馬飛燕 何成曉

上海建工五建集團(tuán)有限公司 上海 200063

超高層建筑在設(shè)計(jì)其建筑造型與主體結(jié)構(gòu)時(shí)，鮮有從施工難度及可操作性的角度去考慮，因此給施工單位帶來了不少困難。常見的難點(diǎn)有：大厚度核心筒墻模板的加固、高強(qiáng)度混凝土超高泵送、大直徑勁性柱施工、鋼構(gòu)件吊件數(shù)量多、焊縫厚度大且長度較長、剪力鋼板墻的混凝土對(duì)稱澆筑等[1-3]。

本文基于某超高層勁性結(jié)構(gòu)建筑項(xiàng)目，重點(diǎn)介紹上述難點(diǎn)的解決辦法，總結(jié)了超高層勁性結(jié)構(gòu)在主體階段的主要施工難題，為類似項(xiàng)目提供了一定的參考。

1 超高層勁性結(jié)構(gòu)工程概況

某超高層建筑群項(xiàng)目位于甘肅省蘭州市，處理8度抗震區(qū)。項(xiàng)目由3棟近300 m的超高層建筑，4棟商業(yè)及3層地下車庫組成，總建筑面積33.7萬 m2，是集辦公、酒店、SOHO及商業(yè)于一體的大型城市綜合體項(xiàng)目。建筑設(shè)計(jì)新穎、功能齊全。

其中，較為典型的塔樓B，地上54層，結(jié)構(gòu)高度249.8 m，建筑高度278 m，地上建筑面積為105 884 m2。結(jié)構(gòu)形式為內(nèi)筒外框結(jié)構(gòu)，其內(nèi)筒為厚1.4 m混凝土剪力墻，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60，剪力墻內(nèi)有核心筒勁性柱及柱與柱間的厚度達(dá)40 mm的剪力鋼板，以增強(qiáng)核心筒抗剪能力。外框柱為雙向傾斜式勁性混凝土柱，柱內(nèi)有厚40 mm的900 mm× 1 200 mm勁性柱，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60。柱內(nèi)縱筋采用HRB500鋼筋，直徑32～40 mm，隨柱傾斜，柱縱向鋼筋密集，配筋率很高。每10層有伸臂桁架層或伸臂環(huán)帶桁架層，其施工難度相當(dāng)大。

2 超高層勁性結(jié)構(gòu)主體施工階段難特點(diǎn)分析

1）塔吊吊重大導(dǎo)致運(yùn)行速度慢，吊件太多太散。本項(xiàng)目的塔吊起重量大，但除勁性柱自重大（質(zhì)量為18 t）外，勁性結(jié)構(gòu)梁、剪力鋼板等吊件自重較小，但吊件數(shù)多，導(dǎo)致勁性結(jié)構(gòu)吊裝效率低下。本項(xiàng)目B塔樓選用2臺(tái)STL720內(nèi)爬塔吊，最大吊重32 t；勁性構(gòu)件原設(shè)計(jì)每層包含勁性外框柱26件、核心筒鋼柱29件、暗梁32件、外框鋼梁98件、剪力鋼板76件，配件有摩擦板10包、高強(qiáng)螺栓30包，焊絲等沒有統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)場吊裝合計(jì)301吊，按正常吊裝時(shí)間計(jì)算每天24吊（與土建穿插施工），約吊裝13個(gè)工作日。

2）散拼剪力鋼板焊縫多、焊接等級(jí)要求高，焊接效率低。剪力鋼板散件到現(xiàn)場后，需與核心筒柱之間進(jìn)行焊接，同時(shí)，2塊剪力鋼板間也要進(jìn)行焊接。2層工節(jié)的安裝高度內(nèi)，剪力鋼板散件76塊，每棟塔樓鋼板剪力墻水平焊縫長度共計(jì)約1 235 m/節(jié)，需要焊絲約5.7 t，焊接量非常大。另外，本工程中所有工廠制作和工地安裝的坡口全焊透焊縫均為一級(jí)焊縫，部分熔透焊縫及主梁、柱子的貼角焊縫為二級(jí)焊縫，其余貼角焊縫為三級(jí)焊縫，但其外觀質(zhì)量需符合二級(jí)焊縫的要求。這些對(duì)電焊工人的素質(zhì)、現(xiàn)場的施焊條件及焊接質(zhì)量要求特別高。

3）剪力鋼板上無流淌孔，對(duì)稱澆筑混凝土難度大。由于超高層建筑的抗震強(qiáng)度與剛度要求，對(duì)于核心筒內(nèi)的剪力鋼板墻，一般不允許留置混凝土流淌孔。另一個(gè)原因是留置流淌孔的成本很高，每增加一個(gè)流淌孔，需要增加約0.02 t的強(qiáng)度加強(qiáng)環(huán)，成本大幅度增加。由于核心筒墻體內(nèi)設(shè)置的剪力鋼板將剪力墻混凝土分隔成兩部分，因此在澆筑核心筒剪力墻時(shí)，混凝土墻內(nèi)的混凝土液面高度不等，很難保證對(duì)稱澆筑，剪力鋼板兩側(cè)的混凝土液面不能同步上升，兩側(cè)模板受到的混凝土側(cè)壓力不均衡，會(huì)出現(xiàn)跑模、脹模等質(zhì)量事故。

4）中段傾斜式勁性柱內(nèi)大直徑高強(qiáng)度鋼筋調(diào)斜。為實(shí)現(xiàn)外立面的鉆石形狀，塔樓的大部分外框柱在出±0 m后，均先向外側(cè)傾斜，在中間樓層時(shí)又轉(zhuǎn)而向內(nèi)部傾斜，傾斜斜率較大。另外，框柱內(nèi)由于有勁性鋼柱的影響，且柱縱筋均為HRB500E鋼筋，直徑為40 mm，縱筋根數(shù)達(dá)76根，其調(diào)斜難度特別大。

5）雙向傾斜式勁性鋼柱安裝難度大、安裝精度難以控制。本項(xiàng)目3幢塔樓外立面均呈現(xiàn)鉆石狀切割，整體效果美觀度高。B塔樓的外觀最為雄壯，但其外觀是由復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)支撐起來的。在B塔樓的東南角柱及西北角柱，存在由2根巨大的傾斜勁性柱匯聚而成的1根勁性柱（圖1），如何精確地對(duì)2根斜柱進(jìn)行定位，使其在高空中交匯，難度非常大。

圖1 雙柱合一示意

6）本工程抗震等級(jí)高，豎向鋼筋配筋率高，鋼筋密集，混凝土的澆筑難度大。塔樓的剪力墻、連梁、框架梁、柱等抗震等級(jí)均為特一級(jí)。鋼筋強(qiáng)度等級(jí)為HRB500E，豎向鋼筋直徑達(dá)到40 mm。核心筒和外框柱鋼筋尤為密集，角部暗柱鋼筋面積配筋率可達(dá)到2.97%，這給鋼筋綁扎與混凝土澆筑帶來較大困難，時(shí)常有混凝土振搗棒拔不出來的情況。

3 主要施工工藝措施

3.1優(yōu)化剪力鋼板墻分塊設(shè)計(jì)

通過優(yōu)化剪力鋼板墻的分場設(shè)計(jì)，增加廠內(nèi)焊接工作、減少施工現(xiàn)場吊件數(shù)量，提高吊裝、焊接效率。

如前文所述，為滿足大型勁性柱吊裝要求，塔樓內(nèi)安裝了大型塔吊，其吊重能力強(qiáng)，但吊運(yùn)速度慢。本項(xiàng)目針對(duì)此情況，將核心筒勁性結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，將剪力鋼板與鋼柱在加工廠組裝完成為組合體，原來的18根鋼柱和26塊板，組合后為9件組合體；剪力鋼板散件20塊，每4塊組裝在一起，拼裝成5件。原來76吊完成的任務(wù)現(xiàn)只需要29吊。將核心筒內(nèi)32件暗梁改為牛腿式對(duì)接。

如A塔樓，優(yōu)化前共計(jì)301吊，優(yōu)化后164吊，優(yōu)化掉137吊，并且，現(xiàn)場的焊縫量大大減少，二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊絲現(xiàn)場使用量由5.7 t降低至3.1 t。鋼結(jié)構(gòu)安裝時(shí)間可提前8 d有余。

3.2設(shè)計(jì)了一種混凝土對(duì)稱澆筑設(shè)備

針對(duì)核心筒剪力墻中間設(shè)置有剪力鋼板，但無流淌孔這一特殊情況，項(xiàng)目部設(shè)計(jì)了一種混凝土分料倉（圖2），可以均勻地分配混凝土，以保證剪力鋼板兩側(cè)混凝土液面均勻上升，墻體兩側(cè)的模板受到的混凝土側(cè)壓力大小相等，避免發(fā)生跑模、脹?，F(xiàn)象。

圖2 混凝土對(duì)稱澆筑設(shè)備設(shè)計(jì)示意

這種剪力鋼板墻混凝土對(duì)稱澆筑裝置服務(wù)于剪力鋼板墻混凝土對(duì)稱澆筑施工，并起到防止剪力鋼板被滴瀉的混凝土污染的功能。

剪力鋼板墻混凝土對(duì)稱澆筑裝置以薄型花紋鋼板焊接的接料臺(tái)為主體，配以4根橡膠軟管。使用時(shí)，只需要將此裝置用塔吊吊起，卡在剪力鋼板上，將4根軟管分左右靠在剪力鋼板上。澆筑混凝土?xí)r，采用泵車將混凝土泵入接料斗內(nèi)，混凝土即可均勻地流淌至剪力鋼板兩側(cè)。使用完成后，用塔吊將該裝置吊至空地，進(jìn)行清洗即可。此裝置已申請(qǐng)了國家實(shí)用新型專利。

3.3利用激光定位法，進(jìn)行傾斜式勁性柱的安裝定位

本項(xiàng)目中的勁性鋼柱吊裝量大，3棟塔樓共約1 400多根。項(xiàng)目采用紅外激光定位裝置，利用光敏接收器與紅色激光在對(duì)接后，頂端的小型指示燈會(huì)持續(xù)發(fā)亮的原理進(jìn)行鋼柱的快速定位與安裝工作，大大提高鋼結(jié)構(gòu)就位校準(zhǔn)工作效率。

使用時(shí)，在柱子吊裝前，首先將紅外激光發(fā)射器和接收器卡在定位卡尺上，再將卡尺安裝在柱身的定位卡件上，用鋼筋頭制作的插銷固定。之后將柱子進(jìn)行吊裝，在確定x、y軸安裝尺寸準(zhǔn)確后，調(diào)整定位柱上的接收器和吊裝柱上的發(fā)射器，使其處于卡尺上的相同位置，進(jìn)行紅外激光對(duì)接，對(duì)接成功后，接收器上的指示燈會(huì)亮起；最后，在z軸校準(zhǔn)過程中，發(fā)射器與接收器間不應(yīng)有遮擋物，直至勁性柱安裝完成。

現(xiàn)有的勁性柱z軸安裝調(diào)整施工作業(yè)，粗放單一、耗時(shí)長、質(zhì)量難以保證，會(huì)出現(xiàn)柱身x、y軸安裝準(zhǔn)確，z軸卻出現(xiàn)錯(cuò)位的情況，造成極大的質(zhì)量、安全隱患。采用紅外激光定位裝置，操作簡單，可以反復(fù)使用，柱身等位卡件也不會(huì)對(duì)勁性柱造成任何損傷，在提高施工質(zhì)量的同時(shí)，也降低了學(xué)習(xí)此裝置操作的時(shí)間成本和此裝置的使用時(shí)間成本。此施工方法已申請(qǐng)了國家發(fā)明專利。

3.4采用分體式液壓彎曲機(jī)進(jìn)行大直徑鋼筋原位調(diào)斜

針對(duì)傾斜式勁性柱內(nèi)大直徑高強(qiáng)度鋼筋調(diào)斜工作粗放單一、耗時(shí)長、質(zhì)量難以保證的缺點(diǎn)，本項(xiàng)目研究出一種利用分體式液壓彎曲機(jī)進(jìn)行大直徑鋼筋原位調(diào)斜的施工方法。首先，保障傾斜式鋼結(jié)構(gòu)勁性柱的精準(zhǔn)位置及傾斜角度；然后，參照已安裝的傾斜式鋼結(jié)構(gòu)勁性柱，精確計(jì)算出傾斜式柱鋼筋的彎折點(diǎn)及彎折角度；再根據(jù)設(shè)計(jì)、規(guī)范要求的鋼筋保護(hù)層厚度和左勁性柱的直徑尺寸，精確計(jì)算出鋼筋與勁性柱的平行距離；最后，利用已澆筑的下端柱頂預(yù)留鋼筋的穩(wěn)定性，選取柱鋼筋的彎折點(diǎn)，采用分體式液壓彎曲機(jī)，根據(jù)不同傾斜面鋼筋的傾斜方向和角度進(jìn)行彎折。

傾斜式柱大直徑鋼筋彎折施工工藝流程如圖3所示。

圖3 斜柱鋼筋調(diào)斜工藝流程

3.5采用自密實(shí)混凝土，并在勁性柱和剪力鋼板墻上預(yù)留混凝土振搗腔

針對(duì)鋼筋密集、混凝土難以振搗密實(shí)的問題，可在避難層等鋼筋密集樓層，與設(shè)計(jì)與業(yè)主溝通換用流淌性好、對(duì)振搗要求不高的自密實(shí)混凝土。針對(duì)其他標(biāo)準(zhǔn)層局部鋼筋密集的區(qū)域，與設(shè)計(jì)與監(jiān)理單位溝通，對(duì)豎向鋼筋位置進(jìn)行規(guī)范與要求內(nèi)的調(diào)整，預(yù)留出振搗腔，進(jìn)行混凝土振搗澆筑施工。

4 結(jié)語

該項(xiàng)目位于蘭州市，抗震設(shè)防為8度，其主體施工階段的勁性鋼結(jié)構(gòu)安裝是項(xiàng)目整體進(jìn)度的主要影響點(diǎn)。在勁性結(jié)構(gòu)施工過程中，探索出了剪力鋼板吊件優(yōu)化，廠內(nèi)加工、無流淌孔時(shí)的混凝土對(duì)稱澆筑、雙向傾斜式勁性柱的精確定位安裝及大直徑鋼筋的調(diào)斜安裝等施工工藝及工法，大大提高了主體階段的施工效率，保證了項(xiàng)目的質(zhì)量與進(jìn)度，為類似項(xiàng)目施工提供了一定的借鑒。