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        超高層建筑內(nèi)筒外框上下錯層同步施工技術(shù)

        2021-10-15 10:56:10孫祖根
        建筑施工 2021年5期
        關(guān)鍵詞:混凝土結(jié)構(gòu)施工

        孫祖根

        上海建工七建集團(tuán)有限公司 上海 200050

        1 工程概況

        1.1 建筑概況

        綠地中心·杭州之門項目(圖1)位于浙江省蕭山區(qū)錢江世紀(jì)城,規(guī)劃為集綜合商務(wù)辦公樓、五星級酒店及精品商業(yè)等功能為一體的綜合大型項目。

        圖1 綠地中心·杭州之門項目效果圖

        本項目的用地面積約為77 572 m2,總建筑面積約為513 226 m2。塔樓上部結(jié)構(gòu)63層,建筑高度達(dá)302.6 m,項目落成后將以流暢的線條、獨特的造型成為杭州地標(biāo)群中重要的組成部分,成為杭州市天際頂點。

        1.2 結(jié)構(gòu)概況

        本工程東、西塔樓均采用“鋼骨混凝土柱+鋼筋混凝土梁板+鋼筋混凝土核心筒”的框架-核心筒結(jié)構(gòu)形式,核心筒為鋼筋混凝土剪力墻,整體呈“八邊形”,外框為18根混凝土勁性鋼骨巨柱及鋼筋混凝土梁板,塔樓截面呈橢圓形,隨著高度不斷收進(jìn)變化,標(biāo)準(zhǔn)層層高4.2 m。

        2 施工難點分析

        1)施工工期緊。本工程作為杭州市地標(biāo)性建筑、浙江省重點工程以及2022年杭州亞運(yùn)會配套項目,必須在亞運(yùn)會開幕前完成工程竣工,因此,工期十分緊張。

        2)工程體量大、施工工期長。作為杭州市的天際頂點,工程體量大,復(fù)雜程度不同于一般的建筑工程,在施工安全、質(zhì)量控制、工程進(jìn)度、大型機(jī)械設(shè)備布置、材料周轉(zhuǎn)倒運(yùn)等各個方面均是一次考驗。

        3)建筑外形不規(guī)則、造型多變。本工程東、西塔樓均呈不規(guī)則橢圓形,建筑形態(tài)隨著高度不斷收進(jìn)變化,傳統(tǒng)的爬架設(shè)計難以滿足施工生產(chǎn)及安全防護(hù)要求。

        3 設(shè)計思路

        如何在保證安全可靠的前提下,高速高效地進(jìn)行超高層建筑施工,一直是超高層建筑的一項研究課題。其中“鋼骨混凝土柱+鋼筋混凝土梁板+鋼筋混凝土核心筒”的框架-核心筒結(jié)構(gòu),由于外框梁板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),不適合核心筒先行4~5層的施工工藝,因此,通常采用傳統(tǒng)的同層施工。

        傳統(tǒng)的同層施工工藝在超大體量的超高層建筑施工中,存在如下弊端:

        1)塔吊的利用率不高??紤]到需要塔吊完成垂直運(yùn)輸?shù)膶嵨锪烤薮?,且在實際施工中,塔吊吊運(yùn)效率隨高度的增加而折減,單臺塔吊的理論吊次無法滿足實際需求,需要至少布置2臺大型塔吊。超過200 m的超高層建筑,采用附著式塔吊需要配備大量的附著桿件及錨固件,因此通常采用內(nèi)爬式塔吊。內(nèi)爬式塔吊的工作荷載很大,布置在核心筒外將不利于核心筒受力,應(yīng)盡可能放置于核心筒內(nèi),以減小核心筒的負(fù)荷。受核心筒面積限制,核心筒內(nèi)布置2臺大型塔吊時,塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的安全距離較小,塔吊回轉(zhuǎn)吊裝活動將在很大程度上相互干涉,塔吊的利用率不高,在安全生產(chǎn)或是經(jīng)濟(jì)效益上都不甚滿意。

        2)模板體系不適用。采用同層施工工藝時,模板排架需散裝散拆,再經(jīng)卸料平臺向上倒運(yùn),施工速度慢,材料周轉(zhuǎn)量及損耗大,人工投入高,且占用較多塔吊資源。同時,混凝土表面質(zhì)量難以保證,垂直度控制難度大,因此不適用于超大體量的超高層建筑。

        為避免以上弊端,在傳統(tǒng)施工方式的基礎(chǔ)上,借鑒“鋼框架-核心筒結(jié)構(gòu)”核心筒先行的施工工藝,引入鋼柱筒架交替支撐式液壓爬升整體鋼平臺模架、可變單元式液壓提升操作防護(hù)屏、承插型盤扣式鋼管模板支架,結(jié)合獨立支撐早拆體系等先進(jìn)施工技術(shù),形成高效的工具化流水線超高層施工工藝,最終經(jīng)過現(xiàn)場操作驗證,形成了新型施工工藝——超高層內(nèi)筒外框上下錯層同步施工技術(shù),在確保高空作業(yè)施工安全的前提下,將標(biāo)準(zhǔn)層施工周期由7 d一層縮短為5 d一層,顯著地提高了施工效率,縮短了施工工期。

        4 施工部署概述

        4.1 同步錯層施工開始時間節(jié)點

        本工程自核心筒3層、外框2層以上開始采用內(nèi)筒外框上下錯層同步施工工藝。核心筒豎向結(jié)構(gòu)采用鋼柱筒架交替支撐式液壓爬升整體鋼平臺模架(以下簡稱鋼平臺)+整體式鋼模板(以下簡稱鋼大模)進(jìn)行施工,外框結(jié)構(gòu)施工采用承插型盤扣式鋼管模板支架結(jié)合獨立支撐早拆體系,外框外立面防護(hù)設(shè)施采用可變單元式液壓提升操作防護(hù)屏(以下簡稱防護(hù)屏),在外框3層結(jié)構(gòu)施工完成后進(jìn)行安裝,如圖2所示。

        圖2 內(nèi)筒外框上下錯層同步施工剖面布置示意

        4.2 鋼平臺概述

        核心筒豎向結(jié)構(gòu)施工引入鋼平臺的目的是在塔頂創(chuàng)造出一個高空堆場,充分提高塔吊的利用率,從而節(jié)省了1臺塔吊。

        此外,在鋼平臺內(nèi)安裝設(shè)置鋼大模,隨鋼平臺逐層爬升施工,有效保證了核心筒混凝土的垂直度和平整度,省去了模板排架材料反復(fù)搭拆、倒運(yùn)的過程。在鋼平臺頂部布置1臺超長臂長固定式布料機(jī)及1臺移動式布料機(jī),實現(xiàn)混凝土澆筑全覆蓋的路徑規(guī)劃。

        鋼平臺模架體系主要包括五大系統(tǒng),分別為鋼平臺系統(tǒng)、吊腳手架系統(tǒng)、筒架支撐系統(tǒng)、鋼柱爬升系統(tǒng)、模板系統(tǒng),在核心筒3層結(jié)構(gòu)施工完成后進(jìn)行安裝,能實現(xiàn)鋼筋綁扎、模板安拆、混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)等流水施工,具有操作簡單、施工安全性高、混凝土成形效果好、施工效率高等優(yōu)點[1-2]。

        4.3 外框結(jié)構(gòu)施工模板支架體系概述

        由于外框結(jié)構(gòu)在工程量方面不亞于核心筒結(jié)構(gòu),且核心筒引入了鋼平臺模架體系,施工周期短,故為保證內(nèi)筒外框上下錯層能夠同步施工,使外框施工進(jìn)度能層層匹配跟進(jìn)核心筒施工,引入了承插型盤扣式鋼管模板支架結(jié)合獨立支撐早拆體系。

        該模板支架早拆體系便于模板支架快速地搭建和拆卸,能有效縮短結(jié)構(gòu)施工周期:

        1)減少了一半的鋼管材料使用量,可以人工向上傳遞材料,減少塔吊吊次,加快材料倒運(yùn)速度。

        2)結(jié)合獨立支撐早拆體系,原先需配備3套模板排架,現(xiàn)在僅需配備2套,降低了工程成本。

        3)能夠保證模板平整、不漏漿,利于樓板面標(biāo)高控制、樓板平整度控制,有效控制現(xiàn)澆混凝土樓板質(zhì)量。

        4)盤扣架與木工字梁本身的高承載力,也提高了模板支架的安全性。

        4.4 防護(hù)屏概述

        根據(jù)本工程上部結(jié)構(gòu)平面形狀層層變化的特殊性,外防護(hù)設(shè)施爬升、周轉(zhuǎn)材料運(yùn)輸和立體作業(yè)安全管理等必須考慮層高和平面形狀的制約。鑒于上述原因,外框外立面防護(hù)設(shè)施采用可變單元式液壓提升操作防護(hù)屏,在外框3層結(jié)構(gòu)施工完成后進(jìn)行安裝,提供了外框外立面臨邊防護(hù)及施工操作平臺,解決了平面形式為橢圓形且層層變化的超高層主體結(jié)構(gòu)施工防護(hù)技術(shù)難題[3],如圖3所示。

        圖3 防護(hù)屏剖面布置示意(標(biāo)準(zhǔn)層)

        5 內(nèi)筒外框上下錯層同步施工工藝

        5.1 標(biāo)準(zhǔn)層施工流程

        1)初始狀態(tài):外框混凝土施工至n層,剪力墻混凝土施工至n+1層,外框及核心筒混凝土處于養(yǎng)護(hù)階段,鋼平臺位于剛澆筑完成的n+1層核心筒混凝土頂面,防護(hù)屏防護(hù)高度高于n層外框混凝土6 m。

        2)混凝土初凝后進(jìn)行外框梁板測量放線,核心筒鋼大模退模,勁性鋼骨柱吊裝。

        3)混凝土強(qiáng)度達(dá)到10 MPa后,鋼平臺爬升,鋼管模板進(jìn)行翻運(yùn)。

        4)鋼平臺牛腿支撐,鋼柱回升,核心筒鋼筋吊運(yùn)至鋼平臺操作面。

        5)核心筒剪力墻、連梁鋼筋綁扎,外框同步排架由外向內(nèi)搭設(shè),勁性鋼骨柱柱筋綁扎。

        6)外框混凝土強(qiáng)度達(dá)到15 MPa,整體提升式防護(hù)腳手架爬升。

        7)核心筒各項施工措施、預(yù)埋件安裝,外框同步排架模板鋪設(shè)。

        8)核心筒隱蔽驗收完成,鋼大模提升合模,外框同步梁板鋼筋綁扎。

        9)機(jī)電安裝、鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋及隱蔽驗收完成。

        10)模板排架驗收及混凝土泵管布置。

        11)混凝土澆搗養(yǎng)護(hù)。

        5.2 非標(biāo)準(zhǔn)層施工流程

        當(dāng)整體鋼平臺模架遇到結(jié)構(gòu)層高為非標(biāo)準(zhǔn)層高時,由于工具式鋼柱高度的限制,對于層高較大的樓層,鋼平臺無法一次提升到位,因此,可采用分次提升、分次施工的方法來解決非標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)施工的問題。施工時,根據(jù)非標(biāo)準(zhǔn)層的高度進(jìn)行合理劃分,在分次施工過程中,鋼平臺按照劃分層爬升相應(yīng)高度,隨后按照標(biāo)準(zhǔn)層施工方法進(jìn)行相應(yīng)高度的混凝土結(jié)構(gòu)施工。

        以本項目6.00 m層高為例,可分2次完成6.00 m層高的結(jié)構(gòu)施工。第1次鋼平臺爬升4 200 mm,導(dǎo)軌立柱提升4 200 mm,按照標(biāo)準(zhǔn)層施工方法進(jìn)行4 200 mm高的混凝土結(jié)構(gòu)施工;第2次鋼平臺爬升1 800 mm,導(dǎo)軌立柱提升1 800 mm,按照標(biāo)準(zhǔn)層施工方法進(jìn)行1 800 mm高的混凝土結(jié)構(gòu)施工,至此非標(biāo)準(zhǔn)層施工完成。

        5.3 混凝土澆筑順序

        本工程塔樓采用內(nèi)筒外框上下錯層同步施工工藝,核心筒剪力墻領(lǐng)先外框梁板柱1層。于鋼平臺上中央位置設(shè)置1臺布料半徑為32 m的固定式液壓電控布料機(jī),再設(shè)置1臺布料半徑為21 m的移動式液壓電控布料機(jī),用于塔樓上部結(jié)構(gòu)混凝土澆筑。

        5.3.1 混凝土澆筑順序

        混凝土澆筑順序為:核心筒剪力墻與梁板交界處900 mm墻根部位及連梁的高強(qiáng)度等級混凝土澆筑→待根部混凝土澆筑完成后,再重復(fù)澆筑順序進(jìn)行核心筒剪力墻高強(qiáng)度等級混凝土澆筑至梁底→外框勁性柱高強(qiáng)度等級混凝土澆筑至板頂→外框梁板低強(qiáng)度等級混凝土澆筑。

        5.3.2 混凝土澆筑工藝

        由于節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜,鋼筋綁扎密集,且都是高空作業(yè),特別是墻、柱鋼筋縱橫交錯,給施工造成許多麻煩,稍有疏忽就難以保證質(zhì)量。

        梁柱節(jié)點處主梁鋼筋綁扎時,在梁柱節(jié)點附近離開柱邊≥500 mm,且≥1/2梁高處,沿45°斜面從梁頂面到梁底面用2 mm網(wǎng)眼的密目鋁絲網(wǎng)分隔(作為高低強(qiáng)度等級混凝土的分界),鋁絲網(wǎng)綁扎在φ12 mm鋼筋上,鋼筋數(shù)量同梁箍肢數(shù)。

        梁與墻、柱不同強(qiáng)度等級的混凝土分別澆搗,梁柱節(jié)點核心區(qū)的混凝土澆搗方法為:不論柱頂留或不留施工縫,均分層振搗,在樓面梁板處留出45°斜面。在混凝土初凝前,泵送澆筑樓面梁板的混凝土。采用這種方法澆搗樓層柱、墻、梁、板混凝土?xí)r,應(yīng)重點控制高低強(qiáng)度等級混凝土的鄰接面,不能形成冷縫,故宜在柱頂梁底處留設(shè)施工縫,以縮短節(jié)點核心區(qū)高強(qiáng)度等級混凝土的澆搗時間,避免高低強(qiáng)度等級混凝土的鄰接面形成冷縫。同時,采用小型插入式振搗器對梁柱節(jié)點鋼筋密集的核心區(qū)加強(qiáng)振搗,杜絕漏振死角,確保節(jié)點核心區(qū)混凝土的密實性和設(shè)計強(qiáng)度。梁板的混凝土采用二次振搗法,即在混凝土初凝前再振搗一次,增強(qiáng)高低強(qiáng)度等級混凝土交界面的密實性,減少收縮。

        5.4 后施工水平結(jié)構(gòu)鋼筋預(yù)留措施

        1)核心筒內(nèi)后施工梁與核心筒剪力墻連接節(jié)點位置,預(yù)埋插筋并留設(shè)等截面一級套筒。

        2)核心筒內(nèi)后施工板與剪力墻連接區(qū)域,預(yù)埋“7”字形鋼筋,預(yù)埋鋼筋采用HPB300鋼筋,鋼筋需加大一個規(guī)格(如φ8 mm變?yōu)棣?0 mm,以此類推),待水平樓板施工時,鑿除保護(hù)層,調(diào)直預(yù)埋“7”字形鋼筋后,進(jìn)行100%搭接施工。

        3)在外框梁部分梁高大于900 mm的情況下,將部分位于900 mm高度以下梁鋼筋,采用預(yù)埋插筋并留設(shè)等截面一級套筒的方式進(jìn)行處理。

        4)板預(yù)留“7”字形鋼筋不能使用時,采用同設(shè)計鋼筋的種筋處理,種筋深度15d(d為鋼筋直徑)。

        6 結(jié)語

        本文以綠地中心·杭州之門工程為例,創(chuàng)新提出了新型施工工藝——超高層內(nèi)筒外框上下錯層同步施工技術(shù)。不但能夠加強(qiáng)對核心筒垂直度的控制,保證超高層建設(shè)過程中的施工安全,而且將標(biāo)準(zhǔn)層施工周期由7 d一層縮短為5 d一層,有效地加快了施工進(jìn)度。相對于一般的施工模式,超高層內(nèi)筒外框上下錯層同步施工工藝使工程質(zhì)量、安全及進(jìn)度管控等得到了極大的改善,可為類似超高層工程項目提供良好的借鑒。

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