尚建功

杭州來(lái)福士廣場(chǎng)位于杭州市江干區(qū)錢(qián)塘江北岸，錢(qián)江新城核心區(qū)（CBD）未來(lái)中央商務(wù)圈E-02地塊。東南面臨富春路，西南面隔新業(yè)路比鄰杭州市民中心、杭州大劇院及杭州國(guó)際會(huì)議中心，是文化與商業(yè)軸線(xiàn)的交匯點(diǎn)，未來(lái)錢(qián)江新城的城市新地標(biāo)。項(xiàng)目總建筑面積395013.5m2，由地上部分的裙房商場(chǎng)、兩棟250m高辦公（酒店）塔樓、地下一層商場(chǎng)及地下二、三層汽車(chē)庫(kù)和輔助用房所組成。

杭州來(lái)福士廣場(chǎng)整合了都市與自然的關(guān)系，以現(xiàn)代美學(xué)的表現(xiàn)手法，在刻畫(huà)其恢宏有力建筑形態(tài)的同時(shí)，雕刻出極具視覺(jué)沖擊力的兩幢姊妹塔樓：回轉(zhuǎn)自如的曲線(xiàn)形態(tài)，優(yōu)美而流暢的天際線(xiàn)，兩塔樓造型各具特色，相互呼應(yīng)又缺一不可，充分體現(xiàn)了歷史悠久的中國(guó)著名旅游城市杭州的兩大風(fēng)景名勝—以大涌潮聞名的錢(qián)塘江、秀美西湖的特質(zhì)。建筑設(shè)計(jì)理念源于舉世聞名的自然景觀(guān)—錢(qián)江潮，中秋時(shí)分的錢(qián)塘江，潮起、潮涌，氣勢(shì)磅礴，呈現(xiàn)出雄偉、壯麗的自然奇觀(guān)，涌潮現(xiàn)象的優(yōu)美曲線(xiàn)及層層相疊的自然形態(tài)，給人無(wú)限的遐想。

一、樁土協(xié)同的承壓水控制技術(shù)

1.技術(shù)背景與難點(diǎn)

工程塔樓深坑坑底標(biāo)高為-24～-25m，經(jīng)基坑底抗?jié)B流驗(yàn)算，深坑施工過(guò)程中需考慮承壓水可能突涌的影響。根據(jù)深基坑施工工程經(jīng)驗(yàn)，此類(lèi)問(wèn)題通?？梢圆捎弥顾畤o(hù)結(jié)構(gòu)全部或部分隔斷承壓含水層、盡量切斷或減小基坑內(nèi)外水力聯(lián)系，結(jié)合深井降水措施降低承壓水水頭至安全高度的方法予以解決。

若采取用地下連續(xù)墻隔斷承壓水的方案，地下連續(xù)墻深度達(dá)到70m，相對(duì)局部深坑面積不大，單位造價(jià)過(guò)高；若部分隔斷或不隔斷承壓水，根據(jù)周邊工程經(jīng)驗(yàn)，要將承壓水持續(xù)穩(wěn)定降深至安全水頭高度難度很大。為確保基坑施工安全，我們創(chuàng)新的研發(fā)并采用了樁土協(xié)同的承壓水控制技術(shù)，解決了這一施工難題。

2.技術(shù)創(chuàng)新內(nèi)容

針對(duì)該承壓水控制問(wèn)題，提出了在塔樓深坑周邊的止水帷幕和被動(dòng)區(qū)采用二重管高壓旋噴樁加固土體，使落深坑以下5m的土體形成整體，與工程裙樁緊密咬合，充分利用工程樁的抗拔能力及工程樁與高壓旋噴樁間的摩阻力，形成協(xié)同受力體系，共同抵抗承壓水的技術(shù)路線(xiàn)。

同時(shí)對(duì)高壓旋噴樁施工的點(diǎn)位進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，保證高壓旋噴樁連續(xù)施工，且與已有工程樁緊密結(jié)合，形成整體穩(wěn)定的協(xié)同受力體系。

同時(shí)輔以?xún)?yōu)化的分塊限時(shí)基坑挖土與底板分塊施工流程，減少坑底的暴露時(shí)間。以經(jīng)濟(jì)高效的方式順利安全地完成了按部位的基坑施工，確保了基坑的安全。

高壓旋噴樁與工程樁緊密咬合

3.實(shí)施效果

塔樓深坑坑底土層為粘土經(jīng)過(guò)高壓旋噴樁加固處理后，整個(gè)坑底土層整體性提高，與工程樁的握裹力增強(qiáng)，有效形成了樁土協(xié)同受力、共同抵抗承壓水水頭的共同受力體。同時(shí)，在挖土及底板施工過(guò)程中通過(guò)合理安排施工流程，盡快形成了結(jié)構(gòu)底板，順利實(shí)現(xiàn)工程預(yù)期效果。

二、扭轉(zhuǎn)變平面超高層施工控制技術(shù)

1.技術(shù)背景與難點(diǎn)

本工程塔樓以回轉(zhuǎn)自如的曲線(xiàn)形態(tài)，刻畫(huà)其恢宏有力建筑形態(tài)的同時(shí)，雕刻出極具視覺(jué)沖擊力的兩幢姊妹塔樓。為表現(xiàn)扭轉(zhuǎn)多變的建筑立面，塔樓外框鋼管柱造型獨(dú)特，呈傾斜變斜率上升態(tài)勢(shì)，且每根鋼管柱傾角各不相同，最大傾角達(dá)到70度。

塔樓外框施工過(guò)程中，塔樓的鋼管柱被拆分為單根異形鋼管構(gòu)件，這些異形構(gòu)件在同一樓層內(nèi)不同位置、同一位置不同樓層均斜率、傾角各不相同。為確保形成優(yōu)美的建筑立面，需確保鋼管柱精確就位、可靠連接、合理施焊，最終滿(mǎn)足構(gòu)件安裝偏差及變形量均在允許范圍內(nèi)，不影響外立面幕墻的安裝。傾斜鋼管柱定位相比普通垂直鋼管柱定位多兩個(gè)自由度，且粗就位后的精確就位調(diào)整難度極大；相比規(guī)則的建筑平面，不規(guī)則建筑平面的鋼構(gòu)件安裝、施焊順序也應(yīng)特別研究，以確保安裝殘余應(yīng)力在允許范圍內(nèi)。

2.技術(shù)創(chuàng)新內(nèi)容

傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)工程施工控制主要從構(gòu)件加工精度控制、構(gòu)件安裝精度控制和焊接變形控制三個(gè)方面來(lái)，本項(xiàng)目中鋼結(jié)構(gòu)施工控制問(wèn)題的研究依然從這三個(gè)施工階段入手，在每個(gè)階段都引入了創(chuàng)新的控制或者施工手段來(lái)進(jìn)一步提高異形構(gòu)件的精度水平。

（1）模擬預(yù)拼裝

鋼構(gòu)件加工精度作為工程異形框架實(shí)體精度控制的第一步，需要采取先進(jìn)的手段予以事前控制。考慮到異形框架預(yù)拼裝的難度及效率，課題組經(jīng)研究采用計(jì)算機(jī)模擬預(yù)拼裝的方式對(duì)構(gòu)件精度進(jìn)行檢查、修改。

首先，確定實(shí)體構(gòu)件的測(cè)量控制點(diǎn)，并對(duì)測(cè)量控制點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

其次，對(duì)測(cè)量控制點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，形成實(shí)體構(gòu)件模型，并與原設(shè)計(jì)模型進(jìn)行比較。

最后，發(fā)現(xiàn)偏差，進(jìn)行修改。

（2）三維空間構(gòu)件三點(diǎn)定位法

異形鋼管柱制作時(shí)，在每節(jié)鋼柱的頂部和底部以樣沖眼標(biāo)定鋼柱安裝方向，以粗略控制立柱水平面旋轉(zhuǎn)自由度。在鋼管柱頂部的牛腿、柱本體設(shè)置三個(gè)三維測(cè)量控制點(diǎn)，并給定控制坐標(biāo)，粗就位后利用三點(diǎn)坐標(biāo)精確調(diào)整立柱水平面旋轉(zhuǎn)自由度和豎直面轉(zhuǎn)動(dòng)自由度方向上的偏差，最終完成鋼構(gòu)件的精確就位。

（3）異形框架施焊順序研究

外框架梁平面施焊順序與形成整體后的結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力密切相關(guān)，對(duì)于異形外框架梁的施焊順序必須針對(duì)具體結(jié)構(gòu)平面布置制定專(zhuān)屬的焊接方案。課題組經(jīng)研究分析，在確定“圍繞中心部位對(duì)稱(chēng)焊接，避免集中于一處施焊”原則的基礎(chǔ)上，制定了平面施焊順序方案。

立面上采取先焊上層梁接頭，再焊下層梁接頭，其次焊接柱間接頭，最后焊接中層梁（三層一節(jié)）的焊接順序。

3.實(shí)施效果

通過(guò)從構(gòu)件加工精度控制、構(gòu)件安裝精度控制和焊接變形控制三個(gè)方面引入創(chuàng)新性的施工控制方法，為扭轉(zhuǎn)變平面超高層外框柱的施工控制提出了一個(gè)行之有效的技術(shù)思路。經(jīng)工程項(xiàng)目驗(yàn)證，該系列施工控制方法行之有效，可以在后續(xù)建筑立面造型復(fù)雜的超高層建筑中推廣應(yīng)用。

三、逆向施工加載條件下的懸掛結(jié)構(gòu)施工控制技術(shù)

1.技術(shù)背景與難點(diǎn)

本工程塔樓建筑線(xiàn)條多變，在兩棟塔樓位于裙房?jī)?nèi)中庭的上空各有一異形懸掛結(jié)構(gòu)，因此在施工過(guò)程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)，有必要結(jié)合相應(yīng)的施工控制技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)，對(duì)懸掛結(jié)構(gòu)整體施工工藝、變形控制技術(shù)、受力體系轉(zhuǎn)換、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)等各方面進(jìn)行深入研究，以確保工程安全、順利地實(shí)施。

針對(duì)異形懸掛體系及與塔樓獨(dú)特造型的相互關(guān)系與施工工況影響，在綜合比較了順做與逆作法施工的優(yōu)劣后，綜合選定逆向施工法進(jìn)行該部位的施工。逆向施工法，即為施工階段結(jié)構(gòu)受力方向與正常使用階段受力方向相反的施工方法，其核心技術(shù)涉及受力體系轉(zhuǎn)換及變形方向轉(zhuǎn)換條件下的應(yīng)力與應(yīng)變控制技術(shù)。

懸掛結(jié)構(gòu)附著于主樓之上，懸掛鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部各構(gòu)件之間相互作用復(fù)雜，且與主樓混凝土結(jié)構(gòu)組合受力，使懸掛鋼與混凝土結(jié)構(gòu)之間變形協(xié)調(diào)并在最終狀態(tài)保持結(jié)構(gòu)水平是本工程施工控制技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)。

懸掛結(jié)構(gòu)示意圖

2.技術(shù)創(chuàng)新內(nèi)容

在建筑工程中類(lèi)似于該體系的異型懸掛結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)非常少見(jiàn)，整個(gè)倒掛結(jié)構(gòu)外觀(guān)造型呈下端大上端小傾斜狀布置，最大懸挑距離13.3m?？傮w施工工藝的確定直接影響到結(jié)構(gòu)施工順序、機(jī)械設(shè)備的選擇以及預(yù)變形及施工控制等技術(shù)的實(shí)施。最終課題組選擇了逆向施工加載條件下采用預(yù)變形方法施工的施工工藝，創(chuàng)新性的引入臨時(shí)自承力桁架支撐結(jié)構(gòu)。即先施工下兩層懸掛結(jié)構(gòu)鋼梁，利用下兩層懸掛結(jié)構(gòu)鋼梁自身添加臨時(shí)桿件組成臨時(shí)桁架式懸挑支撐，然后逐層向上施工，待懸掛體系與主樓結(jié)構(gòu)固接后再將臨時(shí)桿件拆除，恢復(fù)原有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

懸掛結(jié)構(gòu)附著于已經(jīng)施工完成的主樓上，為確保懸掛結(jié)構(gòu)自身施工精度以及與主樓變形的協(xié)調(diào)，課題組引入施工控制技術(shù)，結(jié)合有限元全過(guò)程仿真分析技術(shù)，對(duì)懸掛結(jié)構(gòu)預(yù)變形進(jìn)行了精確分析，確保完工后結(jié)構(gòu)受力與變形均符合設(shè)計(jì)預(yù)期。

3.實(shí)施效果

本項(xiàng)目異形懸掛體系巧妙的采用逆序施工方案，及利用懸掛結(jié)構(gòu)自身形成支撐系統(tǒng)，順利解決了鋼結(jié)構(gòu)施工垂直運(yùn)輸、吊裝和不能搭設(shè)重型臨時(shí)支撐的難題。懸掛結(jié)構(gòu)施工引入了施工控制技術(shù)，在施工前根據(jù)方案進(jìn)行了全過(guò)程仿真分析，對(duì)結(jié)構(gòu)變形和受力情況進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果制定了具有針對(duì)性的措施，為懸掛結(jié)構(gòu)質(zhì)量和安全控制提供了技術(shù)保證。實(shí)施后的測(cè)量復(fù)核證實(shí)，懸掛結(jié)構(gòu)的變形量完全滿(mǎn)足幕墻板塊安裝的精度要求。

四、連續(xù)變曲率面外圍護(hù)殼體的一體化設(shè)計(jì)優(yōu)化與施工技術(shù)

1.技術(shù)背景與難點(diǎn)

本工程裙房外立面原設(shè)計(jì)為連續(xù)變曲率曲面殼體，兼有圍護(hù)、防水、保溫功能，曲面殼體面積約為5000m2，外覆三維造型鋁板。

曲面殼體位置示意圖

該殼體結(jié)構(gòu)為四塊三維連續(xù)變曲率曲面，單塊變曲率曲面長(zhǎng)度約為80m，高度約為10～20m，每塊曲面殼體由南北裙房端部沿兩側(cè)向中庭區(qū)域變曲率延伸，曲率漸變至殼體與塔樓連接處達(dá)到極值。

曲面混凝土殼體表面為三維造型鋁板，造型鋁板基礎(chǔ)埋件為側(cè)埋式埋件，且埋件的準(zhǔn)確性直接影響三維造型鋁板裝飾線(xiàn)條的整齊程度。故該三維造型鋁板對(duì)基底的曲面混凝土殼體的偏差度要求較高。基于現(xiàn)有混凝土模板技術(shù)水平的限制，變曲率曲面混凝土殼體的施工難度極大。

曲面外圍護(hù)殼體的防水也是一大難點(diǎn)，主要原因在于防水選型會(huì)遇到三個(gè)普通外圍護(hù)結(jié)構(gòu)不會(huì)遇到的新問(wèn)題。

（1）曲面外圍護(hù)殼體的結(jié)構(gòu)迎水面極不平整，主結(jié)構(gòu)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)間存在大量陰角，且施工高度高、施工腳手搭設(shè)困難，防水施工難以確保質(zhì)量，陰角處將成為滲漏水隱患點(diǎn)。

（2）基于結(jié)構(gòu)受力的考慮，主結(jié)構(gòu)與外圍護(hù)殼體結(jié)構(gòu)分階段施工，存在大量施工縫，從防滲漏水的角度來(lái)說(shuō)，外圍護(hù)殼體結(jié)構(gòu)實(shí)際處于支離破碎的狀態(tài)，當(dāng)建筑主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)差異沉降、冷熱交替引起的變形時(shí)，施工縫將會(huì)被拉裂而形成滲漏水隱患點(diǎn)。

（3）外覆三維造型鋁板總計(jì)有近2000個(gè)基礎(chǔ)埋件與曲面外圍護(hù)殼體預(yù)埋連接，所有刺穿防水層位置均為滲漏水隱患點(diǎn)。

基于以上難點(diǎn)，如何確保連續(xù)變曲率曲面外圍護(hù)殼體既能滿(mǎn)足外覆三維造型鋁板安裝精度的要求，又同時(shí)確保其實(shí)現(xiàn)外圍護(hù)、防水的建筑功能，成為項(xiàng)目成敗的一大關(guān)鍵點(diǎn)。

2.技術(shù)創(chuàng)新內(nèi)容

連續(xù)變曲率曲面混凝土殼體施工定位難度極大，限于模板工藝原因，施工偏差控制較難，經(jīng)研究，確定對(duì)原建筑方案進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，優(yōu)化技術(shù)路線(xiàn)為：采用矩形平面模擬連續(xù)變曲率曲面，化曲面混凝土結(jié)構(gòu)為矩形折面混凝土結(jié)構(gòu)。模擬優(yōu)化的原則為：確保外覆三維造型鋁板的基礎(chǔ)埋件中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的混凝土殼體表面的坐標(biāo)在不影響外覆三維造型鋁板的前提下進(jìn)行微調(diào)，將變曲率曲面優(yōu)化為矩形平面；曲率較大處采用三角形平面代替矩形平面模擬變曲率曲面。

針對(duì)防水選型的問(wèn)題，課題組認(rèn)為針對(duì)該復(fù)雜結(jié)構(gòu)選型的防水材料性能選擇應(yīng)當(dāng)考慮以下幾點(diǎn)：

（1）傳統(tǒng)的卷材鋪貼、涂刷的防水層不適合迎水面結(jié)構(gòu)不平整、施工作業(yè)條件惡劣的工程，應(yīng)采用噴涂式防水。

（2）柔性防水，具有良好的斷裂延伸率及低溫彎折性。斷裂延伸率應(yīng)在400%以上，低溫彎折無(wú)裂縫。

（3）施工搭接處防水應(yīng)可靠，盡量做到無(wú)縫搭接，確保整個(gè)裙房屋面防水層是一個(gè)完整的整體。

據(jù)此，我們選用了一種雙組份機(jī)械噴涂的防水涂料，并在三維造型鋁板基礎(chǔ)埋件及外圍護(hù)殼體陰角處進(jìn)行特殊防水處理，完美地解決了上述問(wèn)題。

3.實(shí)施效果

采用平面模擬連續(xù)變曲率曲面外圍護(hù)殼體的解決方案不僅在BIM模型中具有可行性，在實(shí)際項(xiàng)目建造中也被證明是可行的，外圍護(hù)殼體的實(shí)際最大偏差量?jī)H為15mm，完全處于外覆三維造型鋁板轉(zhuǎn)接件可以吸收的誤差范圍內(nèi)，同時(shí)噴涂防水涂料與結(jié)構(gòu)外表面緊密貼合，防水效果良好。