淺談中國超高層建筑施工中的幾個(gè)問題

程詩文+張艷菲

摘 要：城市的金融商業(yè)中心寸土寸金，黃金地段的大樓必然向超高層發(fā)展。中國建造高樓的熱潮是從率先改革開放的廣東開始的，上海后來居上，進(jìn)入21世紀(jì)以后，中國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，帶動了城市天際線迅速向上增長，這種熱潮很快從東部城市向中、西部城市發(fā)展。在經(jīng)濟(jì)實(shí)力、城市形象、房地產(chǎn)等杠桿作用下，中國在建超高層建筑的數(shù)量已經(jīng)占世界在建總數(shù)的80%以上。每一棟超高層建筑都是一個(gè)國家和地區(qū)建筑水平、科技水平、經(jīng)濟(jì)實(shí)力的體現(xiàn)。該文將以長沙國際金融中心為例，談?wù)勗诔邔咏ㄖ┕ぶ械幕?、混凝土、核心筒和外框柱、玻璃幕墻和動臂塔吊等幾個(gè)問題。

關(guān)鍵詞：超高層建筑 長沙國際金融中心 施工

中圖分類號：TU974 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（a）-0160-02

1 長沙國際金融中心的基坑施工

1.1 基坑施工的特點(diǎn)

長沙國際金融中心是452 m的摩天大樓，建造它要使用6萬噸鋼、20萬立方米混凝土、11萬平方米的玻璃幕墻，自重將會達(dá)到62萬噸。為了讓地面上的樓體站的穩(wěn)固，超高層建筑都會下挖很深的基坑，基坑的深度一般不小于大樓地面高度的1/15，也就是說400 m高的樓至少要有30 m深的基礎(chǔ)。長沙國際金融中心的基坑深度是32.5 m，局部深度達(dá)到42.45 m。

1.2 基坑施工的難點(diǎn)

長沙國際金融中心施工工地的西側(cè)是同樣正在施工的長沙市地鐵1號線，所以就形成了兩個(gè)坑的交界施工。并且工地旁邊還有3棟100多米高的南北呈品字形的大樓，3棟大樓不僅在基坑的邊線之內(nèi)，而且離基坑的距離只有7 m，如果按照常規(guī)的施工方法垂直下挖，只有7 m的薄薄土層必將承受不住百米高樓那數(shù)萬噸的重量。

建筑業(yè)曾經(jīng)出現(xiàn)過原有建筑壓垮基坑，甚至原有建筑倒塌的嚴(yán)重事故，而長沙國際金融中心周圍有3棟百米高樓，基坑只要開挖，周圍的大樓就有下沉甚至垮塌的危險(xiǎn)。

1.3 基坑施工的方法

逆作法就很好地解決了這一問題。一般來說，逆作法有以下幾種分類：全逆作法、半逆作法、分層逆作法和部分逆作法。長沙國際金融中心工程采用的是部分逆作法，傳統(tǒng)工藝應(yīng)該是把土挖完，從下往上蓋，而部分逆作法采取的方法是中間往上蓋，兩邊從上往下蓋。也就是說在離建筑保持一定距離情況下，在基坑的中心位置斜向一次開挖到預(yù)定深度，而南北兩側(cè)保留一部分地基，這樣就利用土體自身的重力來對斜坡進(jìn)行緩壓，用形成的護(hù)坡保障原有3棟大樓的地基穩(wěn)固，因?yàn)檫@3棟樓的基礎(chǔ)都是淺于長沙國際金融中心的基坑的。中心島挖到預(yù)定深度以后，從下往上建造大樓主體，當(dāng)主體部分混凝土澆筑至地表以后，在地面鋪設(shè)附屬建筑部分的樓板，然后一反常態(tài)，掏挖地下一層的土方，澆筑該層的承重柱和外墻，形成從大樓主體，通過樓板支撐基坑的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，從而有效抵擋周邊原有3棟大樓的壓力。就這樣，建設(shè)者一層一層向地下施工，直到設(shè)計(jì)的負(fù)5層底板位置。

2 長沙國際金融中心混凝土的運(yùn)輸

2.1 混凝土的選擇

建筑施工從地下42 m到地上452 m一共使用了50萬立方米不同配比的混凝土，每一種混凝土的配合比都是工程技術(shù)人員經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)精確計(jì)算出來的。高度為452 m的1號塔樓自身重量達(dá)到62萬噸，施工中要使用標(biāo)號為C70的高強(qiáng)度混凝土。C70混凝土的黏度比較大，如果不提前去控制它，不去對它的配合比進(jìn)行優(yōu)化的話，很難在澆筑過程當(dāng)中，對它的影響因素進(jìn)行排除。這不僅對混凝土的配比要精確計(jì)算，而且還要考慮運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間。

2.2 混凝土運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)

長沙國際金融中心有兩座超高層塔樓，其中一號塔樓僅混凝土就使用了20萬立方米，也就是說塔樓每一層要使用上千立方米的混凝土。傳統(tǒng)的做法是使用吊車運(yùn)送，但在幾百米的超高層建筑上，這種方法顯然不行。

2.3 混凝土運(yùn)輸?shù)姆椒?/p>

長沙國際金融中心1號塔樓高度是452 m，工程所用的混凝土采用的是一泵到頂?shù)募夹g(shù)，是用高壓泵送車輸送混凝土的方法。它的工作原理與抽水機(jī)相仿，利用泵體產(chǎn)生的巨大壓力，將混凝土壓入泵管，通過垂直架設(shè)的輸送管道將混凝土泵送到幾百米高的工作面上。中國建設(shè)高層和超高層建筑的初期，混凝土主要靠吊車輸送，隨著中國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，超高層建筑在各個(gè)城市大量出現(xiàn)，中國生產(chǎn)的泵送設(shè)備逐漸取代了國外產(chǎn)品。2015年，深圳平安金融中心建筑工地，使用三一重工生產(chǎn)的泵車成功地將高強(qiáng)度混凝土泵送到1 000 m的高度，這標(biāo)志著中國建筑行業(yè)已經(jīng)具備了建造1 000 m超高層建筑的能力。

2.4 混凝土運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備

由于混凝土粘稠度大，里面又有石子骨料，所以超高層建筑的泵送壓力是非常大的。為了滿足452 m這樣的高度，工程技術(shù)人員在設(shè)備選擇上選用的是超高壓泵，它的泵送壓力是48 MPa（兆帕是工程上使用的壓力單位，1 MPa約為每平方厘米的壓力為10 kg），也就是說，長沙國際金融中心使用的超高壓泵車，像人手指甲蓋大小的面積上產(chǎn)生的壓力就能夠達(dá)到480 kg。

3 核心筒和外框柱

目前，超高層建筑通常都采用豎向核心筒、外框柱和組合樓板的結(jié)構(gòu)。

3.1 核心筒的作用和特點(diǎn)

核心筒作為大樓支撐與樓板外的鋼柱一同作為大樓的受力體系。

超高層建筑核心筒一般采用鋼筋混凝土澆筑，承受超高層建筑的水平荷載（風(fēng)荷載），并與結(jié)構(gòu)柱共同傳遞建筑物的豎向載荷。核心筒側(cè)壁一般為較厚的剪力墻，為了確保結(jié)構(gòu)的整體剛度，其開口的位置和尺寸都受到結(jié)構(gòu)受力及規(guī)范要求的限制，通常盡量居中，不宜開設(shè)較大的洞口。核心筒內(nèi)部，結(jié)合樓梯、電梯、設(shè)備用房的劃分，設(shè)有剪力墻等構(gòu)件與側(cè)壁相連，它們與層間結(jié)構(gòu)梁板共同提高核心筒的整體剛度。

3.2 桁架層施工的難點(diǎn)及解決辦法

為了加強(qiáng)樓體的抗風(fēng)抗震能力，超高層建筑還會設(shè)計(jì)加強(qiáng)層，一般使用伸臂桁架和腰桁架。452 m高的1號塔樓設(shè)計(jì)了5道桁架層。桁架層的鋼構(gòu)件總數(shù)有873件，重達(dá)4 100多噸，最大的單體構(gòu)件有36 t。桁架層的鋼構(gòu)件不僅又大又重，而且與外框立柱的連結(jié)點(diǎn)非常復(fù)雜，在安裝過程中的焊接以及吊裝和就位是非常困難的。為了在吊裝中一次準(zhǔn)確到位，常規(guī)的做法是在地面預(yù)拼裝一個(gè)實(shí)際大小的構(gòu)件，檢驗(yàn)施工中種種可能出現(xiàn)的問題，但這樣做費(fèi)時(shí)費(fèi)工，還要浪費(fèi)幾十噸鋼材。長沙國際金融中心項(xiàng)目成功地使用BIM技術(shù)（BIM是建筑信息模型的英文縮寫，建筑界稱之為BIM技術(shù)）解決了這個(gè)難題。20世紀(jì)70年代，受全球石油危機(jī)影響，美國喬治亞理工大學(xué)的伊斯曼教授提出在計(jì)算機(jī)上完成建筑的虛擬施工，以便提高工程建筑效率。20年前，中國已經(jīng)把建筑信息模型技術(shù)引入建筑業(yè)，現(xiàn)在許多公司都有自己的專業(yè)技術(shù)人員。

4 玻璃幕墻

4.1 玻璃幕墻的特點(diǎn)

隨著生活水平的提高，人們對建筑工程的要求不僅僅局限于結(jié)構(gòu)功能，同時(shí)還應(yīng)達(dá)到個(gè)性、美觀等要求；在實(shí)現(xiàn)基本結(jié)構(gòu)功能的同時(shí)，還應(yīng)帶來更強(qiáng)烈的視覺效果。玻璃幕墻是一種現(xiàn)代建筑外部防護(hù)結(jié)構(gòu)，除了具備遮擋、采光以及隔熱保溫等特點(diǎn)外，在結(jié)構(gòu)外形上要具有更大的多變性，可以更好地提高建筑工程建設(shè)綜合效益。與傳統(tǒng)建筑外墻結(jié)構(gòu)相比，超高層建筑選用玻璃幕墻建設(shè)方式進(jìn)行施工，可以更好地降低建筑物自重，并且具有較強(qiáng)的變位適應(yīng)性，減輕地震災(zāi)害，提高建筑工程的安全性。

4.2 玻璃幕墻的選擇

長沙國際金融中所使用的玻璃幕墻由鋁合金外框和節(jié)能玻璃組成，在幕墻制作工廠里按照規(guī)定尺寸把鍍上防紫外線膜的雙層玻璃裝上鋁合金外框運(yùn)到工地安裝。23萬平方米的購物中心樓頂，這里的玻璃選用了民用建筑等級最高的安全玻璃。安全方面主要是在玻璃出場之前，玻璃都進(jìn)行過熱浸處理，降低玻璃自爆的幾率。其次采用了雙層的夾膠玻璃，這樣兩片玻璃通過膠膜夾在一起，使得玻璃的安全性能更高，甚至幾個(gè)成年人在上面蹦跳都沒問題，而且玻璃即使是破了也不會發(fā)生掉落的情況。

5 “內(nèi)爬式”動臂塔吊

長沙國際金融中心所使用的是目前中國最先進(jìn)的“內(nèi)爬式”動臂塔吊，兩臺“內(nèi)爬式”動臂塔吊安裝在了核心筒的頂端，那里是建筑工地最高的工作崗位。

5.1 “內(nèi)爬式”動臂塔吊的特點(diǎn)

“內(nèi)爬式”動臂塔吊與一般常規(guī)塔吊相比，主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

（1）“內(nèi)爬式”動臂塔吊起重量大、穩(wěn)定性好。

（2）采用“內(nèi)爬式”，整體爬升，每當(dāng)核心筒升高到一定高度，動臂塔吊就依靠兩條固定在墻壁上的軌道，將最末一節(jié)車架提升固定在新的位置，吊車架依次提升，最終實(shí)現(xiàn)塔吊的自我爬升，節(jié)省了塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)以及附著件的租賃費(fèi)用。

（3）進(jìn)行“內(nèi)爬式”整體爬升，不需要增加標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，塔吊的最大起升高度只與建筑物的施工高度有關(guān)系。

（4）“內(nèi)爬式”動臂塔吊需要增加內(nèi)爬框以及內(nèi)爬支撐鋼梁。

5.2 超高層建筑在使用動臂塔吊時(shí)的難點(diǎn)

超高層建筑的塔吊司機(jī)因?yàn)闃翘莸恼趽?，只能看到核心筒工作面上狹小的范圍，遇到雨霧天氣，連幾十米遠(yuǎn)的核心筒也難以看到，因此在工作時(shí)經(jīng)常進(jìn)行盲吊。盲吊是指什么都看不見，就能夠把物品在幾百米之下從地面上準(zhǔn)確無誤地吊到空中并運(yùn)送到位。這憑靠著塔吊司機(jī)平時(shí)的一些經(jīng)驗(yàn)和塔吊的一些數(shù)據(jù)以及地面的指揮。

6 結(jié)語

近10年間，隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，超高層建筑猶如雨后春筍般大量出現(xiàn)在各城市的中心區(qū)。但因發(fā)展時(shí)間不長，我國目前對超高層建筑基坑、核心筒、混凝土運(yùn)輸、幕墻及塔吊部分的研究并不多。文章希望通過對長沙國際金融中心施工中遇到的一些問題和解決的辦法，提出一些成熟的經(jīng)驗(yàn)，為今后的項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供一些前瞻性思考。

參考文獻(xiàn)

[1] 唐蘭.超高層建筑玻璃幕墻的施工技術(shù)研究[J].幕墻專欄，2014（11）：22-23.

[2] 張文光，劉莉莉.“內(nèi)爬式”動臂塔吊在超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝中的應(yīng)用[J].施工與組織管理，2014（4）：69-72.