一、超高层建筑分类
超高层建筑多设计为框架核心筒结构,根据高度的不同,又主要有两种。
类型1:内筒为钢筋混凝土核心筒结构+外筒巨柱,巨柱与核心筒之间钢梁连接,外筒楼板为组合楼板的形式,如广州西塔、上海环球中心、深圳京基100、广州东塔,均为该结构形式,高度均在400米以上。
类型2:内筒为钢筋混凝土核心筒+外筒巨柱,巨柱与核心筒之间为钢筋混凝土梁连接,楼板为普通的钢筋混凝土楼板,如重庆环球、广州高德、合肥华润置地万象城东、西塔楼,建筑高度约为200~400米。
超高层建筑施工涉及到建筑施工领域较多施工技术课题,主要有:
1)选择确定合适的
施工工艺流程和合理选择模板、围护架体系。
2)高强、高性能混凝土、钢管混凝土等的施工
质量控制。
3) 垂直运输设备的选择。
4)各专业工程的合理插入施工时间。
5)总承包方涉及的多工序、多工种交叉作业时的管理与协调。
二、工艺顺序确定
前述类型1,外框结构为钢梁的结构形式,适合核心筒墙体竖向结构先行施工,楼板等水平结构滞后施工,外框钢结构及梁板滞后核心筒结构数层进行施工。钢梁与核心筒连接采用预埋件焊接耳板的连接形式。核心筒内梁筋需预留套筒,楼板钢筋可采用预留胡子筋的形式,局部错位、漏埋可采用植筋。外框楼板为组合楼板。类型1工程实例实图。
前述类型2,由于外框筒结构为钢筋混凝土结构,理论上不适合核心筒先行施工的
施工工艺,理由为:1)外筒梁板钢筋需全部同截面断开,对结构受力性能影响较大,很难征得设计同意。2)普通钢筋混凝土楼板需支模施工。因此类型2超高层结构比较适合采取内外筒同步施工形式。
目前,可用于超高层建筑施工的模板及围护系统有爬模系统、滑模系统、顶模系统,这三种模板体系均可用于类型1的核心筒墙体结构先行施工的工艺。传统翻模+爬架围护系统的工艺适合类型2内、外筒同时施工。
1、
爬模系统由专业厂家生产,构件设计为标准件,可租赁,使用完毕后厂家回收。爬模由下架、上架、附墙挂座、导轨、液压油缸系统、模板、护栏等组成。爬模原理:根据墙体情况,布置机位,每个机位处设置液压顶升系统,架体通过附墙挂座与预埋在墙上的爬锥连接固定,爬升时先提升导轨,然后架体连同模板沿导轨爬升。
爬模系统的特点:液压爬模可整体爬升,也可单榀爬升,爬升稳定性好;操作方便,安全性高,可节省大量工时和材料;爬模架一次组装后,一直到顶不落地,节省施工场地,减少模板、特别是面板的碰伤损毁;液压爬升过程平稳、同步、安全;提供全方位的操作平台,施工单位不必为重新搭设操作平台而浪费材料和劳动力;结构施工误差小,纠偏简单,施工误差可逐层消除;爬升速度快,可以提高工程施工速度;模板自爬,原地清理,大大降低塔吊的吊次。
2、滑模系统特点:滑模
施工工艺在国内始于20世纪40年代,目前已广泛应用于钢筋混凝土的筒壁结构、框架结构、墙板结构。对于高耸筒壁结构和高层建筑施工,效果尤为显著。滑模施工技术是混凝土工程中机械化程度高、施工速度快、场地占用少、安全作业有保障、综合效益显著的一种施工方法。滑模系统原理图:
滑模系统目前常见于烟囱、矿井、仓壁等工程施工,也可用于超高层核心筒竖向墙体施工,但由于其施工过程紧凑,在混凝土凝固前必须向上滑动模板,混凝土凝固以后则无法滑动,但在混凝土凝固前滑动模板会影响混凝土结构表面观感,且结构的垂直度控制有较大困难,个人观点认为不太适合用于超高层建筑核心筒的施工。
顶模系统组成图
1)支撑系统包括上支撑箱梁、下支撑箱梁、支撑钢柱,支撑箱梁上设置有可以伸缩的小牛腿。
2)液压动力系统包括主油缸、牛腿伸缩小油缸,每个支撑点有1个主油缸和8个小油缸。
3)控制系统由油泵、控制台、控制电路、油路、各种控制阀门组成。
4)钢平台系统为型钢组合焊接而成的桁架式钢平台,通常由一、二、三级桁架组成。
5)模板系统由定型大钢模板组成,模板配制时应充分考虑到结构墙体的各次变化,制定模板的配制方案,原则是每次变截面时,只需要取掉部分模板,不需要在现场做大的拼装或焊接。
6)挂架系统由多组可水平调节的移动式挂架组成,挂架采用钢制横、竖方通及钢板网组成。
顶模系统竖向功能分区图
顶模系统工程实施
超高层建筑施工常会用到高强、高性能混凝土,如广州西塔和深圳京基100大厦设计都用到了C80的高强混凝土,钢管内浇筑高抛自密实混凝土,混凝土的超高泵送等均是超高层混凝土施工的技术课题。主要涉及到这几个问题:一是优化配合比,通常来说,混凝土强度越高,其粘性越大,可泵性能越差,需要通过反复适配,确定最优配合比,在保证混凝土强度的同时,有良好的工作性能。可联合混凝土生产厂商做该项工作。施工时应重点控制,混凝土生产时所用材料是否符合要求,现场抽测混凝土的塌落度、扩展度、温度、倒筒时间等。二是超高层建筑经常设计采用钢管混凝土,由于钢管混凝土的特殊性,广州西塔和深圳京基100都应用了高抛自密实混凝土,辅助人工振捣。自密实混凝土除控制混凝土的塌落度、扩展度、温度、倒筒时间外,还需增加U形管的控制指标。深圳京基100的钢管混凝土更具代表性,其设计为矩形钢管柱,内有横、竖向隔板及钢筋笼,钢管混凝土的实体检测是一施工难题,目前,施工规范中仍采用超声波检测的方法,但钢管柱内的隔板和钢筋笼会影响超声波检测的结果。深圳京基100大厦施工中,联合湖南大学尝试采用“压电陶瓷”法对钢管混凝土进行检测,是对检测方法一种新的尝试。钢管混凝土实体检测有进一步研究。三是关于混凝土的超高泵送。目前,中联重科生产的HBT90.40.572RS泵机及三一重工生产的HBT90CH-2135D泵机都有多栋超高层建筑的施工实例,性能稳定。
需注意的要点:1)合理选择泵机,泵机的出口压力和泵送方量参数应能满足泵送高度的需求。2)应选择满足泵送需求的耐磨超高压输送泵管。3)注意泵机出口部位水平泵管的长度应大于楼高(泵送高度)的1/4。4)泵管竖向适当位置设置弯管,可弥补水平段不足。5)推荐泵管按楼层高度进行配管,离楼板上400~600处有接头,方便接管施工外框楼板。
HBT90.40.572RS泵机
五、垂直运输设备的选择
超高层建筑施工,垂直运输设备是保证工期的关键,主要是塔吊和施工电梯的选型、布置需满足施工需求。
塔吊选型要点:1)塔吊满足钢结构吊重需求,吊次分析满足钢构和土建施工进度需求。2)塔吊的布置位置及材料堆场的关系。3)塔吊的容绳量满足建筑高度需求。4)群塔布置满足的安全距离要求。5)塔吊基础的设计、塔吊爬升规划、塔吊拆除措施等。
施工电梯选型要点:1)施工电梯运力分析需满足人员上下班高峰期运人需求,材料运输能力满足施工进度需求。2)施工电梯布置位置尽量对后期施工影响最小。3)施工电梯分段管理,划分停靠楼层,提高效率。4)选择高速电梯,电梯的电机性能直接影响电梯的性能,选择有实力的生产厂家。5)施工电梯梯笼尺寸及运载重量可以综合考虑满足运输幕墙板块及机电设备的需求。6)楼层过高,电压降对施工电梯的影响,电缆线防卷问题。
六、各专业工程的插入
超高层建筑施工,涉及到各专业分包、甲指分包的劳务队伍,数量众多,协调管理难度大,主要为以下几方面问题。
1)安全管理;2)消防管理;3)各专业队伍之间塔吊使用的协调分配;4)各专业队伍之间施工电梯使用的协调分配;5)对幕墙单位、永久电梯施工单位、防火涂料单位等专业分包单位的协调管理。
八、超高层建筑施工的重难点总结
超高层建筑施工常见重、难点问题:
1)一般超高层建筑工程地址处于城市繁华地段,施工用地紧张,材料堆场狭小,堆场的合理布置、管理是难点。
2)基坑周边会存在建筑物、管线、地铁等设施,对周边环境影响的监控是重难点。
3)超高层建筑高度超高,工作面多、分布广,安全、消防体系庞大,管理困难。
4)施工过程中专业穿插多,总包管理工作内容繁琐,协调工作量大。
5)超高层测量精度要求高,对施工过程中建筑物变形监控检测是施工重难点。
6)部分超大钢构件安装是重难点。
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