超高层建筑外立面装饰柱施工技术研究与应用

姜 捷

上海建工集团股份有限公司 上海 200080

随着我国现代化建设的高速发展，人们对建筑的审美要求不断提高，外观造型的多样性体现了城市的建筑特色，其中外立面装饰柱、装饰线条等是组成和影响外立面效果的重要元素和因素。

建筑外立面装饰柱一般由柱头、柱身和柱基3部分组成，除具有承受结构质量外，还有外立面装饰作用。目前建筑工程上外立面装饰柱的设计施工大多采用混凝土结构，一般混凝土结构柱先跟随主体结构施工完成，再采用干挂玻璃纤维增强混凝土（GRC）装饰构件完成柱饰面[1]。GRC装饰构件具有造型丰富、可塑性高、强度高的优点，但是对于超高层建筑外立面的大型装饰柱体安装，存在单体构件质量较大、搬运较难、易破损及高空作业安全隐患较大等缺点[2]。

本文以平安金融大厦外立面装饰柱施工为工程实例，通过难点分析及试验评估，优化施工工艺，通过定制钢模，采用装饰柱结构和造型一次性浇筑成形技术，不但保证装饰柱施工整体质量，而且简化工序、提高工效，同时取得了良好的经济效益，可为类似工程提供参考。

1 工程概况

本工程位于上海浦东新区陆家嘴环路1333号，南邻中银和交银大厦，总建筑面积16.4万 m2，地下3层，地上主楼38层，高210 m；裙房4层，高23.7 m。上部结构体系主楼为钢框架-支撑体系，外围劲性框架结构；裙房为钢筋混凝土框架结构（图1、图2）。

图1 工程效果图

图2 结构框架

工程整体设计以欧洲古典风格为基调，外立面采用了大量的爱奥尼柱式（Ionic Order）罗马装饰柱，每根柱由柱基、柱身以及柱头构成，柱高7.5 m，跨2个标准层，其中柱头饰纹雕刻精美，由4个大圆形涡卷组成；柱身饰纹为半圆形沟槽，从下至上逐渐变细，上、下口直径分别为900、1 200 mm；柱基较柱身粗大并带弧形花纹，柱外饰面层采用真石漆喷涂（图3）。柱结构为劲性混凝土柱，中心为十字钢柱，从下到上的混凝土等级为C60、C50和C40。

图3 装饰柱立面

2 施工工艺确定

根据要求，装饰柱施工工艺为先结构外围十字钢柱外侧绑扎钢筋笼，然后采用带饰纹的玻璃纤维增强混凝土（GRC）构件作为永久性模板，最后浇筑混凝土形成整体。GRC材料具有可工业化规模生产、可塑性高、造型多样等特点，被作为建筑装饰构件运用广泛，而作为结构施工模板在国内类似规模的工程使用极少，为保证装饰柱施工质量，优化工艺，现场先后进行了2次试验，具体如下：

2.1 试验

经参建各方讨论，决定通过全尺寸实物试验方式来确定装饰柱的工艺和流程，试验中选用3种方法（图4）：

图4 装饰柱试验过程及完成效果

1）方法1：根据原设计要求，采用GRC构件直接作为永久性外模板进行施工。根据第1次试验结果，为保证混凝土浇筑时模板的整体强度，在第2次试验中，待GRC外模完成拼装和校正后，用定制钢箍对外模进行整体固定。

2）方法2：按照传统施工工艺，先完成劲性结构混凝土柱施工，外饰面由GRC装饰构件采用干挂工艺完成。

3）方法3：采用2种施工工艺结合，柱身饰纹较简洁规则，采用定制钢模一次性混凝土浇筑成形；柱头和柱基饰纹较复杂，采用GRC装饰构件干挂工艺。

2.2 试验成果分析

从试验结果看，3种方法装饰柱的外观效果和整体质量均能满足要求，但综合评估后发现，GRC板作为工厂模具浇筑预制构件，具有成品外饰加工精度高、可塑性强的优点，但受材质限制，在实际施工中还存在以下缺点：

1）GRC模板质量相比传统钢质和木质模板较重，分块后的GRC模板及GRC干挂饰面板的单块最大质量分别为300 kg和150 kg，人工拼装精度和高空操作风险较难把控。

2）GRC产品受其材质限制，其边角部位在运输和拼装中遇到磕碰时极易损坏，现场大量使用时的产品保护措施和后续修补工作量相对较大。

3）GRC模板间连接强度较差，需要另外定制钢箍进行整体固定，导致施工工序及费用的增加。

4）由于柱身较高，混凝土浇筑时侧压力较大，使用泡沫条填缝和外贴胶带的方法无法有效解决GRC模板接缝处的漏浆问题，外部清洁工作量较大。

与前2种方法中大量使用GRC构件不同，方法3采用了整体现浇和干挂2种工艺结合，充分发挥钢模板和GRC的材质优势，在确保施工安全和质量的前提下，既可减少工序，又可减少工程成本。

2.3 试验结论

通过试验，经参建单位综合评估，确定按方法3的施工工艺进行装饰柱施工，即柱身采用定型钢模板外饰纹混凝土一次成形，柱头和柱基采用GRC装饰构件干挂工艺。

3 施工工艺及操作要点

3.1 钢模板制作

根据建筑设计图纸中柱身外饰水平分缝进行划分（图5），单根柱模沿高度分成6节，每节横向根据完成面直径变化和模板拆装运输要求，以圆周线对其分成均等的6块，柱基与柱头各分为4块和2块。通过上述方式，可将单块钢模质量控制在75 kg以内。

图5 装饰柱钢模板拼装

钢模板柱身饰纹主要采用4 mm厚钢板在工厂开模压制完成，支承钢楞为60 mmh 40 mmh 4 mm方钢管，柱箍和边框均为6.3#槽钢，边框连接加强部位为120 mmh 80 mmh 12 mm钢板，连接件主要为U形卡和螺栓（图6）。

图6 柱身钢模板标准分块

3.2 钢模板运输

为保证装饰柱钢模板精度要求，便于装饰柱钢模板现场的拆装与各部件之间的识别，每根柱模先组装成形，然后分为6块运输至现场，编号就位。装饰柱施工于主楼6层以上开始，单根装饰柱钢模板采用塔吊分节从地面运输至结构施工楼层，然后根据预先编制的号码，逐一水平运输至相对应的装饰柱位置。由于单节装饰柱钢模板体量较大，人工搬运强度较大，同时考虑运输过程中减小模板变形和对楼面产生的荷载，特制了钢模板运输车以提高工效。

3.3 装饰柱施工

3.3.1 定位

以设计图纸为依据，在完成钢结构十字柱的吊装之后，在楼地面弹放钢模内边线、十字中心线以及外边控制线，复核钢柱平面尺寸正确后，还要对柱内插筋和钢筋保护层进行检验，如有偏差应及时予以纠正，另在主筋上加焊定位短钢筋，确保钢模平面位置安装正确。此外根据标高控制线，沿柱基钢模板底部内边线外侧，做宽度60 mm的水泥砂浆找平层，确保钢模板竖向位置安装正确。

3.3.2 钢筋绑扎

钢结构框架完成后，按劲性柱结构施工图进行钢筋绑扎，因原设计采用GRC模板，现改用钢模板后，造成柱身混凝土保护层增大，因此按设计单位要求在箍筋外侧加设φ6 mm@300 mm钢筋网片，沿柱身双向布置。

3.3.3 钢模板安装

安装模板要自下而上分节进行，用相反顺序来进行相邻上下节钢模安装，可以使安装累积误差能够有效减小。安装时先设置相邻钢模间的U形卡，再进行螺栓放置，为避免钢模整体扭曲，初次紧固螺栓时应保留一定的调整空间，在完成整根模板安装校正之后，再将所有螺栓按部位分节分块对称拧紧。另钢模接缝间使用厚度为1.5 mm海绵条，钢模紧固后可有效防止漏浆现象的发生。

3.3.4 混凝土

1）自密实混凝土配合比设计。装饰柱混凝土一次浇筑高度为8.4 m，单根柱混凝土浇筑量为6.5 m3，原技术规格书上采用的是普通混凝土，但在现场施工中发现，因工程结构外框为劲性混凝土框架体系，在装饰柱上部梁柱节点处的钢筋布置非常密，没有多余的位置设置导管。根据上述情况以及试验结果，决定改用自密实混凝土，利用其高流动性、填充性和抗分离性的特点来满足装饰柱混凝土的强度和密实度要求。本工程装饰柱自密实混凝土等级强度为C60，坍扩度550 mmf 75 mm。

2）自密实混凝土浇筑。混凝土到现场后应进行坍扩度测试，测试数值合格方可进行浇筑入模。混凝土浇筑采用地面固定泵和楼层泵管（硬管＋软管），为保证混凝土流淌均匀，柱顶2个浇筑口应对称布置，同时要确保浇筑连续一次性完成。柱内混凝土免振，在钢模板外侧采用了辅助振捣器来保证柱身饰纹部位混凝土的密实度，每个辅助振捣点时间控制在5 s左右。

3.3.5 拆模

根据试验结果，柱混凝土强度达到约C15时拆除模板，能够使柱身饰纹保持较为完好。按安装模板相反顺序从上到下进行拆除，单块模板拆除应先用手拉葫芦吊牢，然后用撬棒小心地将钢模边框撬松，待完全脱离后用人工葫芦调离。

拆下的钢模应及时修整，对表面的残留物用铲刀式小型磨光机清理，再涂脱模剂进行面层保护；对于有较大变形或者有部件损坏的，应及时校正，必要时可进行更换。

3.3.6 柱面混凝土修补

拆模后对于装饰柱混凝土表面有缺损部位，主要用1∶2水泥砂浆和803胶混合材料进行修补。由于缺损部位主要是发生在相邻2个半圆沟槽之间的竖肋和水平内凹分格缝部位，因此自制带弧度的抹平修饰工具，以确保修补后装饰柱竖肋饰纹上下线条一致，为下道面层真石漆喷涂工序打好基础。

4 结语

为保证本工程外立面装饰柱的施工质量，通过对装饰柱建筑造型和结构体系分析，分3种施工方法进行试验，在综合评估试验结果后，最终形成优化方案。根据工程实际应用情况，本工程针对装饰柱所采取的工程技术质量措施是有效的，同时又取得了良好的经济效益。希望本文能为类似工程提供参考。