超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统及施工方法与流程

本发明涉及建筑领域，尤其涉及一种超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统及施工方法。

背景技术：

目前国内在建的所有“钢框架+混凝土核心筒”超高层结构施工均采取核心筒先行，外框钢柱、钢梁、组合楼板（或钢筋桁架楼承板）后施工的“不等高同步攀升”的施工组织形式，核心筒持续领先塔楼外框结构10层~15层左右的施工步距。而在核心筒施工工艺选择中，由于顶模施工工艺相较爬模、提模等在众多环节上进行了创新，迎合了建筑形状复杂变化、高度不断攀升、功能多样化、结构复杂化的发展趋势，同时极大的提高了施工工效，并实现了两天半一个结构层的建设新速度，因此，顶模施工工艺日益成为超高层施工技术的主流施工工艺。

但是，在目前普遍应用的顶模技术中，采用“不等高同步攀升”施工组织形式，顶模施工均是核心筒竖向结构先行施工，水平结构或单独组织滞后竖向结构4-7层单独进行施工，此时外框钢结构及组合楼板施工仍滞后竖向结构10-15层，形成三个梯级的施工组织，水平结构的整体组织难度较大；或水平结构与外框水平结构同步施工，滞后竖向结构10-15层。而核心筒竖向结构的施工速度最快可达到了2天半一个结构层的施工速度，但是后续的水平结构因考虑上下垂直交叉作业物体打击危险控制、核心筒板面高差、梁定位多变的特性，楼板结构施工速度往往很难与外框的组合楼板施工速度匹配，形成相互制约，因水平结构无法及时完成导致超高层施工中的机电设备安装、电梯安装等的后期的关键工序不能及时插入，最终不能最大效用的发挥前期竖向结构的工期优势。因此，在超高层核心筒施工中迫切需要一种核心筒水平结构与竖向结构同步施工的顶模技术，以此来发挥顶模的最大优势。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统及施工方法，旨在实现核心筒水平结构与竖向结构同步施工。

为实现上述目的，本发明提供一种超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统，包括桁架平台系统、挂架围护系统、支撑系统、模板系统以及液压控制系统，所述模板系统为铝合金模板系统，所述铝合金模板系统包括竖向墙体模板和水平模板，其中，

所述竖向墙体模板包括多个横向拼接的铝合金标准单元板以及位于所述铝合金标准单元板上方的铝合金C槽；

所述水平模板由多个铝合金散拼板拼接而成，不同层的水平模板采用不同数量的铝合金散拼板拼接而成，所述水平模板通过铝合金C槽与所述竖向墙体模板连接；

所述竖向墙体模板通过吊点悬挂于桁架平台系统下弦，所述水平模板通过模板支撑立杆支承于下一层楼板上。

优选地，所述支撑系统布置于核心筒永久电梯井筒内以避免占用水平楼板位置；所述桁架平台系统的主桁架和次桁架与结构墙体不处于同一个平面投影线上。

优选地，所述桁架平台系统上预留有水平结构钢筋下料口；所述桁架平台系统还设置有串筒，混凝土通过所述串筒直达楼层浇筑面以避免污染上部已绑扎钢筋。

优选地，所述水平模板的铝合金散拼板通过销钉和销片与铝合金C槽可拆卸连接；相邻两所述铝合金标准单元板之间通过偏心U型卡和螺栓可拆卸连接；双槽钢背楞连接所述竖向墙体模板同一高度上的所有偏心U型卡。

优选地，所述挂架系统为多个标准件可拆卸连接而成。

优选地，所述竖向墙体模板的竖向高度可调整。

优选地，所述竖向墙体模板还包括位于铝合金标准单元板下方的补偿模板以及连接所述补偿模板和铝合金标准单元板的加强肋，所述补偿模板与铝合金标准单元板可拆卸连接，所述补偿模板的数量与铝合金标准单元板的数量相等，两块所述铝合金标准单元板夹住加强肋的一端，两块所述补偿模板夹住加强肋的另一端。

优选地，所述支撑系统在核心筒竖向墙体上的支点为可拆分组合支撑钢腿。

本发明进一步提出一种基于上述的超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统的施工方法，包括以下步骤：

第n层混凝土浇筑完成后，进行核心筒第n+1层钢筋绑扎、埋件安装固定以及竖向墙体模板和水平模板的拆模工作；

在第n层水平模板拆模完成后，将其迅速翻转至已浇筑的混凝土楼板，在地面将多个铝合金散拼板拼接成第n+1层水平模板，并将拼装后的水平模板与悬挂的铝合金C槽连接成整体并吊装于桁架平台系统下方；

待钢筋工程和埋件安装验收完毕后，进行顶膜顶升；

顶升完成后，竖向墙体模板达到第n+1层高度后，进行墙模板合模及加固，并调整第n+1层竖向墙体模板和水平模板的标高，在进行第n+1层竖向模板加固与水平模板安装的同时，其上部第n+2层竖向钢筋继续绑扎；

水平模板的标高调整完成后，绑扎水平结构梁板钢筋，并通过在桁架平台系统上布置的串筒，将混凝土浇筑至第n+1层竖向墙体及水平梁板。

优选地，当核心筒墙体截面收缩时，利用竖向墙体模板的竖向高度可调整，来实现模板整体尺寸的调节。

本发明提出的超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统，具有以下有益效果：

（1）在不同层核心筒水平结构发生变化时，因水平模板由多个铝合金散拼板拼接而成，可随时进行水平模板的结构调整，突破了传统顶模只能施工核心筒竖向结构、核心筒水平结构必须滞后于竖向结构单独组织施工的工艺现状，避免了水平结构滞后施工带来的水平梁板处墙体混凝土面打凿及凿毛处理、钢筋二次连接，减少了建筑垃圾的产生量及能源消耗量，施工过程更加绿色环保；同时优化了常规住宅铝合金模板只能人工逐块翻模安装的工艺，实现了竖向墙体模板与水平模板整体提升，节省大量人工工作量；

（2）实现了铝合金模板快拆体系工艺与顶模系统工艺的完美融合。核心筒水平结构滞后于竖向结构施工的传统顶模施工方法中，核心筒竖向结构施工速度可达4天/层。本实施例中，带水平结构模板的铝合金模板作为快拆体系，充分发挥其支撑立杆保留、梁板底部模板先拆的特点，可通过采取两层钢筋连续绑扎、竖向墙体模板与水平模板整体同时提升优化顶模施工工艺亦保证了核心筒竖向结构与水平结构同步施工情况下，施工速度可达到4天/层；

（3）规避了施工过程中建筑结构受力形式不同于原设计意图所带来的安全风险，减小了核心筒后期收口补洞难度，提高了超高层核心筒施工综合施工效率，降低工程施工成本；

（4）竖向墙体模板为铝合金标准单元板拼装而成，可根据核心筒墙体变化进行相应的调节，具有竖向高度可调、墙厚变化可调、自重轻的特点，绿色节能环保。

附图说明

图1为本发明超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统在标准层作业时顶模系统即将顶升状态时的剖面图；

图2为本发明超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统应用于某工程时支撑系统的平面布置示意图

图3为本发明超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统应用于某工程时桁架平台系统的平面布置示意图

图4-A为本发明超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统应用于某工程且在初次安装挂架时的分布示意图；

图4-B为本发明超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统应用于某工程且在第一次核心筒水平结构变化时挂架的分布示意图；

图4-C为本发明超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统应用于某工程且在第二次核心筒水平结构变化时挂架的分布示意图；

图5为本发明超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统中挂架系统的构造大样图；

图6为本发明超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统中竖向墙体模板的构造示意图；

图7-A为本发明超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统中偏心U型卡与铝合金大模板、双槽钢背楞的固定立面图；

图7-B为本发明超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统中偏心U型卡与铝合金大模板、双槽钢背楞的固定平面图；

图7-C为本发明超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统中偏心U型卡的结构示意图；

图8为本发明超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统中竖向墙体模板与水平模板的组合示意图；

图9为本发明超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统中的墙体模板剖面图；

图10为本发明超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统中水平模板临时悬挂于顶模的示意图；

图11为本发明超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统中可拆分组合支撑钢腿示意图。

图中，1-支撑系统，2-桁架平台系统，3-钢筋下料口，4-串筒，5-上部钢筋，6-挂架系统，7-1840型方通，8-740型方通，9-T型铝，10-走道板，11-翻板，12-模板系统，13-竖向墙体模板，14-核心筒水平同步施工楼板，15-铝合金散拼板，16-铝合金C槽，17-吊点，18-支撑立杆，19-铝合金标准单元板，20-偏心U型卡，21-螺栓，22-双槽钢背楞，23-K板，24-F脚，25-补偿模板，26-加强肋，27-核心筒竖向墙体，28-支撑钢腿，29-液压控制系统。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1、图6至图10，本优选实施例中，一种超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统，包括桁架平台系统2、挂架围护系统、支撑系统1、模板系统12以及液压控制系统29，模板系统12为铝合金模板系统，铝合金模板系统包括竖向墙体模板13（用于核心筒外墙及井筒竖向墙体）和水平模板（用于水平同步施工楼板、与梁板连接的墙体及楼梯），其中，

竖向墙体模板13包括多个横向拼接的铝合金标准单元板19以及位于铝合金标准单元板19上方的铝合金C槽16；

水平模板由多个铝合金散拼板15拼接而成，不同层的水平模板采用不同数量的铝合金散拼板15拼接而成，水平模板通过铝合金C槽16与竖向墙体模板13连接；

竖向墙体模板13通过吊点17悬挂于桁架平台系统2下弦，水平模板通过模板支撑立杆18支承于下一层楼板上。

参照图6，在竖向墙体模板13上口的铝合金C槽16按一定间距设置有吊点17，每个吊点17安装一个两端套丝的U型圆钢；葫芦悬挂在桁架平台系统2下弦，葫芦倒链挂住U型圆钢。铝合金标准单元板19和铝合金散拼板15可设置成相同的结构。

具体地，水平模板的铝合金散拼板15通过销钉和销片与铝合金C槽16可拆卸连接，因此，拆卸与连接铝合金散拼板15和铝合金C槽16的工作非常方便。另外，相邻两铝合金标准单元板19之间通过偏心U型卡20和螺栓21可拆卸连接；双槽钢背楞22连接竖向墙体模板13同一高度上的所有偏心U型卡20。

参照图7-A、图7-B和图7-C，在组装竖向墙体模板13时，将多个铝合金标准单元板19组拼在一起后，偏心U型卡20通过螺栓21与铝合金标准单元板19固定，再将双槽钢背楞22卡住偏心U型卡20，最终形成整体大模板。使用偏心U型卡20连接方式确保了竖向墙体模板13连接牢固且拆改方便，当核心筒无水平梁板区域随结构高度增加变成有水平梁板，则此处竖向墙体模板13需拆改为铝合金散拼模板，此时，只需松开偏心U型卡20，取出双槽钢背楞22，再卸除偏心U型卡20与铝合金标准单元板19连接的螺栓21，竖向墙体模板13即成为多个铝合金标准单元板19。竖向墙体模板13拆改成核心筒水平同步施工楼板14相连墙体的散拼模板时，需拆掉K板23，增加F脚24。

另外，核心筒电梯前室两侧均为电梯井道的区域，可实现水平模板的整体提升：水平模板拆模完成后，迅速翻转至上一层结构，按照配模图地面拼装水平模板，并将其临时挂至桁架平台系统2的下弦吊点17上，等待随顶模同步提升。

具体地，为了实现超高层核心筒水平与竖向同步施工，支撑系统1和桁架平台系统2设计需考虑核心筒结构避让原则，即：支撑系统1布置于核心筒永久电梯井筒内以避免占用水平楼板位置。桁架平台系统2布置因遵循纵横桁架、主次桁架排布合理原则，即：桁架平台系统2的主桁架和次桁架与结构墙体不处于同一个平面投影线上。

进一步地，桁架平台系统2上预留有水平结构钢筋下料口3。水平结构钢筋原材长度一般为12m，为减少钢筋浪费，工程现场加工钢筋放样下料时采取居中断料的方式，钢筋成品长度一般为6m，因此水平结构钢筋下料口3和长方向长度不宜小于6.5m。

进一步地，桁架平台系统2按照核心筒墙体暗柱分布及水平结构区设置有串筒4，混凝土通过串筒4直达楼层浇筑面以避免污染上部已绑扎钢筋。

进一步地，参照图5，挂架系统6为多个标准件可拆卸连接而成。具体地，挂架系统6由标准化的1840型方通7、740型方通8、T型铝9、走道板10及翻板11通过螺栓21连接，安拆方便，现场施工时根据核心筒水平结构的变化进行挂架系统6的快速增补。现场施工时根据核心筒水平结构的变化进行挂架系统6的快速增补，提高了顶模构件在单个建筑工程的重复利用率，进一步降低顶模使用成本，使得本顶膜系统易于推广。

进一步地，竖向墙体模板13的竖向高度可调整。具体地，竖向墙体模板13还包括位于铝合金标准单元板19下方的补偿模板25以及连接所述补偿模板25和铝合金标准单元板19的加强肋26，补偿模板25与铝合金标准单元板19可拆卸连接，所述补偿模板25的数量与铝合金标准单元板19的数量相等，所述两块铝合金标准单元板19夹住加强肋26的一端，两块所述补偿模板25夹住加强肋26的另一端。根据超高层核心筒层高变化规律设计补偿模板25，通过与铝合金标准单元板19拼形成竖向高度可调模板，在层高发生变化时只需拆除补偿模板25即可。因竖向墙体模板13竖向无加固背楞，本实施例中，在铝合金标准单元板19与补偿模板25连接处的侧边增加一块6mm厚的加强肋26进行模板加固。

水平模板的铝合金散拼板15设计有0.04m高F脚24。考虑核心筒水平结构混凝土楼板面标高不一致的问题，在有水平结构区域墙体散拼模板的最下部（即墙体根部）设置有F脚24用于调节模板高度，理论上F脚24下口离混凝土楼板面0.010m（混凝土楼板面为设计理论高度时），因此F脚24具有了0.001m~0.010m调节范围。

参照图11，另外，支撑系统1在核心筒竖向墙体27上的支点为可拆分组合支撑钢腿，支撑钢腿28在核心筒竖向墙体27上按照顶模顶升步距同时安装三道，最下面一道用于支承下箱梁，中间一道用于支承上箱梁，上面一道用于顶模顶升时进行周转。本实施例中，通过采用支撑钢腿28，避免了对结构墙体的损伤或者开洞，实现对结构的零损伤，保证竖向结构与水平结构一次浇筑施工成型。

本超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统的施工方法如下：

1）第n层混凝土浇筑完成，继续绑扎第n+1层余下钢筋（在第n层混凝土浇筑之间已绑扎部分第n+1钢筋）。在标准层施工周期中，钢筋绑扎属于连续作业，在提前绑扎第n+1层钢筋时，如图1所示，墙体底部预留500mm作为第n层混凝土浇筑施工时振捣棒施工范围，将箍筋、水平筋全部重叠绑扎在一起，混凝土浇筑完毕后按图纸设计间距恢复；

2）第n层混凝土达到强度要求后，进行竖向墙体模板13和水平模板的拆模工作。如图1和图10所示，核心筒电梯前室两侧均为电梯井道的区域，可实现水平模板的整体提升。水平模板拆模完成后，迅速翻转至已浇筑的混凝土楼板，通过桁架平台系统2下挂葫芦吊挂铝合金C槽16，在地面进行相应部位铝合金散拼板15的拼装（参照图3至图4-C），并将拼装后的水平模板与悬挂的铝合金C槽16连接成整体并吊装于桁架平台系统2下方；

3）跟随钢筋绑扎进度，完成在核心筒第n+1层所有涉及的埋件，诸如顶模埋件，钢结构、机电等预埋件，所有埋件均需安装固定于钢筋上。在绑扎第n+1层墙体钢筋时，根据埋件定位确定钢筋预留后绑范围，埋件固定后再对该区域进行加固处理；

4）筋工程、埋件安装验收完毕后方可准备顶升。顶模顶升前，需做好所有顶升前准备工作，确保拆分牛腿支座安装完成，填写顶升前检查验收表。顶升过程中，安排专人负责照管顶模挂架系统6和模板系统12，防止挂架系统6、模板系统12与核心筒结构发生碰撞。顶模顶升完成后，检查翻板11是否恢复，防坠落装置是否锁定；

5）顶升完成后，铝合金模板系统达到第n+1层高度，此时进行墙模板合模及加固。如图6所示，竖向墙体模板13利用铝模锁脚螺杆对其进行临时固定，并利用吊点17对其标高进行调整；如图9所示，内墙的散拼模板则以竖向墙体模板13标高作为参照，调节F脚24来控制水平模板的标高。墙体模板合模时同时进行连梁底模支设，连梁钢筋绑扎完成后，梁侧模待顶模顶升就位后再行封闭；核心筒墙体截面收缩时，利用竖向墙体模板13为可拆分式特性，拆除相应补偿模板25，实现模板整体尺寸的调节；楼层层高变化时，利用模板竖向高度可调特性，拆除对应补偿模板25，从而实现模板高度的调节。如图1所示，竖向墙体模板13合模时，调节水平模板在铝合金C槽16的吊点17葫芦来调整其标高，同时根据墙体定位及模板拼装图在地面放出水平模板支撑点的定位图，在竖向墙体模板13完成合模进行模板加固时同步进行水平模板的支设。水平模板的标高调整基本到位后，与竖向墙体模板13进行临时连接，然后根据支撑点定位线安装水平模板支撑；

6）如图1和图12所示，根据挂架围护系统的挂架可满足两层同时作业特性，在进行第n+1层竖向模板加固与水平模板安装的同时，其上部第n+2层竖向钢筋继续绑扎。竖向钢筋在最下面一道箍筋与第n+2层楼板面预留不少于500mm距离。

7）水平模板标高调整完成后，绑扎水平结构梁板钢筋，经验收合格后，浇筑第n+1层混凝土。如图1所示，通过在桁架平台系统2上布置的串筒4，将混凝土浇筑至第n+1层竖向墙体及水平梁板，同时不污染第n+2层已绑扎钢筋。第n+1层结构混凝土浇筑期间，钢筋绑扎作业暂停；

8）第n+1层混凝土浇筑完成后，重复步骤1~7直至浇筑完成。

本实施例提出的超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统，具有以下有益效果：

（1）在不同层核心筒水平结构发生变化时，因水平模板由多个铝合金散拼板15拼接而成，可随时进行水平模板的结构调整，突破了传统顶模只能施工核心筒竖向结构、核心筒水平结构必须滞后于竖向结构单独组织施工的工艺现状，避免了水平结构滞后施工带来的水平梁板处墙体混凝土面打凿及凿毛处理、钢筋二次连接，减少了建筑垃圾的产生量及能源消耗量，施工过程更加绿色环保；同时优化了常规住宅铝合金模板只能人工逐块翻模安装的工艺，实现了竖向墙体模板13与水平模板整体提升，节省大量人工工作量；

（2）实现了铝合金模板快拆体系工艺与顶模系统工艺的完美融合。核心筒水平结构滞后于竖向结构施工的传统顶模施工方法中，核心筒竖向结构施工速度可达4天/层。本实施例中，带水平结构模板的铝合金模板作为快拆体系，充分发挥其支撑立杆保留、梁板底部模板先拆的特点，可通过采取两层钢筋连续绑扎、竖向墙体模板13与水平模板整体同时提升优化顶模施工工艺亦保证了核心筒竖向结构与水平结构同步施工情况下，施工速度可达到4天/层；

（3）规避了施工过程中建筑结构受力形式不同于原设计意图所带来的安全风险，减小了核心筒后期收口补洞难度，提高了超高层核心筒施工综合施工效率，降低工程施工成本；

（4）竖向墙体模板13为铝合金标准单元板19拼装而成，可根据核心筒墙体变化进行相应的调节，具有竖向高度可调、墙厚变化可调、自重轻的特点，绿色节能环保。

本发明进一步提出一种超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统的施工方法。

本优选实施例中，一种基于上述超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统的施工方法，包括以下步骤：

第n层混凝土浇筑完成后，进行核心筒第n+1层钢筋绑扎、埋件安装固定以及竖向墙体模板和水平模板的拆模工作；

在第n层水平模板拆模完成后，将其迅速翻转至已浇筑的混凝土楼板，在地面将多个铝合金散拼板拼接成第n+1层水平模板，并将拼装后的水平模板与悬挂的铝合金C槽连接成整体并吊装于桁架平台系统下方；

待钢筋工程和埋件安装验收完毕后，进行顶膜顶升；

顶升完成后，竖向墙体模板达到第n+1层高度后，进行墙模板合模及加固，并调整第n+1层竖向墙体模板和水平模板的标高，在进行第n+1层竖向模板加固与水平模板安装的同时，其上部第n+2层竖向钢筋继续绑扎；

水平模板的标高调整完成后，绑扎水平结构梁板钢筋，并通过在桁架平台系统上布置的串筒，将混凝土浇筑至第n+1层竖向墙体及水平梁板。

另外，利用竖向墙体模板的竖向高度可调整，来实现模板整体尺寸的调节。

本实施例提出的超高层核心筒水平与竖向同步施工顶模系统的施工方法，具有以下有益效果：

（1）在不同层核心筒水平结构发生变化时，因水平模板由多个铝合金散拼板拼接而成，可随时进行水平模板的结构调整，突破了传统顶模只能施工核心筒竖向结构、核心筒水平结构必须滞后于竖向结构单独组织施工的工艺现状，避免了水平结构滞后施工带来的水平梁板处墙体混凝土面打凿及凿毛处理、钢筋二次连接，减少了建筑垃圾的产生量及能源消耗量，施工过程更加绿色环保；同时优化了常规住宅铝合金模板只能人工逐块翻模安装的工艺，实现了竖向墙体模板与水平模板整体提升，节省大量人工工作量；

（2）实现了铝合金模板快拆体系工艺与顶模系统工艺的完美融合。核心筒水平结构滞后于竖向结构施工的传统顶模施工方法中，核心筒竖向结构施工速度可达4天/层。本实施例中，带水平结构模板的铝合金模板作为快拆体系，充分发挥其支撑立杆保留、梁板底部模板先拆的特点，可通过采取两层钢筋连续绑扎、竖向墙体模板与水平模板整体同时提升优化顶模施工工艺亦保证了核心筒竖向结构与水平结构同步施工情况下，施工速度可达到4天/层；

（3）规避了施工过程中建筑结构受力形式不同于原设计意图所带来的安全风险，减小了核心筒后期收口补洞难度，提高了超高层核心筒施工综合施工效率，降低工程施工成本；

（4）竖向墙体模板为铝合金标准单元板拼装而成，可根据核心筒墙体变化进行相应的调节，具有竖向高度可调、墙厚变化可调、自重轻的特点，绿色节能环保。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。