廖 繼，蔣及第，劉 恒，張步月，劉 凱，胡智明

(中建三局第三建設(shè)工程有限責任公司，湖北 武漢 430070)

0 引言

智能化施工集成平臺又稱空中造樓機，集成了各類機械設(shè)備、操作平臺、防護設(shè)施及智能監(jiān)控，使結(jié)構(gòu)施工規(guī)范化、標準化。國內(nèi)外已多次報道使用空中造樓機進行主體結(jié)構(gòu)板施工的超高層建筑，如沈陽寶能環(huán)球金融中心項目T1塔樓、重慶國金中心等。如何保質(zhì)保量地快速進行主體結(jié)構(gòu)施工是工程建設(shè)期間的關(guān)鍵。中建三局在原有空中造樓機基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地研發(fā)了適用于一般住宅建筑的輕型住宅造樓機，質(zhì)量僅270t，并成功應用于重慶御湖壹號項目及珠海合作創(chuàng)新中心項目，目前在四川中建·映成都項目5號樓實現(xiàn)首次周轉(zhuǎn)應用。住宅造樓機的應用，顯著提高了施工效率、安全性能并改善了工人的作業(yè)環(huán)境。

1 工程概況

中建·映成都項目位于成都市高新區(qū)應龍南一路與觀東二街及觀東三街交匯處，占地面積 37 876 m2， 總建筑面積305 450.13m2。項目由4棟高層住宅、3棟高層辦公樓及附屬商業(yè)裙房、2層地下車庫組成。高層住宅樓主要以框架-剪力墻形式為主，單層結(jié)構(gòu)開間小、鋼筋用量小、混凝土用量小、開間多、梁板多、門窗洞口多，內(nèi)墻瑣碎龐雜，無規(guī)律不連續(xù)。該項目5號樓2單元使用住宅造樓機進行主體結(jié)構(gòu)施工，1單元使用傳統(tǒng)爬架工藝施工。2個單元均使用鋁合金模板，結(jié)構(gòu)形式及各勞務班組人員配置完全相同。

2 住宅造樓機應用

住宅造樓機主要由鋼平臺系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、動力及控制系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、掛架系統(tǒng)、安全防護系統(tǒng)組成。中建·映成都項目在總結(jié)先前項目經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對住宅造樓機的結(jié)構(gòu)設(shè)計、鋼平臺結(jié)構(gòu)布置及安裝工藝等進行優(yōu)化。

2.1 附墻支座預埋件設(shè)計

附墻支座安裝時，6個螺栓孔洞相對位置必須準確。位置偏差較大將導致附墻支座無法安裝或安裝后傾斜、螺栓受力不均勻等。針對附墻支座螺栓孔在木模層定位預埋難度大、精度低，螺栓孔相對位置不準確易造成后期二次洗孔的問題，設(shè)計了適用于不同支點位置附墻支座預埋形式的鋼套管預埋件。2種鋼套管預埋件分別針對附墻支座預埋的常規(guī)點位(見圖1a)和特殊點位(見圖1b)。常規(guī)點位鋼套管預埋件主要由6根直徑48mm鋼管及2組直徑16mm定位加固鋼筋組成；特殊點位由于墻體厚度太大或有梁，部分螺栓無法貫穿，需將螺栓改為預埋爬錐的形式進行預埋，故增加爬錐定位鋼板。

圖1 鋼套管預埋件

2.2 新型格構(gòu)式附墻支座墊板設(shè)計

住宅造樓機的高周轉(zhuǎn)性使其具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢。針對5號樓2單元樓底部非標準層墻體厚度與標準層不同，標準層墻體內(nèi)縮導致上、中、下3個附墻支座不在同一垂直平面的問題，設(shè)計了厚度與墻體內(nèi)縮量相同的格構(gòu)式附墻支座墊板。格構(gòu)式附墻支座墊板分為580mm×120mm×100mm及580mm×150mm×100mm兩種形式(見圖2)，與附墻支座底部形式相對應。格構(gòu)式附墻支座墊板采用10mm厚鋼板焊接而成，而傳統(tǒng)墊板質(zhì)量約200kg，而此新型格構(gòu)式附墻支座墊板僅30kg，質(zhì)量僅為原來的15%，成本由原來的5 000元降至2 000元，單個成本節(jié)約3 000元，整體節(jié)約18 000元。該格構(gòu)式附墻支座墊板成功解決了住宅造樓機因墻體厚度變化導致附墻支座不在同一垂直平面的問題，顯著增加了住宅造樓機對不同建筑結(jié)構(gòu)形式的通用性，有利于提高住宅造樓機的周轉(zhuǎn)率。

圖2 格構(gòu)式附墻支座墊板剖面

2.3 單榀貝雷架設(shè)計

在滿足結(jié)構(gòu)受力和穩(wěn)定性要求的前提下，將部分受力較小的雙榀貝雷架改為單榀貝雷架，并設(shè)計與之相適配的走道板支架，進一步減輕了結(jié)構(gòu)自重，降低了材料成本。單榀貝雷架桁架結(jié)構(gòu)能更好地避開豎向墻體鋼筋，減小了貝雷架對豎向鋼筋綁扎的影響，相較于重慶御湖壹號項目，本項目鋼筋綁扎效率提升30%，整體工期縮短9d。

2.4 井道式施工電梯設(shè)計

使用傳統(tǒng)附著式施工電梯無法對外墻一次性施工，附著覆蓋范圍內(nèi)的外墻需待施工電梯拆除后才可施工，從而造成工期延長、成本增加。將井道式施工電梯與住宅造樓機結(jié)合能夠規(guī)避這一問題。在貝雷架下弦桿上安裝工字梁，將施工電梯橫梁與工字梁結(jié)合，使井道式施工電梯可隨住宅造樓機的頂升而同步提升。假設(shè)電梯每天工作10h、工期為8個月(租金以當?shù)匦星榧熬唧w商議情況為準)，計算兩種電梯施工成本如表1所示。由表1可知，井道式施工電梯的成本比附著式施工電梯低3.5萬余元。另外，井道式施工電梯不受天氣影響，可節(jié)省設(shè)備租賃與人員雇傭的成本。井道式施工電梯布置如圖3所示。

表1 兩種施工電梯成本對比 元

圖3 井道式施工電梯平面布置

3 住宅造樓機與爬架對比分析

3.1 施工工藝

3.1.1頂升

頂升是爬架與住宅造樓機施工過程中的重要環(huán)節(jié)。由于住宅造樓機及爬架與墻體的附著位置不同，住宅造樓機的頂升相對爬架具有明顯優(yōu)勢。爬架附著點如圖4所示，爬架最上端附著點位于結(jié)構(gòu)施工層，即n層，頂升時其混凝土強度需達到10MPa。住宅造樓機附著點如圖5所示，住宅造樓機附著點位于施工作業(yè)層以下1層，即(n-1)層，提升時要求墻體混凝土強度達到20MPa。施工中實際頂升前對墻體強度進行回彈檢測，結(jié)果表明混凝土強度符合頂升要求。即住宅造樓機頂升與主體結(jié)構(gòu)施工互不影響，且不存在“冒頂”風險，更有利于加快施工進度，縮短施工工期，進而降低施工成本。

圖4 爬架附著點

3.1.2模板吊掛

在傳統(tǒng)爬架體系中，工人須先手工拆下外墻模板和背楞，通過傳料口人工向上傳遞模板的方式將物料轉(zhuǎn)運至下一施工層。由于外墻模板面積大、質(zhì)量大(約25kg/m2)、耗時長、工人負擔重且易發(fā)生安全事故。使用住宅造樓機施工時，可將外墻及電梯井筒內(nèi)大模板通過吊桿整體懸掛在住宅造樓機上，隨住宅造樓機頂升同步提升至下一結(jié)構(gòu)施工層，無需人工散拆散拼及多次倒運，可顯著提高工作效率、縮短工期。

3.1.3混凝土澆筑

爬架施工使用傳統(tǒng)布料機澆筑混凝土，混凝土澆筑前后需多次安裝拆除布料機。反復吊運安裝、拆除布料機導致人工及時間成本增加，也增加了吊裝過程中的安全風險。住宅造樓機采用智能液壓布料機，該布料機安裝在貝雷架鋼平臺上部。并隨住宅造樓機頂升而同步提升，無需多次倒運，且操作簡單，混凝土澆筑過程高效安全。

3.1.4精益建造

穿插施工是精益建造的重要組成部分，住宅造樓機施工過程中穿插進行臨邊防護、砌體墻與保溫層施工，符合精益建造理念。其掛架系統(tǒng)共設(shè)計了8層操作走道覆蓋5.5層操作結(jié)構(gòu)(見圖6)，掛架各層之間設(shè)置鋼爬梯。主體結(jié)構(gòu)n層結(jié)構(gòu)為鋼筋綁扎施工層，外防護掛架上部第1層主要為人員安全通道及電線電纜布置路線通道，第2，3層為鋼筋綁扎層，第4層為整理模板、合模工作的操作架，第5層為模板拆除、模板清理工作的操作架，第6，7層為預埋件清理、已澆筑混凝土養(yǎng)護、兜底防護等工作的操作架，第8層為精益建造施工作業(yè)層，滿足樓板施工防護需要。傳統(tǒng)爬架體系掛架僅覆蓋結(jié)構(gòu)4.5層，精益建造施工及其他工序穿插相對較困難。

3.2 施工環(huán)境

根據(jù)對成都市的天氣數(shù)據(jù)分析，近10年成都每年平均雨天>100d。夏季時常高溫多雨，若使用傳統(tǒng)爬架體系施工，中午太陽直曬樓頂毫無遮擋，空氣溫度高且鋼筋溫度極高，施工環(huán)境惡劣，不利于工人作業(yè)。雨天工人無法作業(yè)，多雨季節(jié)工期受天氣因素限制大。且成都政府規(guī)定鬧市區(qū)21:00后禁止施工，每日有效施工時間僅為10h，進一步給工期控制帶來壓力。相比于爬架體系，住宅造樓機施工環(huán)境具有明顯優(yōu)勢，其頂部設(shè)有鋼平臺，平臺上全覆蓋安裝了雨棚、噴淋和風機。雨棚可遮陽擋雨，風機可加速水分蒸發(fā)，降低溫度，提高了工人施工環(huán)境的舒適性。另外，住宅造樓機工藝還解決了雨天和夏季晴天中午無法施工的問題，極大地提高了工期可控性。

3.3 安全性能

1)爬架頂部附著點位于新澆筑混凝土樓層，混凝土未達到設(shè)計強度限制了爬架頂升時間必須在混凝土澆筑完1d左右才可提升。爬架頂升不及時導致出現(xiàn)“冒頂”情況，存在極大的安全風險。由于住宅造樓機的頂部鋼平臺始終高于主體結(jié)構(gòu)施工層2.2m，整個主體結(jié)構(gòu)被包裹在住宅造樓機內(nèi)部，無“冒頂”風險。

2)爬架走道板寬度僅為650mm，且樓梯及附著點處更窄，工人攜帶工具通行或交互通行不便，危險性較大；住宅造樓機走道板寬度為900mm，樓梯及轉(zhuǎn)角處空間較大，設(shè)計更人性化，工人通行更安全順暢。

4 結(jié)語

住宅造樓機是建筑行業(yè)技術(shù)革新的產(chǎn)物，在頂升、模板吊掛、混凝土澆筑、精益建造等方面都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)爬架工藝。同時，住宅造樓機整體設(shè)計更人性化，工人施工更舒適安全，這也是未來建筑行業(yè)發(fā)展的重點。目前，住宅造樓機施工技術(shù)還不夠成熟，存在較多問題。造樓機的周轉(zhuǎn)安裝過程較繁雜，周轉(zhuǎn)使用技術(shù)還不成熟，標準化、模塊化及智能化等程度不高。如何降低造樓機使用成本，使住宅造樓機更輕量化、標準化、模塊化、智能化、產(chǎn)業(yè)化，還有待進行進一步的探索與研究。