建筑是如何建起来的？

shizheng_123 发表于 2024-5-24 03:18:31

<div style="text-align: left; margin-bottom: 10px;">建造摩天大楼的钢平台重达1000吨，施工的时候它能像攀岩一样逐层爬升。作者| <a style="color: red;">常松</a>，清华大学材料加工工程系博士
 　　上海中心，浦东陆家嘴最后一栋超高摩天大楼；632米，也是陆家嘴的最新高度。
 　　在过去的20年里，<a style="color: red;">金茂大厦</a>和环球金融中心先后成为了陆家嘴的“颜值担当”，而按照上世纪90年代的规划，陆家嘴核心区将会建设3座超过400米的摩天大楼，这最后一座就是“上海中心”，层高632米，它将成为<a style="color: red;">陆家嘴金融区</a>的收官之作。
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 　　显然，这样一座建筑注定迎来万众瞩目，从设计竞标开始就有多家世界顶尖团队参与竞争，最终，Gensler建筑设计事务所的“龙型”方案胜出——<a style="color: red;">双层幕墙</a>的设计，隔离出9个不同的区域，这里将建起摩天大楼内的空中花园；建筑外观呈螺旋式上升，一条开口缝隙由底部旋转贯穿至顶部。
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 　　上海中心内部分区
 　　那么问题来了，对于这样一栋600多米高、造型独特的摩天大楼，<a style="color: red;">建筑工人</a>是如何在高空安全施工、确保工程万无一失的呢？这就不得不提搭建在核心筒顶部的超级工具——钢平台了。
 一、钢平台长什么样？
 　　从上海中心的结构上看，最先建造的就是大楼的钢筋混凝土核心筒，这里也将是上海中心的电梯空间。为了让电梯通过，这个面积达900平方米的<a style="color: red;">九宫格</a>核心筒是中空的，而为了保证工期，核心筒是以5天一层的速度施工。在大楼施工过程中，工人乘坐的<a style="color: red;">升降梯</a>会随着核心筒施工而长高，而在核心筒的顶端，就是由2米高的护栏围起来的钢平台。
 　　钢平台就如同趴在大楼上的变形金刚，画风是酱紫的——
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 　　但其实，钢平台要低调得多。从外观看，它只是一个最顶端的钢罩子。
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 施工中的上海中心
 　　整体钢平台体系共分为9大筒架单元，也呈九宫格式的布局。其中，中间的筒架悬挂于周边4个筒架的悬挑钢梁之上，自身不带有动力系统，随其他筒架的同步顶升而逐层爬升。而中央筒架的位置同时也是<a style="color: red;">施工电梯</a>的出口，由此处可以直接抵达钢平台的顶部。其他的8个筒架则作为支撑结构，均具有钢平台、脚手架、支撑、动力和<a style="color: red;">大模板</a>5大系统。
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 核心筒示意图
 　　钢平台由纵横向结构梁、悬挑梁、<a style="color: red;">连系梁</a>、平台板、围护外围栏等构成，各个部件都靠螺栓连接，方便吊装墙体内预埋钢结构件时的多次拆除、安装。在钢平台上还覆盖钢板作为操作平台，整个平台钢板由厚5毫米<a style="color: red;">花纹钢板</a>及角钢焊接组成。钢平台不仅是施工人员的操作平台，同时也用于堆放钢筋、施工设备。整个钢平台完全封闭，这样就不用担心高空坠落威胁工人的安全。
 　　在钢平台下方，是固定在核心筒上的四台M1280D型塔吊，每台自重500吨，最大起重100吨。它们负责将施工所需的上百吨钢筋在夜晚调运到钢平台的顶部，堆放在工人触手可及的地方，用以核心筒施工。
 　　在钢平台外围，是高2米的侧向<a style="color: red;">彩钢板</a>作挡板，主要的作用就是防止高空坠落。整体钢平台初始面积约为1100 平方米，在这样的一群钢板围护下，施工工人几乎感觉不到高度的提升。
 二、钢平台的内部<a style="color: red;">微结构</a>
 　　钢平台除了外观可以看到的部分，其内部还有很多细微的结构。
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 　　钢平台微结构
 　　核心筒最重要的施工就是混凝土浇筑，浇筑混凝土自然就需要模板。上海中心的大模板系统是“钢框木模”，由<a style="color: red;">木面板</a>、竖肋、横向围檩3部分组成。另外，在核心筒墙面不同部位设置有收分模板，当核心筒墙体发生收分时，收分模板将会进行置换，来满足墙体<a style="color: red;">收分</a>的要求。大模板按标准层高4.5米设计，在非标准层，则采用大模板接模的方式施工。
 　　那么，工程中所需要的数万吨水泥混凝土又是如何来到数百米的高空呢？原来，设计者在钢平台上布置了2 台臂长28米的<a style="color: red;">液压布料机</a>，混凝土在地面搅拌完成之后，通过连接布料机的管道，就可以由高压泵直接泵送上去了。
 　　不过，这样又会有另一个问题随之而来：传统混凝土在长距离的泵送过程中，很容易堵塞管道，怎么办呢？这就需要用到一样特别的混凝土——<a style="color: red;">自密实混凝土</a>。这是一种能够在自身重力作用下密实、具备良好的流动性的同时能获得很好的<a style="color: red;">均质性</a>，并且不需要<a style="color: red;">附加振动</a>的混凝土。
 　　在平台之外，钢平台还设立了脚手架系统，由悬挂脚手架和内部脚手架两个部分组成，连接各个操作区域。在平台的爬升等操作中，工人可以在平台上自由走动。
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 内外脚手架立面
 　　悬挂脚手架是防止高空坠落物的最后一道防线，由吊架、上部走道板、底部走道板、底部防坠闸板、侧向围栏5 部分组成。其中，吊架立杆用螺栓连接固定在钢平台的钢梁底部，随钢平台同步爬升。脚手架底部设置防坠闸板，钢平台体系爬升到位后防坠闸板关闭，可防止物体坠落，以满足<a style="color: red;">立体交叉作业</a>施工的防护需要。而内部脚手架是由安装在核心筒内的筒架组成，其中边筒架安装设置有顶升油缸及支撑牛腿，具有自爬升功能。
 <div style="text-align: left; margin-bottom: 10px;"><img src="https://picx.zhimg.com/80/v2-0b6c1bcd2c08aa859b5a887d20d76d55_720w.webp?source=2c26e567" style="width: 100%; margin-bottom: 20px;"></div>
 　　<a style="color: red;">内挂脚手架</a>
 　　此外，为了保证钢平台体系爬升时的侧向稳定性，在外挂脚手下端每一面墙体方向还设置有6 个<a style="color: red;">防倾滚轮</a>，悬挂脚手架的吊架与钢平台钢梁的连接节点专门进行了设计，实现整个<a style="color: red;">悬挂脚手架</a>的整体移动。
 三、施工时，钢平台怎么往上爬？
 　　在一层施工结束后，这个重达1000吨的巨型平台，将会自己爬升到下一个区域，随核心筒的升高而升高，而4个吊塔也在整个工期中爬升27次。那么钢平台是如何完成“爬楼”的呢？
 　　这主要依靠的是它的支撑系统和动力系统。
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 支撑系统与<a style="color: red;">液压动力系统</a>
 　　先来说说支撑系统。它是整体钢平台体系传递荷载、实现爬升的承重系统，由<a style="color: red;">外构架支撑系统</a>和内构架支撑系统2部分组成。<a style="color: red;">内构架支撑系统</a>位于边筒架底部上方，由内架牛腿制动装置、承重钢梁组成，内部架也顶升油缸的底部支承。外构架支撑位于边筒架的最底层，由外架牛腿制动装置、承重钢梁组成。
 　　在施工中，钢平台就会像攀岩一样，将核心筒当做岩壁，内外两层支架当做手脚，它们被“牛腿”固定在核心筒的着力孔中。爬升中，牛腿收回，钢平台通过液压机向上顶升一个行程，然后将牛腿升入下一个孔中。每次爬升需要内外层交替两次。
 　　显然，整个过程中，最关键的就是“牛腿”。
 　　其实，相比于整个平台，这些“牛腿”并不大，但是它们要有足够的承受力，此外还需要在钢平台体系的爬升过程中可靠地完成伸缩，以达到使内外架交替支承钢平台的目的。上海中心的钢平台体系钢牛腿主要使用<a style="color: red;">液压系统</a>完成牛腿外伸与收缩动作，油缸行程430 毫米，能快速完成牛腿动作的伸缩。
 <div style="text-align: left; margin-bottom: 10px;"><img src="https://picx.zhimg.com/80/v2-2d7ae2eea12c31c4fb8f2f234b24d339_720w.webp?source=2c26e567" style="width: 100%; margin-bottom: 20px;"></div>
 油缸与圈梁层连接
 　　接下来再说说<a style="color: red;">动力系统</a>，它是爬升过程中的另一个重要系统，要为整个钢平台的爬升提供全部的动力。<a style="color: red;">上海中心</a>的动力系统由1 套集中控制系统、8 台液压泵站和液压油缸组成，其中每台液压泵站带动4～5 个液压顶升油缸。液压油缸是整体钢平台体系的顶升动力设备，固定端在内构架层的底部，液压油缸的活塞杆头部均设计有万向球头，以减少油缸的侧向力，有效地保护了油缸，提高了整个系统的安全性和可靠性。
 　　除了支撑系统和动力系统外，整个系统还有一个重要的大脑——PLC（Programmable Logic Controller，可编程序控制器）控制系统。平台的动力系统会根据整个钢平台的载荷分布情况和结构特点，由PLC控制系统进行测量、传输、设定、控制，实现系统各部分的协调动作，保证油缸顶升的<a style="color: red;">同步性</a>。
 四、完工后，钢平台怎么爬下来？
 　　当大楼顺利施工到632米之后，<a style="color: red;">结构层</a>封顶，钢平台的使命就完成了。这个时候，钢平台这样的<a style="color: red;">庞然大物</a>，如何从600多米的高空爬下来呢？
 　　事实上，核心筒至125层施工完成后须进行钢平台的拆除。最先拆卸的是<a style="color: red;">控制室</a>、<a style="color: red;">液压油缸</a>的各种电缆、油路管线。在钢平台、内外脚手架进行全面清理后，再利用四台M1280D型塔吊从钢平台连梁间吊走所有大模板，防止拆除期间物体坠落。
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 钢平台和塔吊
 　　随后，就是从外至内的拆除工作了。先用塔吊吊住外侧悬挂<a style="color: red;">脚手架</a>，将悬挂脚手架分块吊至地面。吊完钢平台顶面的格栅板、钢盖板后，将钢平台划成若干分块，利用塔吊逐块拆除。接着依次拆除内构架、外构架，直至完成整体钢平台体系的拆除。
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 上海中心<a style="color: red;">顶部结构</a>
 　　而此时，机智的小朋友就会发现，在核心筒上还剩下4个大家伙——用来起重的塔吊。如何将这种外挂在核心筒上的塔吊在600多米的高空拆卸下来呢？工程师早就未雨绸缪，外挂塔吊会在大楼封顶后先拆卸下来3座，然后再搭建一台中型塔吊拆除最后一台大塔吊。最后用一台小塔吊拆掉<a style="color: red;">中塔吊</a>。而最后剩下一座五六百公斤的小吊臂，直接通过人工拆卸，送进电梯就可以了。
 五、上海中心钢平台比普通钢平台厉害在哪儿？
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 　　在过去，摩天大楼建造中普遍采用的模架体系有大模板体系、<a style="color: red;">滑模体系</a>和爬模体系等。大模板体系缺乏自主爬升功能，无法适应快速施工要求。滑模体系由于结构平面布置和混凝土搅拌施工的局限也很少使用。爬模体系往往无法承受较大负荷，导致堆放的钢筋、设备有限，而且封闭性欠佳。
 　　在这样的背景下，中国自主创新了内筒外架式整体钢平台模架体系，随后这一模架体系在上海金茂大厦核心筒施工中又衍生出了“<a style="color: red;">格构柱</a>支撑式整体钢平台模架体系”，在<a style="color: red;">上海环球金融中心</a>、广州新电视塔、<a style="color: red;">南京紫峰大厦</a>等工程中得到广泛应用。
 　　而上海中心的钢平台又在上面这些基础上解决了超高和复杂的多筒式、体型多变的<a style="color: red;">钢骨混凝土</a>核心筒施工难题，成为最先进的新型模架体系。
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 出品| 网易新闻学院
 编辑| <a style="color: red;">史文慧</a>
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