超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)全逆作法施工關(guān)鍵技術(shù)分析

韓陽，張義，李珊

（中建三局第一建設(shè)工程有限責任公司，湖北 武漢 430024）

0 緒論

隨著我國經(jīng)濟飛快發(fā)展，越來越多的超高層建筑出現(xiàn)在視野中，成為城市的活力之源。

為響應(yīng)政策節(jié)能減排，實現(xiàn)綠色環(huán)保的施工理念，逆作法施工工程打破傳統(tǒng)建筑思維，相比于傳統(tǒng)施工模式，不僅可以節(jié)約成本和資源，而且達到綠色環(huán)保的要求。

本文結(jié)合南京金茂二期超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的全逆作法施工過程，介紹了塔樓核心筒及地下室“全逆作”施工特點及質(zhì)量控制措施。

1 常見施工技術(shù)對比

深基坑工程施工技術(shù)有順作法和逆作法兩種方式，兩種方式在施工流程、安全性、經(jīng)濟效益上有很大區(qū)別。

1.1 施工流程對比

順作法施工是由上而下分層開挖，逐層來搭建水平支撐體系，底下底板完成后，再由下而上拆除水平支撐體系并施工。

逆作法施工是自上而下分層開挖，各層同步實施永久梁板支護，用作水平支撐體系，待底板達到設(shè)計強度時，底板封底，并且根據(jù)工程進度要求，進行上下部結(jié)構(gòu)的同步施工。

1.2 安全性對比

圖1 加強層桁架鋼結(jié)構(gòu)示意圖

全逆作法施工方案須由三級安全總監(jiān)參與討論，方案保障手續(xù)齊全。逆作法利用永久梁板作為結(jié)構(gòu)體系作為水平支撐，剛度較大，因此基坑變形較小，穩(wěn)定性良好。

1.3 經(jīng)濟效益對比

全逆作法施工可使建筑物地面上部的施工和地面下部的施工同時，可節(jié)省大量工時，極大地利用地下空間，擴大地下室建筑面積等，極大程度地提高經(jīng)濟收益。

2 工程背景

2.1 工程概況

南京金茂廣場二期項目，包含一座68層高，結(jié)構(gòu)高度達308m的超高層塔樓，7層高的商業(yè)裙房，以及五層地下室。地面以上建筑面積約為197299.92m2，鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量約2.8萬噸，塔樓外輪廓為梯形，尺寸為56m×69m×31m×69m。本工程結(jié)構(gòu)形式為框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系，塔樓核心筒為全逆作，疊合墻內(nèi)設(shè)置逆作SRC后疊合柱，單根最大重量為3.2噸；塔樓外框由20根100厚板變截面異形柱+巨型斜撐組成，外框柱在逆作分隔面由圓管柱轉(zhuǎn)為十字柱。

2.2 桁架鋼結(jié)構(gòu)布置

塔樓共三道加強層桁架，分布在21、38、58層，主要由H型鋼和箱型構(gòu)件組成，桿件最大截面：H800×800×60×60，口750×750×50×50。

標準層主要由外框勁性十字柱（+1300×400×50×50）、H型鋼梁（H2200×400×35×35）、核心筒勁性H型鋼柱和勁性H型連梁組成，建筑面積約為2800㎡。

標準層主要由外框勁性十字柱（+1300×400×50×50）、H型鋼梁（H2200×400×35×35）、核心筒勁性H型鋼柱和勁性H型連梁組成，建筑面積約為2800㎡。

裙房轉(zhuǎn)換桁架分布于結(jié)構(gòu)四至六層，桁架自身高度11m，最大跨度約60m，組成構(gòu)件類型為箱型構(gòu)件，最大截面尺寸為□1000×600×40×40。

3 逆作法實施關(guān)鍵技術(shù)

圖4 裙房轉(zhuǎn)換桁架體系示意圖

圖5 疊合墻內(nèi)SRC后疊合柱分布示意圖

地下室采用全逆作法施工，施工技術(shù)要求較高，施工難點較大。在開始施工前要綜合考慮全面因素，如：設(shè)計要求、結(jié)構(gòu)自身特點、施工現(xiàn)場環(huán)境和進度工期安排等，確保安全可靠，項目順利進行。

鋼結(jié)構(gòu)材料組織相對于混凝土材料均勻，各向同性均勻，因而在鋼結(jié)構(gòu)在應(yīng)用期間，對鋼結(jié)構(gòu)進行模擬分析的理論結(jié)果會比較符合實際的受力情況，在施工過程中采用有限元模擬分析是關(guān)鍵的一環(huán)，可以模擬復雜受力條件下的變形情況，并實時監(jiān)控，確保施工順利進行。

鋼結(jié)構(gòu)施工主要包括復雜條件下疊合柱施工與變形控制技術(shù)、一樁一柱施工控制技術(shù)、復雜節(jié)點設(shè)計、加工及安裝控制技術(shù)等3部分，采用的主要施工技術(shù)如下。

3.1 復雜條件下疊合柱施工與變形控制技術(shù)

本工程結(jié)構(gòu)形式為框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系，塔樓核心筒為全逆作，疊合墻內(nèi)設(shè)置逆作SRC后疊合柱，單根最大重量為3.2噸；塔樓外框由20根100厚板變截面異形柱+巨型斜撐組成，外框柱在逆作分隔面由圓管柱轉(zhuǎn)為十字柱；核心筒內(nèi)B5～L68層內(nèi)含勁性鋼骨柱，L67～Roof為塔樓頂部斜面造型。

逆作疊合柱截面尺寸：H500×300×30×30，單根最大重量為3.2噸，需單獨設(shè)置生根位置，精準定位。

3.2 一樁一柱施工控制技術(shù)

本工程根據(jù)設(shè)計要求，一柱一樁的鋼管垂直度必須控制在L/500，鋼管柱基本位于地下，長度約30余米，施工僅能位于地上，無法直接觀測；鋼管柱與鋼筋籠穿插3.5m～4.8m不等，處于地下-26m標高以下，無法直接保證順利插入；鋼柱柱底處于鋼筋籠內(nèi)，且周邊為泥漿護壁的原狀土，無法直接利用工具調(diào)整控制柱底平面定位。

①由于運輸途中不確定因素較多，提前在制作廠中將鋼柱變換成多段來制作完成，在運輸途中將影響降到最低，待運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場中再組成一體結(jié)構(gòu)?？梢杂行П苊庹w運輸中的彎曲變形，進而在源頭上把關(guān)控制好倒插柱的垂直度。

②待鋼柱運送到現(xiàn)場后，進一步在施工階段控制倒裝垂直度，在水平胎架上拼裝完成過程中，測量系統(tǒng)實時監(jiān)控，待滿足精度要求后，進入焊接工序。

③施焊前必須清除焊接部位及周邊表面污質(zhì)，需要進行焊前預熱以及焊縫后熱處理，嚴格控制焊接順序。

3.3 復雜節(jié)點設(shè)計、加工及安裝控制技術(shù)

逆作交界面厚板異形柱復雜節(jié)點、塔樓巨型斜撐節(jié)點、裙房大跨度桁架支撐等節(jié)點設(shè)計、加工及安裝控制尤為關(guān)鍵。

進行施工前全過程的三位仿真數(shù)值模擬，利用ANSYS軟件對節(jié)點部位受力驗算和變形模擬，對接過程中、施工至加強層時對該部位進行應(yīng)力及變形檢測，專人駐廠監(jiān)造，保證加工質(zhì)量。

4 結(jié)論

通過南京金茂廣場二期超高層建鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計分析，在各方面的共同努力下，順利完成。南京金茂廣場二期項目鋼結(jié)構(gòu)工程結(jié)構(gòu)體系復雜，逆作法施工難度較大，給施工帶來極大的困難。通過考慮復雜條件下疊合柱施工與變形控制技術(shù)、一樁一柱施工控制技術(shù)和復雜節(jié)點設(shè)計、加工及安裝控制技術(shù)，形成系統(tǒng)完善的超高層鋼結(jié)構(gòu)逆作法體系，順利推動施工開展，兼具經(jīng)濟及社會價值，可為類似超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)逆作法施工提供技術(shù)指導。