采用模块化设计且快速组装的超高层建筑顶模及顶升方法与流程

本发明涉及一种高层建筑施工技术，具体涉及一种采用模块化设计且快速组装的超高层建筑顶模及顶升方法。

背景技术：

超高层通常指40层以上或高度200米以上的建筑。并且超高层一般采用筒体结构以及钢结构。目前国内超高层建筑施工普遍采用上海建工的整体爬升钢平台模架体系和中国建筑的大顶模模架体系。

国内超高层建筑施工普遍采用上海建工的整体爬升钢平台模架体系和中国建筑的大顶模模架体系，是目前居于世界领先技术的模架体系。两者的共同缺点是平台追求大而全，采用整体大平台加吊挂走道方式，但带来的新缺点是平台笨重，只能整体顶升，每次爬升准备时间过长，施工中的流水节点一旦受阻无法进行调节，且重复利用效果差，一次性投入高，项目成本普遍偏高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有超高层钢平台都是整体结构，只能整体顶升，每次爬升准备时间过长，无法进行调节，成本高，其目的在于提供一种采用模块化设计且快速组装的超高层建筑顶模及顶升方法，该顶模及顶升方法采用系统化、集成化和模块化的设计，充分利用成熟和标准化的器件，以达到施工快捷和综合的经济效益指标最优为目的。通过采用高强度螺栓连接的连接方式使安装时间短，并达到了工效最高、经济效益最好的效果，能够对钢平台进行整体顶升和局部顶升，大大提高其使用过程中的精确控制，满足不同位置的钢平台顶升需要，并且不影响整体的施工进度。

本发明通过下述技术方案实现：

采用模块化设计且快速组装的超高层建筑顶模，包括若干个并列设置的井道，所述井道上均安装有顶升平台并组合为顶模，顶升平台能够一个或多个进行顶升。目前超高层建筑施工采用的模架均为专用针对项目特殊设计，都采用整体大平台加吊挂走道方式，且平台笨重，每次爬升准备时间过长，安装需要其他主体工作全部停止配合且时间需要一个半月至两月。在工程施工结束后构件重复利用率很低，多数情况只能一次应用。本方案将传统的整体的大平台设计按照结构设计分为若干个顶升平台的模块，每个模块既可以作为一个独立的顶升单元进行顶升，又可通过平台控制系统操纵作为一个整体进行顶升，也可以根据现场施工进度的具体情况组合多个中的任意个数的单元进行顶升。其采用系统化、集成化和模块化的设计方法设计的超高层建筑施工顶模，充分利用成熟和标准化的器件，不片面去追求单项技术的领先，以高可靠性、安全性、施工快捷和综合的经济效益指标最优为目的，整体安装时间比传统的45-60天(且需要其他主体工作全部停止配合)减少为15-20天且在安装过程中不影响其他工作面，达到了工效最高，经济效益最好的效果。

而顶升平台包括若干个并列设置且连接的结构单元，在顶升平台下方设置有若干个顶升机构，且顶升机构分别与对应的结构单元连接，每个顶升平台中的顶升机构同步动作。顶升平台中的结构单元优选数量为四个，且四个结构单元并列形成矩形。结构单元中每个结构单元均由四根受力杆件和四块安装板彼此间隔连接构成的矩形，并且相邻的结构单元共用一根受力杆件和两块安装板。顶升机构的数量为四个，且每个顶升机构分别与安装板围绕形成的矩形的四角处的安装板底部固定。受力杆件和安装板之间设置有高强连接螺栓，且高强连接螺栓穿过受力杆件后与对应的安装板固定。通过上述结构设计，即能够形成稳定的受力支撑，同时又保证了结构模块化设计与连接，同时组装方便，虽然应用到的部件都是现有部件，但是这种方式组合起来后，形成了一种超高层建筑施工的新方案，以系统化、集成化和模块化的设计，充分利用成熟和标准化的器件，以达到施工快捷和综合的经济效益指标最优为目的，安装时间短，达到了工效最高，经济效益最好的效果。

本发明采用系统化、集成化和模块化的设计方法设计的超高层建筑施工顶模，既能像整体大平台一样同时顶升又可按模块分别顶升，具有极大的工作自由度；充分利用成熟和标准化的器件，组装快捷，现场无需焊接作业，安装时间大大缩短；采用模块化、组合式的体系，超高层建筑施工完成后可以按最小单元组合转移至普通高层建筑施工，使利用的范围更广，利用率达到最高；由于是模块化、标准化的体系，若顶升过程中其中一个发生故障，可以用任一个快速更换，不会影响工期；采用模块化、组合式的体系，可以根据每层施工流水进度安排具有更大的适应性和灵活性，有效的节约和利用人力资源。

采用模块化设计且快速组装的超高层建筑顶升方法，其顶升过程包括以下步骤：

(1)根据需要顶升的顶升平台位置和数量，开启对应的液压控制单元；

(2)先合上n个主电源开关、n个控制变压器电源开关和n个控制线路开关(n为1、2、3……中的自然数)；

(3)启动时，按下与上述控制线路开关连接的电磁起动器上对应的启动开关，使得对应的主接触器线圈得电吸合，从而该主接触器常开辅助头闭合自锁、主接触器主触头闭合，然后对应的电动机得电启动并连续运转；

(4)停止时按下与上述控制线路开关连接的电磁启动器上的停止开关，使得对应的主接触器线圈失电断开，从而该主接触器的自锁触头分断、主接触器主触头分断，然后对应的电动机失电停止运转。

目前国内超高层建筑施工普遍采用的模架体系的钢平台都是整体钢平台，这种钢平台基本是覆盖整个建筑的顶面，对应地，其顶升的控制系统也需要采用特殊设计，使用的系统和零件均为特殊定制，能耗高、且控制系统在不同工地的重复利用率极低，而且由于过于集成系统必须一起顶升，如遇到模架顶升中任一环节出现故障或工期滞后，都必须停下处理好方能进行下一步工作，对工期造成进一步的滞后影响。同时对于顶升时的顶升力和功率，都要求很大，无形中又增大了成本。随着超高层施工技术的进步，整体式钢平台的缺陷也越来越明显，因此人们有意识地开始设计组装式钢平台，目前的控制系统和控制方法对于将钢平台分开为多个模块组合形成的钢平台，无法实现局部顶升的需求，针对这一情况，本方案设计了可实现整体顶升和局部顶升的整体爬升钢平台的控制方法，这种控制方法结合控制系统，能够更好的满足组装式钢平台顶升需求，其具备整体顶升和局部顶升的功能，同时也更能满足控制系统的重复利用，也更符合绿色施工的要求，较好的解决了顶升系统需要特殊定制，能耗高、造价高，且在不同工地的重复利用率极低现象。

根据核心筒的结构图将平台设计成多个单元，每个单元采用均独立的液压系统，这种液压系统为建筑市场通用成熟的标准系统，不需特殊设计，正常情况下通过电气总控实现正常情况下整体一起顶升；当遇到了某个节点施工出现问题造成滞后现象，需要局部顶升时，多个单元便可根据滞后部位选择任意的组合，对有滞后问题的单元停下处理滞后问题，其余单元继续顶升不受影响，使施工能够按照流水继续进行，避免窝工和工期滞后带来连锁影响。

为了能够实现局部顶升，必须将平台单元中每个平台单元对应设置一组液压控制单元，这样顶升时才能够实现到位和准确。

而在平台单元对应的液压控制单元启动后，每个液压控制单元中的液压系统有以下任意一种状态：

(1)、液压系统卸荷状态：

在电机启动状态，手动换向阀处于中间“h”位置，电机启动带动油泵工作，液压油经滤油器进入油泵再经换向阀中间位置回到油箱，此时系统处于卸荷状态；

(2)、油缸顶升状态：

在电机启动状态，手动换向阀手柄移到上升位，高压油经高压胶管进入油缸大腔，推动油缸上升，系统压力由高压溢流阀调定，油缸小腔液压油经低压油管至平衡阀，平衡阀使油液产生背压，使油缸上升平稳，经手动换向阀后回到油箱，油缸的顶升速度和同步性通过节流阀进行调节，一般油缸为四个，并且出厂前每一单元的油缸均进行了调节；

(3)、油缸收回状态：

在电机启动状态，手动换向阀手柄移到下降位，液压油经低压胶管进入油缸小腔与液压锁控制油腔，控制油推开液压锁，油缸大腔油液经节流阀、液压锁回到油箱，使油缸收回，系统压力由低压溢流阀调定，油缸收回速度由节流阀调定；

(4)、停机或意外故障状态：

(a)带负荷或油缸顶升状态的停机或意外故障：固定在油缸上的液压锁将油液锁在油缸大腔，使得油缸不发生位移；

(b)无负荷或油缸收回状态的停机：小腔油液保留了平衡阀设定压力，使顶升下支座部分自重不会将油缸活塞杆拉出。

上述几种状态，都是液压系统根据顶升过程中得到的状态，保证了使用时的安全性。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：该顶模及顶升方法采用系统化、集成化和模块化的设计，充分利用成熟和标准化的器件，达到了施工快捷和综合的经济效益指标最优的目的，安装和顶升准备时间短，达到工效最高，经济效益最好的效果，能够对钢平台进行整体顶升和局部顶升，大大提高其使用过程中的精确控制，满足不同位置的钢平台顶升需要，并且不影响整体的施工进度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的液压电气控制线路图；

图3为本发明的液压电气控制线路图；

图4为液压系统工作原理图；

图5为油缸结构示意图；

图6为图5的俯视图；

图7为油缸工作原理图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-启动开关，2-手动换向阀，3-电机，4-液压锁，5-组合阀，6-压力表，7-油箱，8-节流阀，9-油泵，10-安全阀，11-高压溢流阀，12-手动球阀，13-安装板，14-结构单元，15-受力杆件，16-高强连接螺栓。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1所示，采用模块化设计且快速组装的超高层建筑顶模，包括若干个并列设置的井道，所述井道上均安装有顶升平台并组合为顶模，顶升平台能够一个或多个进行顶升。本方案通过将顶模分为若干个能够任意相互置换的井道构成，实现模块化设计，便于其快速组装，而且通过顶升机构实现对平台的单个、多个或者全部顶升，这样在使用时灵活性更高，不会由于施工中的流水节点受阻而导致无法进行调节，且重复利用效果好，降低了施工成本。

实施例2：

如图1所示，在实施例1的基础上，顶升平台包括若干个并列设置且连接的结构单元14，在顶升平台下方设置有若干个顶升机构，且顶升机构分别与对应的结构单元14连接，每个顶升平台中的顶升机构同步动作。顶升平台中的结构单元14数量为四个，且四个结构单元14并列形成矩形。结构单元14中每个结构单元14均由四根受力杆件15和四块安装板13彼此间隔连接构成的矩形，并且相邻的结构单元14共用一根受力杆件15和两块安装板13。顶升机构的数量为四个，且每个顶升机构分别与安装板13围绕形成的矩形的四角处的安装板13底部固定。受力杆件15和安装板13之间设置有高强连接螺栓16，且高强连接螺栓16穿过受力杆件15后与对应的安装板13固定。在将整个顶模根据南宁华润东写字楼的核心筒结构设计为六个模块时，充分考虑了今后如何在普通高层建筑上利用该结构和系统，以其中任意一个井道为例，如图1所示，具体的设计及实施方法如下：

在结构上：根据普通高层建筑一个独立电梯井的通用模数将井道分为4个结构单元，每个结构单元对应一个普通高层建筑的一个电梯井的井道尺寸，结构单元承载结构由600mm高的大型h型钢作为主要受力杆件15，受力杆件15之间的连接通过24毫米厚的钢板组件为安装板13通过连接螺栓16这种高强度螺栓连接成为受力的整体，在靠近井道角部安装有四套顶升机构，顶升机构和受力杆件15也通过高强度螺栓和24毫米厚的钢板组件为安装板13连接形成整体受力系统。

一般的一栋普通高层建筑的楼层的电梯为四个，因此该项目井道施工完成后立即就可以根据电梯井道的布置形式利用既有的h型钢受力杆件和24毫米厚的钢板组件通过高强度螺栓连接成为新的受力体系，同时四套顶升机构根据对称布置的原则进行布置，重新拼装好后即可投入下一个项目使用，利用每个井道配备的一套电控和液控系统进行后续操作。

在控制系统上：六个模块的每个电控和液压控制系统设计为既可以统一控制作为一个整体顶升，每个模块井道也可以任何一个独立进行顶升，确保一个井道在用于一般普通高层建筑使用时，控制系统不需任何改变即可直接投入使用。

采用模块化、组合式的设计，尽量采用通用的电控和液压系统元器件以及各种标准零件，每个小单元采用高强螺栓连接，安装简单，既可靠又快捷。

本发明比传统整体的大平台(经常需要现场焊接)安装时间(整体安装时间为45-60天，且需要其他主体工作全部停止配合)减少为15-20天。

由于是模块化、组合式的体系，若施工中由于意外情况其中一个区域工作滞后，可以用也可以根据施工流水进度安排进行调节，不会影响阶段节点施工，对施工进度安排具有更大的适应性和灵活性。

由于是模块化、标准化的体系，若顶升过程中其中一个系统或电控器件发生故障，除了可以快速从市场获取备件，也可以用任一个快速更换，不会影响工期。

实施例3：

如图2至图4所示，可实现整体顶升和局部顶升的整体爬升钢平台的控制方法，平台单元中每个平台单元对应设置一组液压控制单元。

本方案以六个顶升平台的超高层为例，在需要任意一个平台顶升时(以第一平台为例)：

(1)先合上主电源开关1qf1、控制变压器电源开关ts1di和控制线路开关1qf2；

(2)启动时，按下与上述控制线路相关的的电磁起动器上的启动开关1sb1，使1km1主接触器线圈得电吸合并带动1km1主接触器常开辅助头闭合自锁、1km1主接触器主触头也同时闭合，电动机m1得电启动并连续运转；

(3)停止时按下与上述控制线路相关的电磁启动器上的停止开关1sb2，使得1km1主接触器线圈失电断开，从而带动1km1主接触器自锁触头分断、1km1主接触器主触头分断，电动机m1失电停止运转。

如图5至图7所示，每个单元的液压系统结构相同，每个液压系统都包括油箱7，在油箱7上方安装有电机3、手动换向阀2、组合阀5和压力表6，电机3上安装有启动开关1，在液压系统中，电机3与油泵9连接，油泵9依次连接安全阀10、高压溢流阀11、手动换向阀2和组合阀5，然后再分别与依次连接手动球阀12、节流阀8和液压锁4后在与顶升油缸连接。

平台单元对应的液压控制单元启动后，每个液压控制单元中的液压系统有以下任意一种状态：

(1)、液压系统卸荷状态：

在电机3启动状态，手动换向阀2处于中间“h”位置，电机3启动带动油泵9工作，液压油经滤油器进入油泵再经换向阀中间位置回到油箱，此时系统处于卸荷状态；

(2)、油缸顶升状态：

在电机3启动状态，手动换向阀2手柄移到上升位，高压油经高压胶管进入油缸大腔，推动油缸上升，系统压力由高压溢流阀11调定，油缸小腔液压油经低压油管至平衡阀，平衡阀使油液产生背压，使油缸上升平稳，经手动换向阀后回到油箱7，四个油缸的顶升速度和同步性通过节流阀8进行调节，出厂前每一单元的油缸均进行了调节；

(3)、油缸收回状态：

在电机3启动状态，手动换向阀2手柄移到下降位，液压油经低压胶管进入油缸小腔与液压锁控制油腔，控制油推开液压锁，油缸大腔油液经节流阀8、液压锁4回到油箱7，使油缸收回，系统压力由低压溢流阀调定，油缸收回速度由节流阀8调定；

(4)、停机或意外故障状态，其根据是否带有负荷分为两种情况：

(a)带负荷状态，即油缸处于顶升状态的停机或意外故障：固定在油缸上的液压锁4将油液锁在油缸大腔，保证油缸不发生位移，保证架体在意外发生时的安全；

(b)无负荷状态，即油缸处于收回状态的停机：小腔油液保留了平衡阀设定压力，使顶升下支座部分自重不会将油缸活塞杆拉出。

实施例5：

如图2至图5所示，本方案以六个顶升平台的超高层为例，在需要六平台同时顶升时：

(1)先合上主电源开关1qf1、2qf1、3qf1、4qf1、5qf1、6qf1、控制变压器电源开关ts1di和控制线路开关1qf2、2qf2、3qf2、4qf2、5qf2、6qf2；

(2)启动时，按下与上述控制线路上相关的开关1qf2、2qf2、3qf2、4qf2、5qf2、6qf2对应的电磁起动器上的启动开关1sb1、2sb1、3sb1、4sb1、5sb1、6sb1，使得1km1、2km1、3km1、4km1、5km1、6km1主接触器线圈得电吸合，从而带动1km1、2km1、3km1、4km1、5km1、6km1主接触器常开辅助头闭合自锁、1km1、2km1、3km1、4km1、5km1、6km1主接触器主触头闭合，电动机m1、m2、m3、m4、m5、m6得电启动连续运转；

(3)停止时按下与上述控制线路上相关的开关1qf2、2qf2、3qf2、4qf2、5qf2、6qf2连接的电磁启动器上的停止开关1sb2、2sb2、3sb2、4sb2、5sb2、6sb2，使得1km1、2km1、3km1、4km1、5km1、6km1主接触器线圈失电断开，从而使1km1、2km1、3km1、4km1、5km1、6km1的主接触器自锁触头分断、1km1、2km1、3km1、4km1、5km1、6km1主接触器主触头分断，电动机m1、m2、m3、m4、m5、m6失电停止运转。

液压系统原理同一个单元，在六个液控单元的操作位置由六个液控操作人员同步操作进行顶升作业。当任一单元的油缸或系统发生意外或故障时，可以立即停止该单元的操作，其余单元可以继续不受影响完成顶升操作；由于每一单元的液压系统和油缸可以完全互换，可用临近已完成的系统或油缸进行更换后完成顶升作业，对工期的影响降到最低。

在本实施例中，液压控制单元中的液压系统的状态与实施例1中提到的状态相符合。

实施例6：

如图2至图5所示，本方案以六个顶升平台的超高层为例，在需要三个平台顶升时(以第一平台、第二平台和第三平台同时顶升为例)：

(1)先合上主电源开关1qf1、2qf1、3qf1、控制变压器电源开关ts1di和控制线路开关1qf2、2qf2、3qf2；

(2)启动时，按下与上述控制线路相关的开关1qf2、2qf2、3qf2连接的电磁起动器上的启动开关1sb1、2sb1、3sb1，使得1km1、2km1、3km1主接触器线圈得电吸合，从而带动1km1、2km1、3km1主接触器常开辅助头闭合自锁、1km1、2km1、3km1主接触器主触头闭合，电动机m1、m2、m3得电启动并连续运转；

(3)停止时按下与上述控制线路相关的开关1qf2、2qf2、3qf2连接的电磁启动器上的停止开关1sb2、2sb2、3sb2，使得1km1、2km1、3km1主接触器线圈失电断开，从而带动1km1、2km1、3km1主接触器自锁触头分断、1km1、2km1、3km1主接触器主触头分断，电动机m1、m2、m3失电停止运转。

液压系统原理同一个平台，在三个液控单元的操作位置由三个液控操作人员同步操作进行顶升作业。当遇到其他情况：需要任意二个平台、四个平台或五个平台同步顶升时，其与本实施例操作类似进行。

在本实施例中，液压控制单元中的液压系统的状态与实施例1中提到的状态相符合。

本发明较好的解决了顶升系统需要特殊定制，能耗高、造价高的问题。由于每个平台采用均独立的液压系统且为建筑市场通用成熟的标准系统，无需特殊定制，当一个项目施工完毕，每个单元具有独立的液压和电控系统，每个单元又能满足相应的普通高层建筑施工的需要，大大提高了控制及液压顶升系统的利用率。在顶升作业过程中遇到意外故障情况，由于采用的系统和油缸均可完全互换完成顶升作业，对工期不会造成明显影响。由于顶升系统在每一单元均匀布置，减少了结构的集中荷载并使平台结构受力合理、承载力更大。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。