超高层装配式建筑“内浇外挂”体系建造关键技术

本文源自 <建筑工业化装配式建筑网> 姜绍杰、刘新伟，作者根据香港和内地不同设计习惯和方法，结合超高层建筑对地震荷载和风荷载极为敏感的特点，从超高层建筑设计、生产、施工等整个建造过程介绍了“内浇外挂”体系一些关键技术。

1、引言

房屋建筑采用建筑工业化方式建造能节约资源，减少劳动力，提高施工质量等，根据专业机构测算，可以降低能耗23%，降低水耗79%，减低模板消耗81%，施工场地20%。因此，推行装配式建筑是我国传统建筑行业转型升级的必然选择。

目前装配式剪力墙结构建造方式主要包括以下四种：

前3种建造方式适用于一般高层建筑，而第4种内浇外挂体系，可适用于超高层建筑。

(1)装配整体式剪力墙，采用剪力墙墙身整体预制，边缘构件采用现浇形式;

(2)双面叠合剪力墙，采用剪力墙内侧面和外侧面预制，中间现浇;

(3)单面叠合剪力墙，采用建筑外围剪力墙外侧面预制，内侧现浇;

(4)内浇外挂，即主体结构受力构件采用现浇，非受力构件采用外挂形式。

本文结合超高层建筑对立面防水、地震裂度、风荷载等极为敏感的特点，介绍了超高层装配式建筑“内浇外挂”体系建造的关键技术，包括门窗防水构造技术、抗震 、 抗风技术等，为我国在超高层装配式建筑的发展，提供参考价值。

2、防水设计技术

外挂墙板水平拼缝处采用靴脚合结构企口构造，

如图1。另外在竖直拼缝接触面处进行洗水或扫花处理，增加构件连接的紧密性，同时设置止水槽，构成防水第二道防线。

图1 外挂墙板水平拼缝节点及防水构造

如图2。这样形成了多道防水路线，彻底解决了外墙渗水问题。

图2 外挂墙板竖直拼缝节点及防水构造

门窗处，为解决后装门窗处容易渗水问题 ，在工厂生产时，将门窗与外墙整体预制，门窗连接件预埋入构件中，通过混凝土构造达到止水目的;在阳台位置，阳台设计标高低于比室内楼层标高，预制外墙门底部结构尺寸不应小于125mm，使预制外墙结构刚度满足要求，保证预制外墙不发生变形，同时满足阳台防水要求;建筑顶层，现浇结构包住预制外墙顶部，实现预制构件与现浇构件完美结合，同时保证防水要求与外立面效果。

3、 柔性连接节点技术

超高层建筑由于层数多，高度大，水平方向的地震反应和风致影响十分显著，除了竖向荷载，预制外挂墙板将承受相当大的水平地震荷载、风荷载，连接节点设计主要采取了如下技术措施:

在主体结构受力构件与非主体结构受力构件之间选择确定合理传力路径：对于一般外挂构件，其承受的竖向荷载主要通过预制构件顶部的外伸钢筋锚入主体结构受力构件来传递给主体结构，而水平荷载诸如地震荷载、风荷载则通过预制构件两端的钢筋与主体竖向构件现浇形成整体，即采用“先装法”先施工预制外墙板，后现浇梁、板等受力构件，两端的钢筋连接采取只传递剪力不传递弯矩的构造做法实现了“柔性连接”，弱化了对主体结构的影响。

图3 预制凸窗受力分析模型

对于一些预制外墙构件由于空间形状比较复杂，采用有限元分析软件进行局部补充计算：图3是7度抗震烈度、沿海地区某超高层项目中的预制凸窗采用abaqus软件分析的模型，计算结果表明，凸窗顶部的两端受力较大，该处外伸钢筋配筋也相应加强。

4、抗风技术

当预制外挂墙板左右侧有非结构墙即构造柱存在，或预制外墙板跨度过大时，为避免风荷载作用于外墙板上将其掀离梁位，在超高层中尤其容易发生，采用风码装置固定外墙板，同时不将外墙板的荷载传递给下层受力构件。预制外墙板外伸钢筋上端锚入梁或楼板，右侧锚入剪力墙，左侧锚入结构柱非结构墙. 中。左侧和下侧可认为自由端，右侧和上侧可认为是简支端柔性连接.，此时左侧将需增加风码装置，如图4。

图4 风码位置及构造

风码将预制外墙板与下层梁固定，风码装置的位置和数量有预制外墙跨度和锚固方式相关，作用类似栓钉，主要承担风荷载产生的剪力作用，风码钢筋型号由计算确定。为方便施工，风码施工现场可采取后注浆形式，也可采用后支模浇筑混凝土形式。为更好的提高装配式建筑施工效率，风码装置从施工便利性方面也在不断优化。

5、质量控制技术

PASS制度对质量控制意义重大，在施工过程中，推行PASS(Performance Assessment Scoring System 的简称)制度进行质量控制。PASS制度以过去连续12个月内不同阶段的平均分，乘以固定系数，所得出来的总分作为施工质量的评分。为保障PASS评分公平公正，成立独立的PASS审核小组，负责每个季度两个月的结构和现场装饰工作评审以及一个月的安全评审工作。

在预制构件批量生产前，先进行BIM模型项目建造过程，并在工厂内预演安装过程，根据模拟结果和预安装过程，相关人员可直观的看到实际项目的效果，避免构件尺寸错误，构件之间的连接碰撞等现象的发生，另一方面，产业工人也得到了很好的安装培训。

6、安装精度控制技术

预制外挂墙板安装前，应按设计要求在构件墙面和相应对的支承结构面上标记中心线、标高线等控制尺寸线，按标准图或设计文件校核预埋件及连接钢筋等。安装时，先将斜撑杆一端固定于地面或楼面板上，七字码底部固定于地面或楼面板上;再将构件吊运至指定位置后，分别固定到七字码上;最后根据水准点和轴线位置，调节支撑杆的旋转装置来校对构件的直度，调节七字码的螺母微调构件的水平位移和竖向位移，如图5。

图5 预制外墙板安装大样

当上下层预制外墙厚度不一致，上下内侧无参考线时，安装仅仅利用七字码难以实现上下层对齐。在下层外墙增加带斜角的槽钢辅助装置，吊运上层外墙插入槽钢辅助装置内侧，方便对齐安装，如图6。

图6 斜角槽钢辅助装置

7、钢筋防碰撞技术

施工现场，构件之间以及构件与现浇结构之间可能发生钢筋碰撞，钢筋碰撞会影响构件的安装。钢筋碰撞在设计时即需考虑，现浇结构的钢筋在预制构件就位后错开构件外伸钢筋放置。通过在工厂内预演安装样板测试，调整设计时的钢筋碰撞问题（如图7）。

图7 相邻外墙板连接大样

当叠合楼板与全预制楼板之间的连接时，两件构件的外伸钢筋容易发生碰撞，钢筋碰撞会导致两件构件连接不上，影响后浇混凝土施工。

设计时，需将两件预制构件外伸钢筋在构件内部向上弯曲，再通过一段钢筋分别进行搭接，从而实现叠合楼板与全预制楼板的紧密连接，避免构件间的碰撞，如图8。

图8 相邻楼板连接大样

8、 项目应用

内浇外挂技术具有广泛的适用性和极高的推广价值，下面结合香港和内地两个典型工程案例，介绍本成果技术应用情况。

启德1A项目位于香港地区，该项目由6栋35-41层住宅、一座配套商场及一个地下停车场组成(图9)。采用标准设计，有效降低了工程造价，提高了施工效率。

图9 启德1A项目标准层平面图

中海天钻项目位于深圳市罗湖区，建筑主体共有11栋塔楼，其中，2栋为超高层装配式剪力墙结构，高度分别为148米(层数46层)和126米(层数46层);抗震设防类别为丙类，建筑结构安全等级为二级，设计基准期为50年，设计使用年限为50年。

图10 中海天钻项目标准层平面图

9、 施工组织管理技术

由于非结构预制构件已经提前在工厂预制，对于流水施工组织缩短了流水节拍，非常有利于施工现场的流水施工组织管理，其主要施工工序包括：

1.吊运安装预制构件;

2.绑扎现浇部分钢筋;

3.组合大钢模/铝模进行支模;

4.现浇混凝土。

由于第1个工序施工速度快占用时间短且并不会拖延其他工序，所以可以穿插机动进行。所以关键工序还是取决于现浇部分的合理科学的施工组织管理，如合理组织劳动班组、划分流水施工段，同时也可以结合楼层平面分区考虑空间跳层划分流水段，完全可以实现“四天一层”的建造速度。

10、结语

本文介绍了超高层建筑“内浇外挂”体系的建造过程的一些关键技术，该技术也适用于一般“内浇外挂”体系，总结如下：

(1)“内浇外挂”体系接缝处的受力和防水是影响装配式建筑品质的重要因素，通过某地震区域超高层建筑有限元分析，论证了在地震荷载下，预制外挂墙板端部受力较大的特点;根据不同部位处的外挂墙板的水平、竖直接缝设计节点和防水构造，使外墙接缝处满足受力和防水要求。

(2)当风荷载较大时，风码技术可有效防止预制外挂墙板掀离梁位，使“内浇外挂”技术应用于超高层建筑。

(3)部品的质量至关重要， PASS制度可控制施工全过程的质量，并通过BIM模型模拟和工厂预安装，避免构件尺寸错误，安装碰撞等问题的发生，提高了产业工厂安装技能。

(4)安装精度影响装配式建筑的施工质量，临时安装系统可有效控制外挂墙板的安装精度。

(5)通过外挂墙板和叠合板钢筋错位防碰撞措施，可避免安装碰撞问题影响施工效率。

(6)通过有效的施工组织管理，可实现内浇外挂体系四天一循环的施工周期。

(7)通过香港和深圳两个典型的超高层装配式项目，为应用“内浇外挂”技术提供了较好的参考实例。

国内采用“内浇外挂”体系建造的超高层建筑不多，该体系将施工现场现浇难度较大的围护构件在工厂内预制，然后运至现场外挂安装后节点区与内部竖向主体承重结构构件现浇，有利于外墙防水抗渗，提高施工效率。

“内浇外挂”体系不影响受力结构的整体性，并方便外墙施工，相比装配式剪力墙结构其他体系，经济性更好，在目前装配式建筑发展初级阶段，建造成本普遍偏高的情况下，具有较高的推广应用价值。

作者： 姜绍杰　刘新伟等

   来源： 建筑工业化装配式建筑网

延伸阅读：

网红“空中造楼机”——中国超高层建造的神器

这最新一代的“空中造楼机”，正是中国首创。

它最牛的实力就在于，顶升力达到4000多吨，能让建筑施工在千米高空如履平地，在8级大风中平稳进行。而4天一层的施工速度，更是让国内外惊艳。

你知道吗，让国内外惊艳的“空中造楼机”已经到了4.0时代!

下文我们讲述“空中造楼机”的前世今生：

从上世纪80年代起，我国超高层建筑施工技术经历了多次升级，从传统的搭设脚手架到滑模，再到爬模、提模，施工机械化、标准化、高效化程度不断提高。

进入新世纪，超高层建筑越来越高、结构越来越复杂，不仅要承受较大的垂直荷载，还要承受较大的水平荷载，传统模架难以满足要求。如何在保证质量与安全的情况下提高建设速度?

2005年，中国建筑参与高432米的广州西塔总承包施工。该工程平面呈类三角形，外周边由6段曲率不同的圆弧构成，总工期仅1007天。若采用传统施工技术，要如期完成建设任务，谈何容易!

▲建设中的广州西塔

面对严峻挑战，项目研发团队提出一个大胆设想：将施工竖向结构的模板和挂架悬挂在钢平台以下，采用大行程、高能力、支承在剪力墙预留洞处的液压千斤顶顶升钢平台，带动模板与挂架整体同步上升一个高度，完成上一楼层的混凝土结构施工。

第一代顶模——低位顶升钢平台模架体系由此应运而生!这正是“空中造楼机”的前身。

与传统施工技术相比，第一代顶模技术显著提高了超高层施工工效。广州西塔核心筒建设速度最快达到两天一个结构层，总工期缩短280天。

第二代：模块化低位顶模

尽管第一代顶模具有诸多优点，但标准化程度低、难周转、成本高，同时具有一定安全风险。

困难挡不住前行者的脚步。2009年，中国建筑成立攻关小组，依托福州世茂国际中心项目，在周转性、适应性、安全性三个方面重点开展攻关。

为提高顶模对核心筒变化的适应性，研究人员为顶模应对核心筒结构变化提供了良好的解决方案;为提高顶模设计的安全性，他们为施工中的“误操作”提供了安全保险。

▲建设中的天津117大厦

基于顶模施工环境下的不同工程，研究小组还寻求了垂直运输设备与模架衔接、协调、配合的最优方案，这些设备包括塔吊、电梯、混凝土泵送等。同时，他们还创新了标准化组件，有利于顶模由创新设备向定型成熟的产品迈进。

第二代顶模——模块化低位顶升钢平台模架体系!

第二代顶模将整个模架“拆分”为由多个标准组件组成的装配式结构，从而实现模架在不同项目间的周转使用，大幅降低成本。

该技术在福州世茂国际中心、福州宇洋中央金座、无锡国金中心、苏州国金中心、镇江苏宁广场、重庆国金中心、天津现代城、天津117大厦等工程建设中大显身手，施工总建筑面积超350万平方米。

第三代：微凸支点顶模

伴随建筑高度与建造难度的不断提升，模块化低位顶升钢平台模架体系的不足日渐显现：整体抗侧刚度不足，承载力有限，置于核心筒内的支撑立柱、箱梁与塔吊、电梯的站位协调复杂。

为弥补不足，中建团队一举打破传统设计思路，利用核心筒外侧墙体表面2-3厘米素混凝土微凸构造承力，单个支点承载力达400吨。

这种设计除了可以使承载力、整体性、抗侧刚度、内部垂直运输设备的安装空间得到显著提升外，更重要的是在高效性、适应性、安全性和智能化上实现了飞跃。

▲建设中的武汉中心

2012年，在时为华中第一高楼、高438米的武汉中心项目上，第三代顶模——微凸支点智能控制顶升模架首次应用，最大高度27.8米，竖向横跨3个半结构层，实现了钢筋绑扎层、混凝土浇筑层、混凝土养护层分层流水施工。

长35米、宽35米的顶部平台，为项目建设提供了充足的施工空间和材料、机械设备堆场。同时还专门研发了智能综合监控系统，顶模体系的运行安全得到了有效保障。顶升液压系统的推力也大幅提升至2400吨，可以将3万名成年人同时顶起。

第三代顶模先后运用于武汉中心、深圳华润总部大厦。

第四代 集成平台：“空中造楼机”

创新无止境。在第三代顶模的基础上，经过近两年的研究试验，中建团队研制出了升级版“自带塔机微凸支点智能顶升模架系统”，即超高层建筑智能化施工装备集成平台。

这是全球首次将超高层建筑施工的大型塔机直接集成于平台上，实现了塔机、模架一体化安装与爬升，并将核心筒立体施工同步作业面从3层半增至4层半。

通过塔机与模架一体化安装与爬升，突出解决了塔吊爬升与模架顶升相互影响、爬升占用时间长、爬升措施投入大等制约超高层建筑施工的难题。

以北京第一高楼“中国尊”项目的“空中造楼机”为例，自带的2台M900D塔吊相比常规塔吊安装方式，可减少塔吊自爬升28次，节省塔吊爬升影响的工期约56天，减少塔吊预埋件400吨。

“中国尊”集成平台采用封闭式全钢结构，平台面积1600平方米，施工荷载2300吨，工人置身其上，如履平地，可同时进行4层楼、多个工种流水作业，可抵御10级大风，完全不用担心高空坠落的危险。

目前，该平台已应用于北京“中国尊”、武汉绿地中心、沈阳宝能环球金融中心项目。