WO2010115350A1

WO2010115350A1 - 钢筋混凝土建筑物的主体工程施工方法及房屋建造机

Info

Publication number: WO2010115350A1
Application number: PCT/CN2010/000473
Authority: WO
Inventors: 袁斌
Original assignee: Yuan Bin
Priority date: 2009-04-10
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2010-10-14
Also published as: CN101538897B; CN101538897A; US8863474B2; US20120023840A1

Description

钢筋混凝土建筑物的主体工程施工方法及房屋建造机技术领域

本发明涉及建筑物的施工方法，特别是建筑物主体含现浇钢筋混凝土及预制构件的施工方法。本发明还涉及与该方法相关的房屋建造单元和房屋建造机。背景技术

钢筋混凝土建筑物施工一般有现场浇注和预制装配两种施工方法。预制装配施工近年来发展了很多的先进技术，虽然预制装配比现场浇注机械化程度高，工业生产特征明显，但由于目前装配式钢筋混凝土结构的干式节点连接可靠性较差等缺点，使预制装配式的整体性（如抗震性能）受影响，应用受到限制。现今绝大部分钢筋混凝土建筑物为现场浇注施工方法。提高现场浇注施工方法的工业化程度又有一个很大的瓶颈，现有现场浇注施工均是从第一层开始到最高层的顺层施工。建筑施工每完成一层，施工层的所有机具和设备都必须挪到下一个工作面，再组装组合成施工作业平台。这就面临着机具和设备如何跨越刚刚完成的结构层的障碍的问题，而且是越来越往高空延伸，难度越来越大。所以在作业面上采用更高的机械化装备就变得不经济而且不可行。为便于拆卸、组装，所以传统的住宅建造机具和设备都比较简单、轻便，一般是组合式脚手架和工具式模板等等。这样的住宅建造机具和设备必然导致住宅生产的机械化应用程度不高、手工劳动量大、作业条件艰苦、劳动生产率低、产品质量不易控制等等。发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种钢筋混凝土建筑物的主体工程施工方法，结合现场浇注和预制装配的优点，使得可以在建筑工地形成工业化生产的流水线作业，以解决预制装配干式节点连接和现场浇注施工的机械化水平低、劳动力消耗大、劳动条件恶劣、手工劳动产品质量波动大等弊病。

本发明的钢筋混凝土建筑物的主体工程施工方法的特点是在已完工的永久基础的地表层上设置顶升机构及顶升平台，首先在所述顶升机构及顶升平台上施工顶层框架，然后依靠顶升机构对所述顶层框架实施顶升，再在原有位置的顶升机构及顶升平台上施工次高层框架，同时完成顶层框架与次高层框架之间的永久连接；随后，再依靠顶升机构对所述顶层框架及次高层框架实施顶升，如此重复施工，直至完成地面一层框架的施工和顶升，从而完成从最高层到地面一层的逆向逐层施工。

本发明提供了一种钢筋混凝土建筑物的主体工程施工方法，包括以下步骤：

a )在已完工的地表永久基础的地表层上设置至少一个顶升平台和多个顶升机构；

b ) 在所述顶升机构及顶升平台上施工顶层框架；

c )依靠顶升机构对所述顶层框架实施顶升；

d )利用支撑装置支撑被顶升的顶层框架，然后顶升机构下降复位，在原来位置的顶升机构及顶升平台上施工次高层框架，同时完成顶层框架与次高层框架之间的永久连接；

e )依靠顶升机构对所述顶层框架及次高层框架实施顶升；重复步骤 d )和 e )对次高层以下各层进行施工和顶升，直至完成地面一层框架的施工，从而完成从最高层到地面一层的逆向逐层施工。

根据本发明，逆向逐层施工的顺序为： a、在已完工的永久基础的地表层上设置顶升机构及顶升平台； b、在所述顶升机构和顶升平台之间施工顶层竖向构件，在所述顶升平台上施工屋面板，形成顶层构架； C、顶升机构以顶升平台为支承，将已经形成的顶层构架顶升一个层高，空出次高层的施工位置； d、在所述顶升机构之间施工次高层竖向构件，在所述次高层竖向构件与顶层竖向构件之间形成固定连接； e、顶升平台下降复位，在顶升平台上施工顶层楼板，形成次高层构架； f、循环以上步骤 c、 d、 e, 直到在第一层竖向构件上完成第一层构架； _g、将第一层竖向构件与永久基础进行锚固。

本发明方法是将主体结构混凝土施工的顺序与传统方法颠倒后，先施工顶层，再逐层向下至第一层，克服了作业面上的设备、周转材料每层都要组装、拆卸再组装、拆卸的弊病，使作业面始终保持在第一层面上，从而能够在第一层空间中利用现场组装的机械设备形成工厂化组装车间，使标准层的施工连续作业成为可能，施工流水线能够形成。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明在永久基础以上的各标准层均是在地表层设置的组装车间的顶升平台上釆用逐层施工、流水作业完成，形成流水线作业，极大地提高了施工作业的机械化程度和作业的标准化程度。

2、本发明中施工作业的设备不需要反复拆装，始终保持在地表层上，极大地简化了施工过程、减少施工成本、提高了施工速度。

3、本发明使用现浇施工结合预制装配，使建筑物质量稳定性更好。

4、本发明能够使建筑生产像流水线一样真正实现工业化生产，解决了建筑工业化在施工环节的难题，使提高建筑施工机械装备水平和经济性矛盾得以解决，使得将建筑物按其内在规律，把结构、功能、装饰等各类要求系统考虑，分解成各种总成，而各种总成在各个专业工厂提供的系统集成产品在现场整合装配的设计思路的具体实施能够获得实质性进展。

此外，本发明还提供了一种房屋建造机，所述房屋建造机位于地面上，并且包括：至少一个房屋建造单元，每个房屋建造单元包括一个顶升平台和在该顶升平台下面安装固定的多个顶升机构，所述至少一个房屋建造单元协同工作，同步顶升要建造房屋的同一层框架；以及顶升控制系统，所述顶升控制系统包括一个或多个液压伺服泵站、多个位移检测装置、多个千斤顶加载力测量装置、多个电气控制子站、主控电气系统，对所述至少一个房屋建造单元的顶升机构进行分组和分环路控制，实现其同步顶升工作。

根据本发明的房屋建造机，将传统的住宅建造方式顺层施工改变为逆作法。该房屋建造机设计用于生产住宅工业品，而不是生产住宅工艺品，所生产的住宅具备像流水线上生产的汽车一样 —―品种标准化，从而使生产规模化、产业化。即住宅楼层为高层、小高层，层数较多且每层的结构都一样，这样就有标准化的楼层。并且本发明的房屋建造机无需每一层施工都需要组装拆卸建造机具和设备，因而可以使住宅生产机具设备有更多机械化和电气化的应用。本发明的房屋建造机要为逆作法服务，要达到一次组装，整栋使用，而且房屋建造机机具总是在地面层作业的目的。施工完成一层后，只需要顶起一个层高再回复原位，设备不需要穿越结构层，可以整体就位，省去要拆卸、搬运再组装等程序。本发明的房屋建造机相当于一个流动的房屋总成装配车间。房屋建造机分行走工况和生产工况。处于行走工况时，所有的液压件、中央控制系统、受力桁架按区域收缩、聚拢并固定于几个汽车底盘上，可以分别方便地行走。行走就位后，各部分变形组合为生产工况：支撑就位、液压件就位、桁架就位并固定，机械系统、电气系统组装并调试，组成一个机械化、电气化应用很高的组装车间、受力平台、现浇平台、顶升降落平台。

综上所述，本发明的房屋建造机与现有顺层施工的小型机具、手工作业相比，有着如下优点：

1、应用了大型液压和中央控制系统，机械化、电气化程度大幅提升，提高了效率。

2、减少了手工作业，作业条件改善。

3、一次组装，整栋重复使用，减少了很多组装拆卸工序，施工工期缩短，节约成本。

4、可以大规模应用部品，提高了工厂化生产水平。

5、机械化、标准化生产，产品品质有保障，可以更方便管理。附图说明

当结合附图进行阅读时，本发明的本质、原理以及实用性将通过下面的详细描述变得更为明白，其中在附图中相同的部件由相同的附图标记加以标识。

图 1、图 2、图 3、图 4、图 5、图 6直至图 7为本发明顶层和次高层施工过程示意图。

图 8是剖视图，示出了与上述施工方法相应的根据本发明的一个实施例的房屋建造单元。

图 9是剖视图，示出了顶升机构的可伸缩套筒和千斤顶。以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。具体实施方式

参见图 1，在已经完工的永久基础 1 的地表层平整场地，设置组装车间；要求组装车间含有必须能够承受整个建筑物施工荷载的顶升平台 22和具有往复运动的顶升机构 21。

根据本发明的一个实施方式，施工顺序为：

1、图 1所示，在已完工的永久基础的地表层上设置组装车间，包括顶升机构 21及顶升平台 22;

2、图 2所示，在顶升机构 21和顶升平台 22之间施工顶层竖向构件 3，顶层竖向构件 3与顶升平台 22临时加强连接，竖向构件 3可能是立柱或剪力墙；

3、图 3所示，在顶升平台 22上施工屋面板 4，形成顶层框架；

4、图 4所示，在顶升机构 21以顶升平台 22为支承，将已经形成的顶层框架顶升一个层高，空出层高层的施工位置；

5、图 5所示，在顶升机构 21之间施工次高层竖向构件 5;

6、图 6所示，用型钢 6在次高层竖向构件 5与顶层竖向构件 3 之间进行竖向加固连接，使之成为一个受力的整体，以便承受建筑物的竖向荷载；解除顶层竖向构件 3与顶升平台 22之间的连接，使顶层竖向构件 3和次高层竖向构件 5独立承受荷载；顶升机构 21反向工作，使顶升平台 22下降复位，将顶升平台 22与次高层竖向构件 5临时加强连接，随后，在顶升平台 22上施工顶层楼板 7, 形成次高层框架；

7、图 7所示，在以上步骤 4到步骤 6之间循环，直到在第一层竖向构件上完成第一层框架；

8、将第一层竖向构件与永久基础进行锚固。

具体实施中，利用现有的计算机监控软硬件系统以及大吨位的液压顶升设备，例如专利号为 200410011228的一种大负载任意位置机械锁定液压顶升机构，液压顶升机构的运动感应、监测和控制实施计算机控制，并设置误操作安全锁紧机制。

本发明方法是在地面层形成生产车间，实施流水作业，使建筑施工能够按照流水作业进行工业化生产，可以进一步将建筑物按其内在规律，将结构、功能、装饰等各类要求系统考虑，分别整合在各种部件中，部件在工厂完成预制，直接运输到现场组装车间进行组合。比如把有外装饰、防水保温、隔音、维护等功能整合到外墙部件；具有供水、供电、防水、橱拒等功能整合到厨房卫生间部件；隔断、隔音布线等功能整合到内墙部件，各部件在工厂内精确、高品质预制，运到现场组装车间内在固定位置组合到建筑物中。

具体实施中，相应的设置也包括：

1、顶升平台具有安全性和经济性。顶升平台的整体性及刚度的要求是方案安全顺利实施的保证；由于解决了作业面上的设备、周转材料每层都要组装、拆卸再组装、拆卸的难题，顶升平台一次性装配，多次使用，所投入的成本经多次摊销具有很好的经济性。

2、顶升平台的运动可控性。设置顶升平台在上升过程中只能往向上的一个方向运动，获得单向锁定；当局部出现问题时，通过局部锁定使整体不能提升；各液压顶升机构的速度和行程需要保持一致，实施行程锁定。

3、预制竖向构件。竖向构件是施工期间承受建筑荷载的构件，按照永久和临时相结合的原则设计，考虑临时支撑的强度和刚度，并考虑永久连接的整体性。

5、顶升平台与竖向构件的连接。由于在施工期间，建筑物的荷载由顶升平台和竖向构件传递至建筑物的永久基础，永久基础上要预留设施用以承接顶升平台和竖向构件传递来的荷载；同时顶升平台和竖向构件设置有方便连接和解除连接的设施用以方便荷载的传递和共同受力，以保证整体升降的稳定性。

6、预制装配和现场浇注。本发明中所有预制的结构构件均使用现浇连接组合成整体。

图 8是剖视图，示出了与上述施工方法相应的根据本发明的一个实施例的房屋建造单元。如图 8所示，该房屋建造单元包括顶升平台 22和固定在顶升平台 22下面的顶升机构 21。所述顶升平台 22 可以采用钢结构系统。所述钢结构系统包括纵横桁架钢梁，对应要建造的房屋结构物布置纵横桁架钢梁位置。所述顶升平台和顶升机构组成了一个承重结构，该承重结构与永久结构柱临时锚固连接，从而形成一个受力整体。

所述顶升机构 21包括千斤顶 33。所述顶升机构 21还可以包括至少一个可伸缩套筒，所述可伸缩套筒的内外筒可以相互锁定，从而在需要时承受一定载荷，起到安全保障作用。当然，在顶升机构中也可以不设置所述可伸缩套筒，只使用千斤顶也能实现顶升操作。在如图 9所示的实施例中，每个所述可伸缩套筒可以包括上部外筒和下部内筒，下部内筒临时锚固连接到永久结构柱上。千斤顶 33位于所述可伸缩套筒内，并在其基部固定在所述下部内筒上。上部外筒为钢圆筒，下部内筒也为钢圆筒，上部外筒和千斤顶能分别相对于所述下部内筒附壁爬升，从而将顶升平台顶升到预定的高度。

如图 8所示，所述房屋建造单元还可以包括行走装置 23，例如汽车底盘，从而能够便捷地将所述房屋建造单元从施工工况转变为行走工况。

在实际施工中，以住宅标准单元为例，首先要设计好住宅结构的梁柱布局，考虑方便施工的要求和以后自由分割满足居住功能的要求。然后测定负载的荷载分布，并结合梁柱布局将整个建筑施工平面进行分区。并根据该分区，安放多个所述房屋建造单元。并且在相邻的房屋建造单元之间可以设置供物料运输的吊车梁和供料流水线。根据本发明房屋建造机包括至少一个上述房屋建造单元。并且为了在房屋建造过程中协调控制多个房屋建造单元的顶升机构，根据本发明的房屋建造机还包括顶升控制系统。所述顶升控制系统包括一个或多个液压伺服泵站、多个位移检测装置、多个千斤顶加载力测量装置、多个电气控制子站、主控电气系统。

对所述至少一个房屋建造单元的千斤顶进行分组和分环路，从而所述顶升控制系统能够对这些千斤顶进行分组和分环路控制，实现其同步顶升工作。优选地，对应于每个房屋建造单元设置一个液压伺服泵站。每个液压伺服泵站包括多台液压泵，每台液压泵向一个或多个千斤顶供油。

位移检测装置包括位移传感器，用来实时测量千斤顶的顶升位移量，并将相应的位移电信号传递给电气控制子站。

千斤顶加载力测量装置，其包括压力传感器，通过压力传感器能精确的测得液压油缸中的油压，从而可以得到负载的准确吨位。

可选地，本发明利用变频调速电机控制油泵，依靠调节供电的频率，来改变电机转速，达到使油泵的流量连续可调的目的，配以适当的电控和检测反馈系统，组成压力和位移闭环控制，就可以精确控制各油缸在升降时同步和称重过程中负载均衡。

优选地，本发明中的液压泵采用阀配流形式的柱塞泵。泵站上可以安装有平衡均载阀，可靠的保证油缸在顶升和降落时都处于进油调速控制，避免系统在升降切换时由于压力冲击对负载结构的影响，同时此阀可无泄漏的锁住油缸，在意外停电时能保证油缸不会自由下滑，使油缸所承负载不会处于失控境地，另外此控制阀还具备过载卸荷功能。

电气控制子站可以对其所对应的液压伺服泵站发送控制信号，从而控制相应的顶升机构的顶升。主控电气系统对多个电气控制子站进行协调控制，从而控制整个房屋建造机的生产。

下面详细描述顶升机构的调试校准操作。

首先确定负载的荷载分布，根据荷载分布安放千斤顶。其中根据负载的面积，确定荷载的大致分布图，将整个建筑物进行分区。然后安放千斤顶，将千斤顶固定在本设备的承重结构系统上。并可以选择性地在一部分或全部的千斤顶上安放位移传感器。优选地将四点的位移传感器检测装置安放位于负载四角的千斤顶上。安放电气控制子站和主控电气系统，建立总线通讯。

第二步是在顶升平台上放置调试重物，对顶升机构进行预加载，确定整体的施工高程基准面。由于地面及负载的受力支座的基准面不一致，所以在每次顶升前，需确定建立整体的基准面。根据负载的总力预计的分布情况，设定每个千斤顶的预加载力。启动液压伺服泵站，根据设定的每个千斤顶的预加载力，对千斤顶进行预加载。达到预定的预加载力时，控制液压伺服泵站停止向千斤顶供油，从而找出并建立整体基准面。

在进行上述第二步的同时可以对调试重物进行称重。将负载同步顶升一定距离，例如 4mm。根据来自千斤顶加载力测量装置的千斤顶的力数据，计算出负载的重心，以及负载的力分布情况，为下一步整体顶升做准备。

在施工过程中进行顶升操作时，优选地，控制千斤顶进行分次顶升，例如每次顶升 120mm，每次顶升本设备的承重结构系统平台即刻跟进爬升，实现协同作业，然后千斤顶再次顶升，循环往复直至累进顶升建筑的一个层高，例如 3 米。在使负载升高 120mm 的过程中，保持整个顶升过程测量点的位置误差 < 0.25mm , 一旦位置误差 > 0.25mm 或任何一液压缸的压力误差 > 5%立即关闭系统以确保负载的安全。经过多次顶升直至负载升高 3 米。

在顶升过程中，各缸的压力传感器和位移传感器将负荷和位移信号送至可编程控制器。根据操纵台发来的操作指令，驱动变频机组，输出压力油使相应油缸运动。可编程控制器根椐检测到的压力和位移信号，不断修正运动误差，保持各缸负载同步均衡。例如，核心控制装置可以是西门子 S7-300 系列，一台工控机通过 PC 接口与 PROFIBUS 工业总线相连，以监控、显示各项顶升缸的受力参数，并可记录整个顶升过程，在 PROFIBUS 总线上，还挂有多个子系统，每个子系统均由 CPU S7-200组成。这些子系统均由 S7-300 控制，因此协调一致，由于釆用了工业总线机构，因此系统可靠性很高，系统安装了 UPS 电源，即使意外断电，也可确保数据和工程的安全。

本技术领域中那些熟练人员应该明白的是，根据设计需要和其它因素，可以进行各种修改、组合、分组合以及替代，它们均落入所附权利要求的范围或者其等效范围之内。

Claims

1、一种钢筋混凝土建筑物的主体工程施工方法，包括以下步骤：

a) 在已完工的永久基础的地表层上（1)设置至少一个顶升平台（22)和多个顶升机构（21) ；

b )在所述顶升机构（ 21 )及顶升平台（ 22 )上施工顶层框架； c)依靠顶升机构（21)对所述顶层框架实施顶升；

d )利用支撑装置支撑被顶升的顶层框架，然后顶升机构（ 21 ) 下降复位，在原来位置的顶升机构（21)及顶升平台（22) 上施工次高层框架，同时完成顶层框架与次高层框架之间的永久连接； e)依靠顶升机构（21)对所述顶层框架及次高层框架实施顶升；

重复步骤 d)和 e)对次高层以下各层进行施工和顶升，直至完成地面一层框架的施工，从而完成从最高层到地面一层的逆向逐层施工。

2、根据权利要求 1 所述的钢筋混凝土建筑物的主体工程施工方法，其特征在于：

所述步骤 b) 包括在所述顶升机构（21) 和顶升平台（22) 之间施工顶层竖向构件（3) ，在所述顶升平台（22)上施工屋面板（4) ，形成顶层框架；

所述步骤 c) 包括顶升机构（21) 支承顶升平台（22) 及其上的顶层框架，将已经形成的顶层框架顶升一个层高，空出次高层的施工位置；

所述步骤 d )包括将次高层竖向构件（ 5 )作为所述支撑装置，在所述顶升机构（21)之间施工所述次高层竖向构件（5) ，在所述次高层竖向构件（5)与顶层竖向构件（3)之间形成固定连接; 然后顶升平台（22 ) 下降复位，在顶升平台（22 ) 上施工顶层楼板（7 ) ，形成次高层框架；

所述方法还包括在第一层竖向构件上完成第一层框架之后，将第一层竖向构件与永久基础进行锚固。

3、根据权利要求 1 所述的钢筋混凝土建筑物的主体工程施工方法，其特征在于，所述步骤 a )还包括确定建筑的荷载分布，根据荷载分布分区安放顶升机构和顶升平台。

4、根据权利要求 1 所述的钢筋混凝土建筑物的主体工程施工方法，其特征在于，在步骤 a )和 b )之间进行对顶升机构及顶升平台的调试校准操作，所述调试校准操作包括以下步骤：

在顶升平台（22 ) 上放置调试重物，对顶升机构（21 ) 进行预加载，确定整体的施工高程基准面，同时对调试重物进行称重，计算出由调试重物和顶升平台组成的负载的重心，以及该负载的力分布情况，为进行施工中的顶升操作做准备。

5、根据权利要求 1 所述的钢筋混凝土建筑物的主体工程施工方法，其特征在于，在步骤 c )和 e ) 中控制顶升机构进行分次顶升，直到到达所需的顶升高度。

6、根据权利要求 5 所述的钢筋混凝土建筑物的主体工程施工方法，其特征在于，每次顶升 120mm。

7、根据权利要求 6 所述的钢筋混凝土建筑物的主体工程施工方法，其特征在于，每次顶升时使测量点的位置误差不超过 0.25mm , 一旦位置误差 > 0.25mm 或任何一个顶升机构的液压缸压力误差 > 5%立即停止顶升以确保安全。

8、一种房屋建造机，所述房屋建造机位于地面上，并且所述房屋建造机包括：

至少一个房屋建造单元，每个房屋建造单元包括一个顶升平台（ 22 )和在该顶升平台（ 22 )下面安装固定的多个顶升机构（ 21 ) , 所述至少一个房屋建造单元协同工作，同步顶升要建造房屋的同一层框架；以及

顶升控制系统，所述顶升控制系统包括一个或多个液压伺服泵站、多个位移检测装置、多个千斤顶加载力测量装置、多个电气控制子站、主控电气系统，对所述至少一个房屋建造单元的顶升机构进行分组和分环路控制，实现其同步顶升工作。

9、如权利要求 8 所述的房屋建造机，其特征在于，所述顶升机构（21 ) 包括千斤顶（33 ) 。

10、如权利要求 8所述的房屋建造机，其特征在于，所述顶升机构（21 )还包括至少一个可伸缩套筒，每个所述千斤顶位于一个所述可伸缩套筒内，并且千斤顶的基部固定在可伸缩套筒的下部筒上，所述可伸缩套筒的内外筒能够相互锁定。

11、如权利要求 8所述的房屋建造机，其特征在于，所述房屋建造单元还包括行走装置（23 ) ，从而能够便捷地将所述房屋建造单元从施工工况转变为行走工况。