超高層建筑內(nèi)筒外框上下錯(cuò)層同步施工技術(shù)

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(xiàng)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(xiàng)目。

圖1 綠地中心·杭州之門項(xiàng)目效果圖

本項(xiàng)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(xiàng)目落成后將以流暢的線條、獨(dú)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(diǎn)。

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?yàn)?8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(diǎn)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(diǎn)工程以及2022年杭州亞運(yùn)會配套項(xiàng)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(diǎn)，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(gè)方面均是一次考驗(yàn)。

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(jì)難以滿足施工生產(chǎn)及安全防護(hù)要求。

3 設(shè)計(jì)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(xiàng)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?shí)物量巨大，且在實(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(dú)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(yàn)證，形成了新型施工工藝——超高層內(nèi)筒外框上下錯(cuò)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(cuò)層施工開始時(shí)間節(jié)點(diǎn)

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(cuò)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(dú)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(cuò)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(gè)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(shí)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(shí)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(diǎn)[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(cuò)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(dú)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(dú)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(cuò)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(xiàng)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(yàn)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(yàn)收完成。

10）模板排架驗(yàn)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(shí)，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(shí)，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(xiàng)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(cuò)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?yàn)椋汉诵耐布袅εc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(diǎn)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(cuò)，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(diǎn)處主梁鋼筋綁扎時(shí)，在梁柱節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)核心區(qū)高強(qiáng)度等級混凝土的澆搗時(shí)間，避免高低強(qiáng)度等級混凝土的鄰接面形成冷縫。同時(shí)，采用小型插入式振搗器對梁柱節(jié)點(diǎn)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(diǎn)核心區(qū)混凝土的密實(shí)性和設(shè)計(jì)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(shí)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(diǎn)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(gè)規(guī)格（如φ8 mm變?yōu)棣?0 mm，以此類推），待水平樓板施工時(shí)，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(shí)，采用同設(shè)計(jì)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(cuò)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(cuò)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(xiàng)目提供良好的借鑒。