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超高层建筑上部改造用的装配式外立面围护体系施工方法

文献发布时间:2023-06-19 16:09:34



技术领域

本发明涉及超高层建筑悬挑围护体系施工技术领域,具体涉及一种超高层建筑上部改造用的装配式外立面围护体系施工方法。

背景技术

超高层建筑指40层以上,高度100米以上的建筑物。为了造型设计和宣传需要,很多超高层建筑上部都设置有悬挑结构,且幕墙上设有大块LED屏幕,但是LED屏幕长期使用会有老化的问题。特别是位于城市核心地带的超高层建筑,当仅对超高层建筑上部超高层范围进行施工改造而下部楼层仍正常运营时,由于对外观要求高或者保密需要,同时施工危险系数高,临边施工作业多,安全防护难度大。因此,需要设计一种针对超高层建筑上部改造用的装配式外立面围护体系。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高层建筑上部改造用的装配式外立面围护体系施工方法,以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的,本发明提供了一种超高层建筑上部改造用的装配式外立面围护体系施工方法,该超高层建筑上部至少一侧具有向外悬挑结构,且仅对该超高层建筑上部某一楼层至顶部楼层的多个楼层进行施工改造,该施工方法包括如下步骤:

步骤S1、根据超高层建筑上部改造范围的实际施工情况,确定装配式外立面围护体系底部的悬挑桁架顶推平台的设置位置,作为装配式外立面围护体系的空中承力平台;

步骤S2、根据悬挑桁架顶推平台的设置位置、需向外悬挑的尺寸以及外立面围护高度,综合考虑载荷和温度作用,对悬挑桁架顶推平台和外立面防护模块的结构进行设计;

步骤S3、对设置悬挑桁架顶推平台的楼层悬挑桁架顶推平台高度范围内结构进行拆除;

步骤S4、分别对悬挑桁架顶推平台的南侧、东侧、西侧、北侧桁架依次进行拼装、向外顶推,直至悬挑桁架顶推平台安装就位,并达到预设悬挑尺寸;

步骤S5、在地面拼装外立面防护模块,并进行吊装,在悬挑桁架顶推平台上沿四周依次固定安装最下层的外立面防护模块,并将外立面防护模块与主体结构进行水平拉结;

步骤S6、在下一层外立面防护模块的顶部固定安装上一层外立面防护模块,并将外立面防护模块与主体结构进行水平拉结,直至完成整体外立面围护。

在一优选实施方式中,步骤S1中,根据超高层建筑上部改造范围的幕墙拆除难易程度以及挑桁架顶推平台的载荷情况,确定装配式外立面围护体系底部的悬挑桁架顶推平台的设置位置;步骤S2中,根据悬挑桁架顶推平台的设置位置、需向外悬挑的尺寸以及围护高度,综合考虑恒载、活载、风载和温度作用,对悬挑桁架顶推平台和外立面防护模块的结构进行设计,其中,将悬挑桁架顶推平台的重要构件应力比控制在0.85以下,将外立面防护模块的重要构件应力比控制在0.8以下。

在一优选实施方式中,步骤S3中,对设置悬挑桁架顶推平台的楼层悬挑桁架顶推平台高度范围内结构进行拆除包括:对设置悬挑桁架顶推平台的楼层悬挑桁架顶推平台高度范围内幕墙、机电设备进行拆除,露出核心筒结构面。

在一优选实施方式中,悬挑桁架顶推平台包括多组主桁架、次桁架和支撑结构,支撑结构包括马凳体系和外框柱牛腿,其中,每个主桁架底部的外端可滑动地支设于外框柱牛腿上,内端可滑动地支设于马凳体系上,顶推就位后主桁架的内端面与核心筒钢柱相连接,主桁架的外端面伸出原有结构外框柱。

在一优选实施方式中,步骤S4中,分别对悬挑桁架顶推平台的南侧、东侧、西侧、北侧桁架依次进行拼装、向外顶推,采用楼内拼装、顶推滑移的方法进行施工,施工顺序按照先南侧、然后东西两侧、最后北侧分区进行,包括如下步骤:

S41、分别将桁架单元吊运至悬挑桁架顶推平台的安装楼层内的安装位置;

S42、按照从中间到两侧的拼装方式依次拼装南侧的第一节主桁架,第一节主桁架拼装完成后,将第一节主桁架两端分别放置在马凳体系和外框柱牛腿上,作为第一节主桁架向外侧顶推滑移的拼装胎架,马凳体系和外框柱牛腿的上表面等高;

S43、通过控制中心同步控制顶推装置同时对已拼装好的第一节主桁架进行顶推;

S44、拼装推出部分的相邻两个主桁架之间的外框柱位置对应的次桁架及角部桁架,并使其连接为整体;

S45、拼装第下一节主桁架,并进行第二次顶推;

S46、重复步骤S45直至拼装完成最后一节主桁架,并通过核心筒牛腿将最后一节主桁架与核心筒钢柱连接;

S47、安装南侧最两边的桁架及东西两侧桁架结构;

S48、重复步骤S42-S46拼装完成北侧的桁架结构。

在一优选实施方式中,分别在南北两侧的桁架结构的外侧设置多组斜拉杆,采用抱箍与结构柱固定连接,且斜拉杆的端部采用销轴与抱箍连接。

在一优选实施方式中,拼装第一节主桁架包括如下步骤:利用塔吊通过竖向运输通道将桁架单元运输到拼装楼层;利用该楼层板顶设置的运输轨道水平运输到安装位置后,由运输轨道上的手动单轨吊进行翻身,随后进行拼装;其中,第一节主桁架包括两根平行设置的桁架上弦杆和两根平行设置的桁架下弦杆,两根桁架上弦杆和两根桁架下弦杆之间平行设置有多根桁架连接杆,桁架连接杆分别与桁架上弦杆、桁架下弦杆相垂直,一侧桁架上弦杆和桁架下弦杆之间设置有多根呈三角形结构布置的第一桁架连系杆以及竖直布置的第二桁架连系杆。

在一优选实施方式中,外立面防护模块包括内侧框架结构和外侧防护铝板,框架结构与防护铝板通过角钢螺栓连接,角钢上开设有长圆孔,每个外立面防护模块的防护铝板采用中空的挤压铝型材,防护铝板拼缝采用凹槽形式,框架结构包括上层框架和下层框架,上层框架和下层框架之间设置有通长马道,上层框架和下层框架分别包括四根竖直设置的矩形主钢管,矩形主钢管的两端分别设置有法兰盘,框架结构的外侧和下侧分别设置有斜撑,且相邻两个外立面防护模块通过法兰盘螺栓连接,防护铝板包括内板面、外板面及垂直间隔连接在内板面和外板面之间的隔板,内板面的两端间隔设有向内凹陷的螺栓卡口;防护铝板的一端面设有U形卡口,另一端面设有八字形卡肋,且相邻防护铝板的八字形卡肋对应卡合在U形卡口内。

在一优选实施方式中,将外立面防护模块与主体结构进行水平拉结包括如下步骤:

S51、设置多组水平拉结梁,水平拉结梁与原结构固定连接;

S52、分别将每组水平拉结梁与外立面防护模块通过销轴连接;

S53、利用水平撑杆将多组水平拉结梁连接为整体;

S54、设置外立面单元斜撑,外立面单元斜撑的两端分别与水平拉结梁、外立面防护模块的框架结构固定连接。

在一优选实施方式中,还包括如下步骤:对吊装时外立面防护模块间进行碰撞试验,并根据外立面防护模块与现有幕墙的距离和风力情况,基于碰撞试验结果在外立面防护模块的框架结构顶部内侧设置防撞装置。

与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明的施工方法首先通过与原结构拆除部分和新建主体结构脱离,自成体系,然后进行悬挑桁架顶推平台的设计安装,作为装配式外立面围护体系的空中承力平台,然后再安装外立面围护,并与主体结构进行水平拉结,通过悬挑桁架顶推平台承担竖向力,每层水平拉结承担水平力,悬挑长度大,抵御风荷载能力强,且外立面围护采用标准化模块设计,装配式安装,安拆速度快,显著提升了施工效率及安全性。

附图说明

图1为本发明的优选实施方式的装配式外立面围护体系施工方法流程图。

图2为本发明的优选实施方式的悬挑桁架顶推平台的整体结构示意图。

图3A-3B为本发明的优选实施方式的悬挑桁架顶推平台一侧主桁架顶推过程示意图。

图3C为本发明的优选实施方式的悬挑桁架顶推平台一侧主桁架顶推安装完成示意图。

图4为本发明的优选实施方式的外框柱牛腿平面图。

图5为本发明的优选实施方式的外框柱牛腿立面图。

图6A为本发明的优选实施方式的外立面防护模块平面结构示意图。

图6B为本发明的优选实施方式的外立面防护模块立面结构示意图。

图6C为本发明的优选实施方式的防护铝板结构示意图。

图7A为本发明的优选实施方式的外立面防护模块与水平拉结梁连接示意图。

图7B为本发明的优选实施方式的外立面防护模块与水平拉结梁连接局部示意图。

图7C为本发明的一优选实施方式的水平拉结梁与主体结构连接节点示意图。

图8为本发明的优选实施方式的外立面单元斜撑节点示意图。

图9为本发明的优选实施方式的防撞装置设置示意图。

图10为本发明的优选实施方式的超高层建筑结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

下面针对某超高层建筑上部超高层范围整体改造施工项目具体对本发明的施工方法进行详细介绍,如图10所示,该超高层建筑地面以上部分近200m高,为钢结构框架+核心筒结构体系,超高层建筑上部南北两侧分别具有向外悬挑结构100,其中南侧向外悬挑距离为4.8m,北侧向外悬挑距离为6.2m。本项目仅对该超高层建筑上部某一楼层(标高达120m以上)至顶部楼层的多个楼层进行整体施工改造,下部楼层正常运营。由于施工安全性和工期要求,外立面防护应顺直无断层,且一次性悬挑防护至最高点。因此,需要在该楼层设置悬挑桁架顶推平台201,目的是为外立面防护系统提供生根点,提升建筑物施工过程中的外立面感观效果,采用装配式外立面围护200为该楼层以上建筑物施工提供防护,确保下面楼层在施工过程中能够正常办公运转至关重要。

如图1-10所示,本发明的超高层建筑上部改造用的装配式外立面围护体系施工方法包括如下步骤:

步骤S1、根据超高层建筑上部改造范围的实际施工情况(包括幕墙拆除难易程度以及挑桁架顶推平台的载荷情况),确定装配式外立面围护体系底部的悬挑桁架顶推平台201的设置位置,作为装配式外立面围护体系的空中承力平台。具体的,悬挑桁架顶推平台201设置在超高层建筑上部某一楼层(标高达120m以上),悬挑桁架顶推平台距离该层楼面304约800mm,外侧依靠原有结构外框柱221上焊接的外框柱牛腿302进行固定,外框柱牛腿顶标高距离该层楼面304 的距离为800mm,中间位置使用马凳体系301进行支撑,后部固定于核心筒钢柱222(连接核心筒钢柱的桁架梁,桁架梁通过上下侧核心筒牛腿303固定于核心筒钢柱上)上,外侧进行四周悬挑。东西两侧悬挑2320mm,南侧悬挑尺寸为6825mm,北侧悬挑尺寸为8525mm。

步骤S2、根据悬挑桁架顶推平台的设置位置、需向外悬挑的尺寸以及外立面围护高度,综合考虑载荷和温度作用,对悬挑桁架顶推平台和外立面防护模块的结构进行设计。

具体的,根据悬挑桁架顶推平台的设置位置、需向外悬挑的尺寸以及围护高度,综合考虑恒载、活载、风载和温度作用,对悬挑桁架顶推平台和外立面防护模块的结构进行设计。其中,将悬挑桁架顶推平台的重要构件应力比控制在0.85以下,将外立面防护模块的重要构件应力比控制在0.8以下。装配式外立面围护体系放到整体模型中(悬挑桁架顶推平台放到整体模型中,外立面防护模块作为荷载进行添加)。整体模型分析,考虑恒载、活载、风载作用,最大应力比为0.95,原结构承载力满足要求。

步骤S3、对设置悬挑桁架顶推平台201的楼层悬挑桁架顶推平台高度范围内结构进行拆除。具体的,对设置悬挑桁架顶推平台的楼层悬挑桁架顶推平台高度范围内幕墙、机电设备进行拆除,露出核心筒结构面。并且对设置悬挑桁架顶推平台的楼层至顶层屋面楼板竖向开洞,拆除楼板并进行加固,以形成室内竖向运输通道,用于将桁架构件运输至拼装楼层。垂直运输洞口尺寸2.755米×7.25米。开洞后按规范每层垂直运输洞口周边设置临边防护栏杆。利用地面塔吊将桁架构件运输至屋面,并利用屋面塔吊将钢构件通过竖向运输通道运输至拼装楼层。

本发明的悬挑桁架顶推平台包括多组主桁架211、次桁架212、角部桁架213和支撑结构。支撑结构包括马凳体系301、外框柱牛腿302和核心筒牛腿303,其中,每个主桁架底部的外端可滑动地支设于外框柱牛腿302上,内端可滑动地支设于马凳体系301上,利用顶推装置305在主桁架211的内端面进行至少一次顶推操作,对于南北两侧的待主桁架211顶推就位后主桁架211的内端面与核心筒钢柱222相连接,主桁架的外端面伸出原有结构外框柱221。马凳体系301包括多组固定马凳和可移动马凳,多组固定马凳通过纵向和横向U型钢连接为整体,作为悬挑桁架顶推平台桁架的拼装、顶推固定点。

进一步的,外框柱牛腿302包括水平设置的滑移面钢板401,其正面与所述主桁架底部相接触,其背面平行设置有两个带牛腿钢板402,两个带牛腿钢板402分别与原有结构外框柱221焊接连接,且带牛腿钢板402与滑移面钢板401相垂直,滑移面钢板401沿长度方向一侧两端对称设置有侧板抗滑移肋403,两个侧板抗滑移肋403与滑移面钢板401相垂直,且卡设于原有结构外框柱221的两侧边沿,两个带牛腿钢板之间设置有第一抗侧移肋404,第一抗侧移肋成X形设置,带牛腿钢板402的外侧设置有第二抗侧移肋405,第二抗侧移肋405的两端分别与侧板抗滑移肋403、带牛腿钢板402焊接连接。核心筒牛腿303与外框柱牛腿302的结构相同,仅设置方式不同,两个外框柱牛腿沿水平方向对称设置在一根原有结构外框柱221的两侧,分别用于支撑上方的桁架,而两个核心筒牛腿则沿竖直方向对称设置在一根核心筒钢柱上,用于固定连接主桁架内端面的柱间单榀桁架。

下面详述悬挑桁架顶推平台的拼装过程:

步骤S4、分别对悬挑桁架顶推平台的南侧、东侧、西侧、北侧桁架依次进行拼装、向外顶推,直至悬挑桁架顶推平台安装就位,并达到预设悬挑尺寸。由于悬挑空间桁架的高度一百二十多米高,悬挑距离远至8.5米,经过反复论证,创新地采用由内向外顶推滑移的施工方法,根据施工方法以及构件的均衡平稳情况以及竖向运输通道尺寸,将悬挑空间桁架南北方向进行分段,将南侧主桁架211分为三段(如图3A-3C中所述211a、211b、211c),北侧主桁架分段为四段,分区分段安装。悬挑空间桁架钢构件分段后最大重量4.1吨,为保证构件在该层水平运输过程中顺利运输,采用楼层内板顶设置水平运输轨道,使用单轨吊进行运输,避开地面运输。优选的,在顶部布设两道环形单轨吊轨道和一道直线单轨吊轨道,解决南侧采用5吨单轨吊车沿轨道将垂直运输洞口下来的构件运输至工作位。从中心往边缘运输采用移动小车,进行倒运。

具体的,步骤S4中,分别对悬挑桁架顶推平台的南侧、东侧、西侧、北侧桁架依次进行拼装、向外顶推,直至悬挑桁架顶推平台安装就位,并达到预设悬挑尺寸包括如下步骤:

步骤S41、分别将桁架单元吊运至悬挑桁架顶推平台的安装楼层内的安装位置;

步骤S42、按照从中间到两侧的拼装方式依次拼装南侧的第一节主桁架211a,第一节主桁架211a拼装完成后,将第一节主桁架211a两端分别放置在马凳体系301和外框柱牛腿302上,作为第一节主桁架211a向外侧顶推滑移的拼装胎架,其中,马凳体系和外框柱牛腿的上表面等高。第一节主桁架211a长度为11.2m。具体的,拼装第一节主桁架包括如下步骤:利用塔吊通过竖向运输通道将桁架单元运输到拼装楼层;利用该楼层板顶设置的运输轨道水平运输到安装位置后,由运输轨道上的手动单轨吊进行翻身,随后进行拼装。 第一节主桁架211a包括两根平行设置的桁架上弦杆和两根平行设置的桁架下弦杆,两根桁架上弦杆和两根桁架下弦杆之间平行设置有多根桁架连接杆,桁架连接杆分别与桁架上弦杆、桁架下弦杆相垂直,一侧桁架上弦杆和桁架下弦杆之间设置有多根呈三角形结构布置的第一桁架连系杆以及竖直布置的第二桁架连系杆。

步骤S43、第一节主桁架211a拼装完成后,通过控制中心同步控制顶推装置305同时对已拼装好的第一节主桁架211a进行顶推,顶推3.7m。

步骤S44、待桁架顶推出外框柱区域且不超过楼板区域时,拼装推出部分的相邻两个主桁架之间柱位置的次桁架212及角部桁架213,并使其连接为整体。

步骤S45、拼装第下一节主桁架211b,拼装长度为5.2m,并进行第二次顶推,顶推3.1m就位。

步骤S46、原位拼装完成最后一节主桁架211c,拼装长度为3.5m,并通过核心筒牛腿303将最后一节主桁架211c与核心筒钢柱222连接。

步骤S47、安装南侧最两边的桁架及东西两侧桁架结构,本项目实际施工时,由于东西两侧悬挑距离小,主桁架一次拼装成型,进行一次顶推即可。需要说明的是,具体顶推次数和悬挑距离都可根据实际施工需要进行相应的调整。

步骤S48、安装完成北侧的桁架结构,具体的,北侧第一节主桁架拼装12.9米长,拼装完成后采用顶推装置305进行顶推,顶推3.8米。顶推过程中,待桁架顶推出外框柱区域且不超过楼板区域时,拼装柱位置的次桁架以及角部桁架,再继续进行顶推施工。拼装第下一节主桁架,拼装长度为4.5m,拼装完成后采用顶推装置进行顶推,顶推3m。顶推过程中,待桁架顶推出柱区域且不超过楼板区域时,拼装柱位置的次桁架,再继续进行顶推施工。拼装下一节主桁架,拼装长度为2.9m。拼装完成后采用顶推装置再次进行顶推,顶推1.8m。顶推过程中,待桁架顶推出外框柱区域且不超过楼板区域时,拼装柱位置的次桁架,再继续进行顶推施工。北侧桁架第四次拼装长度为1.8米,原位拼装,最终完成悬挑桁架顶推平台的安装。最后,分别在南北两侧的桁架结构的外侧设置多组斜拉杆,采用抱箍与结构柱固定连接,且斜拉杆的端部采用销轴与抱箍连接。

进一步的,在顶推过程中可能会出现悬挑力矩大于屋内力矩的情况,所以内部需要设置防倾覆装置,考虑到桁架一直在滑行,防倾覆装置顶部设置H型钢横梁,H型钢横梁两侧与原有梁通过斜撑固定连接,横梁底部两侧设置有钢轮支架,钢轮支架内设置有钢轮,钢轮在桁架上翼缘滚动滑行,并预留20mm间隙作为调节量。

进一步的,关于顶推流程及节点设计,需要说明的是:悬挑桁架顶推平台顶推采用数控液压顶推装置进行顶推。南北侧液压顶推装置的着力点设置在原结构核心筒钢柱上,顶推过程借助标准节传力杆306不断接长将平台推出。东西侧平台较短,在原有结构外框柱上设置顶推着力点进行顶推,而对于南北两侧角部无法借助原结构核心筒的部分,需要构造钢立柱及顶推固定点,可在原结构楼板上设置埋板构造钢立柱,并在钢立柱上固定钢牛腿作为顶推着力点。

步骤S5、在地面拼装外立面防护模块,并进行吊装,在悬挑桁架顶推平台上沿四周依次固定安装最下层的外立面防护模块,并将外立面防护模块与主体结构进行水平拉结。

步骤S6、在下一层外立面防护模块的顶部固定安装上一层外立面防护模块,并将外立面防护模块与主体结构进行水平拉结,直至完成整体外立面围护。

在一优选实施方式中,如图6A-6B、图7A-7C及图10所示,外立面围护200防护采用模块装配式,即多个外立面防护模块701装配而成,外立面防护模块的规格一致(4.6米×6米×1米),外立面防护模块701包括内侧框架结构601和外侧防护铝板602,框架结构601与防护铝板602通过角钢螺栓连接,角钢603上开设有长圆孔,每个外立面防护模块的防护铝板602采用中空的挤压铝型材,防护铝板拼缝采用凹槽形式,框架结构601包括上层框架和下层框架,上层框架和下层框架之间设置有通长马道604,方便施工人员安装操作,并起到安全防护的作用。上层框架和下层框架分别包括四根竖直设置的矩形主钢管607,矩形主钢管607的两端分别设置有法兰盘605,相邻两个外立面防护模块通过法兰盘螺栓连接,无焊接,标准化模块设计,流水式施工工序,施工效率高。框架结构的外侧和下侧分别设置有斜撑606,既保证了框架的刚度,又保证了施工人员通行的路径,还减轻了框架的重量。

进一步的,防护铝板602包括内板面612、外板面622及垂直间隔连接在内板面和外板面之间的隔板632,内板面612的两端间隔设有向内凹陷的螺栓卡口642。防护铝板602的一端面设有U形卡口652,另一端面设有八字形卡肋662,且相邻防护铝板的八字形卡肋662对应卡合在U形卡口652内。

进一步的,将外立面防护模块701与主体结构进行水平拉结包括如下步骤:

步骤S51、设置多组水平拉结梁711,水平拉结梁711与原结构楼板702固定连接;

步骤S52、分别将每组水平拉结梁711与外立面防护模块701通过销轴712连接,外立面防护模块711的框架结构的矩形主钢管607上固定连接有耳板713,耳板713上设置有竖向长圆孔714,仅传递水平力,不传递竖向力。

步骤S53、利用水平撑杆将多组水平拉结梁711连接为整体,均采用螺栓连;

步骤S54、设置外立面单元斜撑801,减小悬挑高度,保证外立面可悬挑2层,外立面单元斜撑801的两端分别与水平拉结梁711、外立面防护模块701的框架结构固定连接。

进一步的,水平拉结梁711与原结构楼板702可采用多种连接方式:楼板对穿螺栓埋件715(如图7C所示)、焊接在梁底、焊接在梁顶、柱间设置拉结梁、海棠角拉结方式等。

进一步的,因外立面防护模块数量多,施工工期长,经历冬季大风天气,有风情况下,外立面防护模块在吊装过程中会发生旋转,人力难以控制。特别是外立面模块距离幕墙902距离很近时,需要对吊装时外立面防护模块间进行碰撞试验,并根据外立面防护模块与现有幕墙的距离和风力情况,基于碰撞试验结果在外立面防护模块的框架结构顶部内侧设置防撞装置901。防撞装置901为L形结构,包括竖直肢和水平肢,且竖直肢的长度大于水平肢,水平肢的内端面焊接有连接板,连接板的四周开有螺栓孔,竖直肢上套有防护套。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术分类

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