[发明专利]超高层钢结构模块化施工系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及框架－核心筒结构施工技术领域，特别是超高层钢结构的模块化施工。

背景技术

高层钢结构建筑一般由中间的混凝土核心筒和周围的钢结构组成，其高度较高。该类建筑的最大特点之一，是钢结构的用钢量较大，少则数千吨，多则数万吨。目前，国内最高的此类建筑是广州的新电视塔，其总高610m。钢结构的用钢量约5万吨。

超高层钢结构建筑的施工技术难点，重点在混凝土核心筒的施工和周围的钢结构的施工。目前，混凝土核心筒的施工由于高层混凝土泵送技术的成功应用，其技术难点已经得到解决，但周围的钢结构的施工，仍采用传统的施工技术，即在建筑的下部，采用大型自行式起重机进行构件的吊装，在建筑的中、上部，采用塔式起重机进行构件的吊装。尽管现在采用了大型动臂式塔式起重机，但其起重能力仍受到严格限制。大多数情况下，每次吊装的重量只有十几吨、二十吨。钢结构构件必须被预制成分段的梁、柱等。并且，在这些梁、柱被吊装就位后，不能立即“松钩”，而是要等到这些单元被焊接、固定后，才能进行下一个单元的吊装。这就带来一系列的问题：

1、大量的高空施工和立体交叉施工，对施工安全带来巨大隐患；

2、大量的高空施工，施工质量难于保证；

3、施工效率低下，导致施工周期较长，能源损耗较大；

4、施工人员和施工机械的施工效率低下，大量的施工安全保护装置和质量保证装置的反复拆、装，大量的施工辅助消耗材料等，使施工成本居高不下。

采用“模块化”施工，可以有效地解决上述问题。所谓“模块化”施工，就是在地面组装场地将钢结构组装成较大的单元。根据具体建筑的不同，这些较大单元可以重达上百吨、数百吨，然后吊装到建筑物上部进行安装。

采用“模块化”施工的关键，在于解决重达上百吨、数百吨的较大单元如何垂直吊装到其安装的高度并在这个高度如何水平运输到安装位置。目前国际、国内有许多成熟的现代大型吊装技术，大多借助大型起重机。但由于施工环境和要求的吊装高度的限制，这些现代大型吊装技术不仅从技术上不足以解决钢结构“模块”吊装的问题，从施工成本上，也是极其高昂，难以承受。

目前，国内一些高校和一些大型建筑施工企业，都在投入力量研究“住宅产业化”的课题，其根本问题就是住宅“模块”化，其中包括住宅的模块设计、制造、材料、连接、抗灾害能力和模块的安装施工。应该说，应首先的问题，还是模块的安装施工，这个问题不解决，前面所有问题都没有基础。本发明，不仅可以解决高层、超高层钢建筑的模块化安装施工，根据具体的建筑形式，进行适当的修改与发展，也可以解决“住宅产业化”课题中，住宅模块的安装施工问题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种钢结构模块化施工的系统。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种超高层钢结构模块化施工系统，包括提升装置、提升平台和运输装置，以及安装在混凝土核心筒上的提升牛腿。所述提升装置位于混凝土核心筒的一侧，所述提升平台由提升牛腿和提升装置共同支承，即提升牛腿和提升装置共同控制提升平台的升降。所述运输装置上表面安装有若干千斤顶。

值得说明的是，本发明的技术方案中，混凝土核心筒为施工现场浇筑，混凝土核心筒的四周是将要建成的钢结构。同现有技术一样，本发明最终建成的钢结构是由钢质承重柱、柱间横梁和柱间纵梁构成。但与现有技术不同的是，本发明采用了模块化施工，即把钢结构拆分成若干模块单元。

为了便于表述，本发明中定义：钢结构整体是由若干层模块层组成的，每一层模块层又是由若干在同一水平面放置的模块单元组合而成。每一个模块单元均是由若干柱、横梁和纵梁构成，每一模块层的高度即为模块单元的高度，该“层”的高度与建筑物的楼层高度无关，可能包括一个或多个楼层，是因施工和生产条件而定的。

相邻的模块层之间、以及处于同一层的模块单元之间通过焊接固定。本发明中，模块单元均是在地面生产，再通过本发明所公开的方案垂直吊装和水平运输。最终，由模块单元中的柱和梁结合成了完整的钢结构中的承重柱、横梁和纵梁。

进一步，所述运输装置为气垫运输装置，其上表面为承载面，其下表面安装有若干喷射式气垫。所述承载面上安装了若干千斤顶，模块单元能够可靠地安放在千斤顶上。通过调整千斤顶的高度，可以改变模块单元离地距离。另外，在气垫运输装置下表面，即其底部，安装喷射式气垫。当气垫运输装置承载着模块单元时，喷射式气垫向地面喷射出高压气体，使得承载着模块单元的气垫运输装置离地，便于将其移动到提升平台或施工平台上。