多。因此，从层高和核心筒剪力墙的角度来说，更适合采用爬模体系。

４）工程抗震设防烈度为８度，核心筒钢筋含量高，而且核心筒内置钢柱和钢梁，采用内外全爬技术形成内外钢平台，有利于核心筒内的钢骨柱、钢骨梁的吊装、焊接施工，操作更安全，施工速度更快，满足大量钢筋等材料的堆放要求，并且可将混凝土布料机直接安装在爬模体系上，布料机随爬模体系同步爬升。

通过上述分析，决定采用爬模体系进行内外全爬施工，工程进展顺利，目前主楼已经封顶。

４. ２. ３爬模施工

工程选择北京卓良模板有限公司的爬模体系，外侧爬模架体选用承载能力及抗风较强的ＺＰＭ⁃１００体系，模板采用木模板体系；内筒电梯井截面尺寸较小，为了使模板架体退模时有足够的空间，选用ＺＰＭ⁃１００系列的立柱式爬模架体，模板采用钢模板体系。

整个爬模系统共布置４１个机位，每个机位相对应１套液压油缸，共计２１套液压系统和２０套动力单元系统；配置２套泵站和１０套配电箱。核心筒外侧采用２１套液压系统和２套泵站；内筒采用２０套动力单元系统和１０套配电箱。

从１层核心筒开始进行爬模预埋件的设置工作，１层混凝土浇筑完毕后开始安装爬模。首先在１层楼面即地下室顶板上进行爬模的拼模工作，拼装完成后通过塔式起重机运输安装至１层核心筒筒体上进行模板施工。１层核心筒模板拆除后往上应用到２层核心筒结构上，２层混凝土施工完毕后进行架体提升开始正式爬升。

采用三一重工ＨＧＹ１８Ⅱ混凝土布料机，与爬模架体上的钢梁进行焊接，将布料机直接安装在爬模平台上，随爬模体系同步爬升，兰州红楼时代广场施工实景如图４所示。爬模下挂总高度为２０ｍ的塔梯，核心筒筒体内布置的施工电梯与下挂塔梯形成核心筒重要的人员运输通道。

５结语

通过对爬架、爬模和顶模的体系特点、适用范围与工程应用情况进行分析研究，得出超高层建筑根据结构体系、结构高度、建筑层数、层高变化、工期要求、场地条件等情况选择相应的模架体系。

１）“钢筋混凝土框架＋核心筒”、“钢筋混凝土筒中筒”、“钢柱混凝土框架＋核心筒”结构体系的超高层建筑采用外爬内支进行整体结构施工，塔楼的外部围护架体适合采用爬架，配合铝合金模板早拆体系进行施工，经济性较好。

２）“钢框架＋核心筒”、“钢框架＋核心筒＋伸臂桁架”结构体系的超高层建筑适合采用不等高同步攀升施工技术，核心筒适合采用爬模体系施工，核心筒可以采用内外全爬施工技术或外爬内支施工技术。此类超高层建筑的结构高度一般在４００ｍ以内，在没有赶工要求的情况下采用爬模体系进行施工的经济性较好。

３）“巨柱框架＋钢板剪力墙核心筒＋伸臂桁

架”结构体系的超高层建筑适合采用不等高同步攀升施工技术，此类超高层建筑的结构高度一般在３００ｍ以上，核心筒施工适合采用顶模体系。顶模架体跨越３. ５个标准层，满足钢板吊装焊接、钢筋绑扎、混凝土浇筑、混凝土养护等的立体施工要求，能加快施工进度，结构高度越高顶模优势越能发挥。

４）“巨柱框架＋核心筒＋伸臂桁架”结构体系的超高层中的外框巨型框架柱一般采用钢骨混凝土柱，一方面柱体为实心体结构，另一方面高度通常在３００ｍ以上，甚至达到５００，６００ｍ，外框巨型框架柱在结构施工时适合采用液压爬模。

通过更具体的工程案例———杭州迪凯国际中心和兰州红楼时代广场，全面分析了工程的结构体系、结构高度、建筑层数、层高变化、工期要求等情况从而采用相应的模架体系。

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建筑选型是什么(超高层建筑模架选型与应用技术)

建筑选型是什么(超高层建筑模架选型与应用技术)

１ 爬架体系

２ 爬模体系

３ 顶模体系

４ 具体工程案例

５ 结语

１爬架体系

２爬模体系

３顶模体系

４具体工程案例

５结语