中国新兴建设开发有限责任公司 102442
摘要：本文以北京财富三期写字楼工程为依托，重点阐述了在超高层主体结构施工中土建部分的工作核心。在整体施工思路上，采用“钢结构先行，混凝土随后”、“核心筒先行，外框筒随后”、“竖向结构先行，水平结构随后”的立体交叉式施工顺序；解决了竖向结构先行无高空测量作业面的难题；在垂直运输设备及模架体系的选择上做出了合理的决定。同时，对工程中涉及的钢板-混凝土组合剪力墙和超高层泵送混凝土等施工工艺进行了的阐述。
关键词：超高层；思路；测控；垂直运输；爬模架；钢板-钢筋混凝土组合剪力墙；砼顶升
1 项目背景
北京财富三期写字楼工程位于北京市朝阳区东三环北路23号，国贸三期北侧，总建筑面积约为17.6万㎡，建筑总高度为265.15m，地下四层，地上六十一层，包括三个避难层。地下四层为地下车库及设备用房，首层为出入口大堂及商业用途，三层及以上为写字楼办公区，楼顶部设直升机停机坪，首层层高10.52m，标准层层高4.18m，建筑外墙为LOW-E中空镀膜玻璃单元式幕墙。（见图1）
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该超高层主体结构采用核心筒+外框筒结构体系，其中核心筒为墙内钢板-钢筋混凝土组合剪力墙结构，外框筒为钢管混凝土柱+钢框架梁组合体系，核心筒内楼板采用普通钢筋混凝土楼板，外框筒楼板采用压型钢板混凝土组合楼板；避难层设置腰桁架和伸臂桁架。外框设有32根钢管混凝土柱，柱直径由Φ1.6m渐变到Φ1.3m，柱内混凝土强度等级为C60；核心筒墙体厚度由1.3m渐变到0.6m，墙体混凝土强度等级五十层以 图1北京财富三期写字楼效果图
下为C60，五十层及以上为C50。核心筒墙体内十九层以下设置内嵌钢板，内嵌钢板两侧为钢筋混凝土墙；内嵌钢板从底板开始设置，厚度有50mm、35mm、20mm三种规格，两侧分别焊接Φ22@300的抗剪栓钉，两端设置十字型和T字型截面的钢暗柱，钢暗柱上焊接Φ22@200的抗剪栓钉，厚度由1.3m渐变到1m。
2 结构施工重难点部分
2.1 整体施工思路
该工程为超高层结构，主楼高度达到265.15m，结构存在其特殊性，因此在前期施工组织和策划时，对整体施工思路的把控是重中之重。采用何种施工顺序、施工方案、施工技术及机械设备非常关键，必须统筹考虑，选择不好，不但会影响施工进度，甚至会给安全、成本等带来损失。
2.2工程测量特点与难点
根据整体施工顺序可知，核心筒一般领先外框筒6～7层，钢结构领先混凝土2～3节，竖向墙体领先水平楼板3～4层，这就造成高空作业层无测量作业面，无法投测测量基准点，无法架设测量仪器，测量环境较差。因此，如何保证钢结构构件的定位安装测量精度及核心筒竖向结构的垂直测量精度，是该工程施工测量的一大特点，也是一大难点。
2.3 垂直运输设备的选择
对于超高层建筑来说，垂直运输设备的选择不但关系到主体结构施工时的顺利与否，而且会影响到后期装饰装修施工阶段，其使用效率对整个施工周期的控制至关重要。
2.4 模架体系的选择
选择合适的模架体系，对保证工程的施工质量、进度、成本至关重要。在选择该工程的模架体系时，不仅要考虑到模板的提升及安拆事宜，更要考虑到整个施工操作平台的设置。
2.5 钢板-钢筋混凝土组合剪力墙
该工程核心筒墙体自底板开始至十九层，采用了内嵌钢板-钢筋混凝土组合剪力墙的结构形式，其施工技术不同于普通钢筋混凝土结构。内嵌钢板及型钢柱两侧钢筋大且密集，构造复杂，钢筋深化设计及现场施工难度较大。组合剪力墙施工时墙体模板采用穿墙对拉螺栓加固体系，保证每一根穿墙螺栓均能顺利穿过钢板墙是模板施工成功与否的关键，否则不仅会影响施工工期，在钢板墙上开洞还会削弱其承载能力。
2.6 超高层泵送混凝土
该工程核心筒墙体混凝土强度设计等级为C60、C50，钢管柱内混凝土强度设计等级为C60；泵送高度达到265.15m，普通地泵很难达到泵送高度；核心筒墙体内十九层以下设有内嵌钢板将其一分为二，如何实现两侧混凝土均衡下料是一个控制难点；同时，墙体两侧及暗柱处钢筋较密且直径较大，难以保证混凝土的浇筑质量；钢管柱内结构复杂，用普通混凝土浇筑的施工工艺，无法保证柱内混凝土的施工质量，只能采用顶升砼法进行施工。这就对混凝土的各项性能、泵送工艺及质量控制带来挑战。
3 方案选择与实施效果
3.1 整体施工思路的确定
该工程结构体系上由核心筒和外框筒组成，核心筒剪力墙内嵌钢板及型钢柱，外框筒由钢柱及钢梁组成框架，因此，必然是钢结构的施工先于混凝土结构的施工，即“钢结构先行，混凝土随后”。
在进行核心筒及外框筒结构施工时，可有以下三种施工方案：
第一种方案为核心筒竖向、水平结构与外框筒水平结构同时施工；
第二种方案为核心筒竖向结构先施工，核心筒内水平结构与外框筒水平结构同时施工；
第三种方案为核心筒竖向结构先施工，核心筒内水平结构次之，外框筒水平结构最后。
下面对三种方案的利弊进行比选分析：
第一种方案的最大优势在于所有结构能同时施工，无后续结构施工，整体性好。但是实际上，由于结构形式的限制，该方案无法实施。同时施工工程量巨大，无法组织流水施工，关键工序受制约，严重影响工程进度；同时对场地、劳动力、材料、经济、管理等要求很高。
第二种方案虽然从理论上减少了关键工序的制约，加快了核心筒竖向结构的施工进度，可组织工人对竖向及水平结构分别进行流水施工，但是考虑到各部分工程量及工种特点，后续的水平结构工程量仍然比较大。若核心筒竖向结构与核心筒内水平结构作业层相差较大，会使核心筒竖向结构之间失去横向相互制约，带来结构安全风险；同时，核心筒内水平结构起着“承上启下”的作用，对工人上下通道及竖向测量工作均有着重要作用。
第三种方案在第二种方案的基础上进行了优化，缩短了流水节奏，使核心筒内的水平结构能够紧随竖向结构的进度，消除了结构安全风险，同时又起到了“承上启下”的作用。此方案充分利用了超高层结构在空间上的优势，进行空间分区流水作业，有效的拓展了施工作业面，显著提高了施工效率。
综上所述，决定采用“钢结构先行，混凝土随后”、“核心筒先行，外框筒随后”、“竖向结构先行，水平结构随后”的立体交叉式施工顺序。而在进行核心筒竖向结构施工时，根据其结构特点及工程量大小划分为三个施工流水段分别进行施工（见图2）。
图2超高层立体交叉施工现场图
3.2 测量方案的设计及应用
根据施工顺序，可将施工控制测量分为三个部分：钢结构的定位测量、水平结构的测量及核心筒竖向结构的测量。而保证测量精度的关键在于建立可靠的测量控制网。
3.2.1 测量控制网的建立
根据工程所在位置周边环境，分三级设置测量控制网。利用业主提供的城市测控基准点，校核无误后在周边超高层建筑物上设置空中导线控制网，采用GPS测量技术进行校核，校核无误后作为Ⅰ级控制网，用以钢结构构件的定位安装及主楼高空平面控制网的后期校核。在Ⅰ级控制网的基础上建立场区控制网，即Ⅱ级建筑物控制网，用以进行地下结构部分的施工测量。待结构施工至首层时，以场区控制网为基础，联测基准点，采用全站仪坐标法在首层建筑物内部建立Ⅲ级内控网，作为平面控制网竖向传递的基准。三级测控网由测量小组进行检查维护，每个月定期校核一次，确保工程测控系统的准确性。
高程测控系统采用悬吊钢尺法从核心筒贯通电梯井道进行竖向传递，通过全站仪测高法进行校核。
3.2.2 控制测量
该工程在钢构件定位安装及核心筒竖向结构施工测量中最大的特点就是没有测量作业面，因此，为保证测量精度，就必须设置辅助测量作业面，这也是现在超高层建筑结构施工时较为常用的做法。
该工程中，钢构件造型较为单一，从首节开始直至封顶，各节构件轴线均竖向重合，并无曲面等异形结构，因此直接采用全站仪坐标法进行定位安装。在测量中，测量人员设计了一个小型辅助测量支架，使其可以替代传统三脚架直接用螺栓安装在钢构件定位耳板上，有效的解决了没有测量作业面的难题，提高了测量精度和效率。在目前的钢结构施工中，此类测控技术运用已比较成熟。
水平结构的测量即平面控制网的竖向传递，以首层Ⅲ级内控网为投测基准，选用高精度激光铅直仪配合接收靶，采用天顶投影法分阶段进行，每层投测完毕后，进行角度距离闭合检查并做相应误差调整；每十层采用GPS测量技术校核一次。
核心筒竖向结构的垂直度控制是该工程施工测量的核心部分。核心筒竖向结构施工时，并无水平作业面供测量控制点传递，因此在进行首层核心筒墙体施工时，即利用首层Ⅲ级内控网和经纬仪，挑出核心筒墙体各大角的300mm竖向控制线（见图3），将平面定位问题转化为竖向结构的垂直度控制问题，并跟踪作业层逐层向上传递，投测完成后，利用激光测距仪对各控制线间距离进行内部校核。同时，在主控制线上粘贴自贴式应变片，利用全站仪及Ⅰ级空中导线控制网进行外部校核。每隔十层，在核心筒四个大角设置“[”型辅助测量钢平台，钢平台用螺栓与墙中预埋套筒连接，下层设接收靶，上层可架设仪器，用激光铅直仪直接从外框水平楼板上投测控制点，并与Ⅰ级导线控制网和核心筒竖向控制线联测校核。
图3核心筒竖向控制线布置图
3.3 垂直运输设备的选择
塔吊的型式在大型动臂式和大型传统塔吊之间进行比选。若选用大型动臂式塔吊，则不管采用横梁支腿式或附着式，在核心筒墙体上安装难度都较大；且核心筒竖向结构整体采用液压爬模体系，塔吊标准节与爬模体系之间会存在较大冲突；同时会增加结构甩项工程量，后期塔吊拆除时间受制约因素也较多。而选用大型传统塔吊，除了需要加长附着臂之外，其它性能均能很好满足施工需要，且拆除时间较晚，利于后续装修施工。
因此最终考虑设置地面基础与外附着式传统大型塔吊方案。该工程钢构件最大重量约40t，最小重量19t，结合主楼结构形式、料场位置及流水施工等综合考虑，确定在主楼东、西两侧分设一台塔吊。经多方比选，最终选用四川建机M1200和M900各一台。东侧M1200塔吊臂长60m，最大吊重50t；西侧M900塔吊臂长45m，最大吊重50t。（见图4）
图4 塔吊分布图
3.4 模架体系的选择
该工程核心筒结构为长方形，标准层层高为4.18m，核心筒内主要为电梯间、楼梯间及卫生间，核心筒之间的楼板为电梯大堂。
核心筒竖向结构施工操作平台架采用JFYM100型液压自爬升架携全钢定制大模板共同爬升，中间操作平台既可以做为材料堆放区，亦可以提供施工作业面。由于核心筒内爬模体系狭窄，导致四面内模退模距离不够，因此我们在墙体阴角部位利用钢角模+手动葫芦的配置手动操作，顺利解决了退模距离不够的问题。为了保证进度，配置一套大钢模，在施工时按施工段流水施工，其具有整体性好、刚度大、拼缝少、墙面效果好的特点。由于该大钢模板面较大，因此模板组拼时相邻模板间使用专用模板连接器拉结，后附加背楞固定，使其拼缝严密，保证其刚度。对于非标准层墙体则可采用标准层模板再配接定型木模的方法进行配模，从而既可保证砼的观感质量，又可以合理利用模板材料，提高模板的使用率。
核心筒水平结构模板采用15厚木胶合板配以木方龙骨，支撑体系采用WDJ碗扣式脚手架。
外框筒水平结构模板由钢管混凝土柱、钢梁及压型钢板组合楼板组成。
3.5 钢板-钢筋混凝土组合剪力墙的施工
根据施工工艺，可将钢板-钢筋混凝土组合剪力墙拆分为深化设计、内嵌钢板安装、墙体钢筋绑扎、墙体模板施工、墙体混凝土浇筑、墙体模板拆除、模架爬升六个步骤进行施工。
3.5.1 深化设计
由于内嵌钢板、型钢柱将剪力墙分为两侧独立部分，两侧钢筋网无法通过箍筋、拉筋等常规拉结方式贯通成为整体，因此施工前需要通过模拟确定钢筋与内嵌钢板、型钢柱的碰撞关系，确定焊制在钢板及型钢柱上的连接件、转接件及其它相关构件的位置，确定钢筋穿过内嵌钢板和型钢柱的穿筋孔位置。深化结果经设计认可后，方可进行内嵌钢板的加工。
组合剪力墙节点区域钢筋大且密集，尤其是型钢柱位置。设计时往往只考虑钢筋的配置数量，并不考虑每一种钢筋的绑扎顺序及操作难度。因此在钢筋深化时要规划每一种钢筋的绑扎顺序，确定钢筋连接形式、构造形式，使之既能符合施工规范及设计要求，还能满足施工操作要求。例如型钢柱原设计为八角形箍筋，但考虑到其加工精度无法保证，现场安装困难，经与设计沟通后，将其分解为四个拉钩形式。
在进行墙体模板深化设计时，一定要使模板穿墙螺栓预留孔与钢板墙预留孔标高、位置及孔径大小相匹配；同时，设计好墙体顶模筋的位置也至关重要。
3.5.2墙体施工
钢板墙及型钢柱吊装完毕后，即可进行墙体钢筋的绑扎。墙体钢筋绑扎时先由下至上摆放墙体水平向钢筋，水平向钢筋包括墙体水平筋、暗柱箍筋、墙体拉钩（除贯通拉钩），具体顺序如下：放置最里侧水平筋→放置外侧封闭箍筋→放置墙中部水平筋→放置拉钩→放置八角形箍筋（分解为四个拉钩）→重复以上步骤至所有水平向钢筋放置完成→连接最里侧竖向钢筋→连接中部竖向钢筋→连接外侧竖向钢筋→将最顶部水平向钢筋竖向移到位绑扎→检查竖向钢筋连接→穿贯通拉钩（单侧代钩，另一侧人工弯钩）。连梁钢筋绑扎在墙体钢筋绑扎完成后进行，先绑扎连梁水平向钢筋（由内向外），再绑扎连梁箍筋（由内向外）。
墙体模板合模操作时大部分模板由爬模架合模机构推动合模，角模及部分模板用人工拉动倒链方式合模。墙体混凝土达到拆模强度后逐根拆除穿墙螺栓，穿墙螺栓拆除后清理干净，放入专用工具箱内备用，然后通过液压爬模架退模机构或倒链将模板拆除固定在液压爬模架的模板固定架上进行清理备用。模板拆除完成后根据模架操作工艺爬升至上一层模架固定位置。
3.6 超高层混凝土泵送
3.6.1混凝土输送泵、泵管选型
该工程混凝土最小泵送高度要达到265.15m，柱砼又采用顶升法施工，对混凝土输送泵及泵管要求极高。经市场调研，国内已有顶升成功先例，但达到这个高度的很少。按照泵送高度265m计算，同时计算上压力损失的补偿，混凝土输送泵至少要达到24Mpa的压力。经过对国内市场上各大厂家输送泵各项技术指标比选后，最终确定中联重科生产的HBT110.26.390RS型燃油混凝土输送泵。该泵配有2台195KW发动机，既可以同时工作，提高工作效率，也可以在满足混凝土泵送要求的前提下，单机工作，形成一用一备。一旦发动机出现故障，启用另一台发动机，不影响现场作业，确保混凝土施工不间断。
混凝土输送泵管采用内径规格Φ125mm的超高压输送管，输送管壁厚为10mm和7mm，采用输送泵厂家拥有技术专利的两种耐磨合金钢复合材料输送管，内表面高频淬火，达到高强度、高硬度。
3.6.2 钢管柱顶升混凝土
在整个结构施工的不同阶段，钢管柱会受到不同的应力。为掌握钢管柱在核心混凝土浇筑时动压力、浇筑后静水压力，以及核心混凝土逐渐凝固后其核心混凝土由于掺加膨胀剂而产生的膨胀附加压应力对钢管内壁的压应力在不同时间段的变化规律，防止因压力太大导致钢管胀裂带来的安全隐患，我们在商砼站内设置了SYZ-1、SYZ-2两根试验柱全程试验并进行连续的数据采集，取得完整的试验报告。确认方案可行后，进入现场施工阶段，将泵管接入钢管柱下部混凝土泵送口开始泵送，每次泵送一节。钢管柱混凝土采用C60高强自密实混凝土。
3.6.3 核心筒剪力墙混凝土浇筑
该工程核心筒墙体采用内嵌钢板-钢筋混凝土组合形式，钢筋布设大且密集，钢板及型钢柱上焊接抗剪栓钉，普通混凝土很难保证其浇筑质量。经研究，墙体混凝土采用C60高强自密实混凝土，浇筑过程中及完成后均无需振捣。为解决内嵌钢板两侧混凝土下料不均衡问题，在内嵌钢板上留置直径300mm过灰孔。过灰孔水平留置间距不大于4000mm，洞中在每层结构板上1600mm，两侧采用补焊20mm厚，200mm宽圆环形同内嵌钢板材质钢板予以补强。在墙体混凝土浇筑前，将泵管沿墙体接至最远端，浇筑时边退管边浇筑，每层厚度不超过1200mm，浇筑第二层时应边接管边浇筑，同时应注意内嵌钢板两侧混凝土的均衡。
4 总结及探讨
本文对北京财富三期写字楼工程主体结构中的土建施工部分进行了全面的阐述，从整体施工思路的确定、测量方案的设计及应用、垂直运输设备及模架体系的选择、钢板-钢筋混凝土组合剪力墙及超高层泵送混凝土的施工工艺做了全面分析与探讨，对于今后类似工程的施工提供了借鉴和经验。随着建筑施工技术及设备的不断发展与完善，该工程中所采取的很多工艺、方法均有了优化的空间。例如BIM工程在工程建设中的应用，GPS技术在测量工程中的应用，爬模架与铝模的配合等等，均取得了良好的效果。因此在以后的超高层施工中，应在前述经验的基础上不断创新，争取达到更好的综合效果。
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作者简介：张桓毓，男，1986年出生，太原理工大学土木工程专业，中国新兴建设开发有限责任公司项目总工。
论文作者:张桓毓
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第17期
论文发表时间:2018/1/19
标签：结构论文; 混凝土论文; 核心论文; 墙体论文; 钢板论文; 测量论文; 钢筋论文; 《建筑科技》2017年第17期论文;