鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)同步施工技術(shù)

肖 闖，王 勇，王東宛，朱井學(xué)，胡 闖，馮澤權(quán)

（中建八局第一建設(shè)有限公司，山東 濟(jì)南 250100）

隨著建筑行業(yè)地飛速發(fā)展，建筑設(shè)計(jì)外觀的多樣化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的多元化也隨之而來，建筑結(jié)構(gòu)形態(tài)已不僅限于規(guī)則的、普通的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，異形核心筒鋼板剪力墻，異形外幕墻鋼結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)形式異軍突起，隨之而來的是對其施工技術(shù)、施工工藝等進(jìn)行除舊更新。

1 工程概況

中部國際設(shè)計(jì)中心項(xiàng)目由被稱為“解構(gòu)主義大師”的普利茲克建筑獎(jiǎng)獲得者扎哈·哈迪德及其團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)，一期總建筑面積13.3 萬m2，由裙房和3棟塔樓組成，地下2 層，地上11 層，建筑形態(tài)以“郁金香”花朵為設(shè)計(jì)意向，塔身賦以白色線條勾勒出花朵經(jīng)絡(luò)，呈現(xiàn)弧形花萼的形態(tài)。建筑造型設(shè)計(jì)輕盈曼妙、流暢自然、渾然天成、獨(dú)具神韻，建筑效果圖如圖1 所示。結(jié)構(gòu)形式為高層鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，塔樓鋼框架自1～4 層逐漸外擴(kuò)，4 層往上逐漸向內(nèi)收縮，外擴(kuò)和收縮的變化通過鋼框架外圍的大截面斜鋼管柱實(shí)現(xiàn)。鋼框架為不規(guī)則的多邊形，沒有標(biāo)準(zhǔn)層，每層均不一樣，樓板采用鋼筋桁架樓承板。核心筒-2～4 層有鋼板剪力墻，4 層以上為型鋼暗柱，結(jié)構(gòu)模型圖如圖2 所示。

圖1 工程效果圖

圖2 結(jié)構(gòu)整體模型

2 鋼框架核心筒同步施工技術(shù)研究

2.1 傳統(tǒng)施工方法的局限

傳統(tǒng)的鋼框架與鋼筋混凝土核心筒施工時(shí)，核心筒施工領(lǐng)先于鋼框架5～6 層，待核心筒混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后開始鋼框架安裝。本項(xiàng)目地上僅11 層，由3 棟“郁金香”花型塔樓組成，塔樓采用“花型”鋼框架與鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，按照常規(guī)核心筒首先施工再進(jìn)行鋼框架施工的方法不利于現(xiàn)場工期控制要求，同時(shí)外圍鋼框架采用鋼筋桁架樓承板，樓承板垂直于桁架方向的鋼筋需在核心筒部分樓板施工時(shí)預(yù)留甩筋，不利于鋼板剪力墻的合模，同時(shí)安全隱患較大。因此傳統(tǒng)的鋼筋混凝土核心筒領(lǐng)先于鋼框架施工的方法不適用于本項(xiàng)目施工。

2.2 同步施工技術(shù)的研究與應(yīng)用

項(xiàng)目伊始就決定成立攻關(guān)小組解決鋼筋混凝土先于鋼框架同時(shí)施工造成施工進(jìn)度慢，施工工藝復(fù)雜的難題，經(jīng)過綜合研究與分析決定采用花型鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)同時(shí)施工的工序，經(jīng)過結(jié)構(gòu)受力軟件分析，咨詢專家、與設(shè)計(jì)單位溝通，先后解決了“花型”外展及收縮過程中梁柱受力問題，形成了“花型鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)同時(shí)施工建造工法”的完整工藝。

花型鋼框架外圍鋼柱均為斜柱，花型外展時(shí)斜柱通過鋼梁與核心筒鋼板墻連接，如何保證結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定，是施工的關(guān)鍵，同時(shí)花型收縮過程中核心筒為純混凝土剪力墻，鋼梁通過預(yù)埋與剪力墻連接，在施工工程中預(yù)埋件無法受力，如何保證鋼梁與鋼柱連接段高強(qiáng)螺栓不受剪，樓板澆筑過程中鋼梁不下?lián)?，以及桁架樓承板與木模板接觸面拼縫嚴(yán)密型的研究和探索，通過對鋼板剪力墻封閉環(huán)的加固，以及鋼梁的臨時(shí)支撐，并對樓承板與木模板的搭接確保了結(jié)構(gòu)的安全性及施工質(zhì)量的可控性。

2.2.1 主要技術(shù)難點(diǎn)

1）斜柱對接焊縫受剪，不利于結(jié)構(gòu)安全，安裝就位需及時(shí)通過鋼梁與核心筒鋼板剪力墻連接。

2）鋼板剪力墻不封閉，一邊受力容易造成墻體變形。

3）鋼梁預(yù)埋件無法受力，易造成鋼梁下?lián)霞肮潭ǘ烁邚?qiáng)螺栓剪壞。

4）桁架樓承板如何與木模板搭接位置已出現(xiàn)薄弱點(diǎn)不利于混凝土澆筑。

2.2.2 解決方案

1）斜柱安裝前先完成核心筒方向的鋼梁安裝。

2）通過增加型鋼拉結(jié)梁使鋼板核心筒形成封閉箍。

3）鋼梁懸臂段增加臨時(shí)支撐，保證鋼梁不下?lián)希邚?qiáng)螺栓不受剪。

4）樓承板與木模板搭接位置用鋼管支撐加固。

2.2.3 主要技術(shù)措施

根據(jù)目前現(xiàn)狀和理論，通過結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件驗(yàn)算斜柱自重對對接焊縫受剪的影響，鋼板剪力墻形成環(huán)形封閉箍需要增加鋼梁的位置、數(shù)量及截面大小，與設(shè)計(jì)單位人員保持溝通，通過驗(yàn)算，此方案符合現(xiàn)場施工參數(shù)，設(shè)計(jì)院出具計(jì)算書。

1）使用Tekla 軟件對核心筒鋼板墻及外鋼框架進(jìn)行建模，通過模型對構(gòu)件進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。

2）鋼框架外側(cè)鋼柱為斜柱（向外傾斜），通過鋼梁對鋼柱進(jìn)行拉結(jié)，轉(zhuǎn)換至中間鋼框柱再轉(zhuǎn)換至核心筒鋼板墻暗柱上。因核心筒混凝土未澆筑，抵抗側(cè)向力差，為增大核心筒內(nèi)的鋼板墻、暗柱、暗梁的整體穩(wěn)定性適當(dāng)進(jìn)行加固。

3）鋼框柱內(nèi)斜對內(nèi)側(cè)鋼柱受力小，核心筒內(nèi)無鋼板墻，因核心筒混凝土未澆筑，內(nèi)側(cè)鋼柱同核心筒之間的鋼梁需要增設(shè)臨時(shí)支撐，鋼梁通過預(yù)埋件與核心筒連接。

2.2.4 施工要點(diǎn)

1）鋼板墻之間增加連梁，形成封閉箍。原設(shè)計(jì)圖紙中，兩根型鋼柱之間的部分連接梁為混凝土梁，為了讓核心筒鋼骨架形成較為穩(wěn)定單元，增設(shè)型鋼梁，形成“封閉箍”，如圖3 所示。

圖3 核心筒鋼板墻之間增設(shè)型鋼梁

2）外框架梁柱進(jìn)行安裝，鋼梁直接跟核心筒內(nèi)的型鋼柱連接，如圖4、圖5 所示。

圖4 外框架鋼柱鋼梁安裝

圖5 鋼梁連接鋼柱與核心筒鋼柱

3）外框架鋼柱、鋼梁安裝完成后，核心筒內(nèi)鋼筋綁扎，模板支設(shè)，同時(shí)開始樓承板鋪設(shè)（圖6）。樓承板與鋼板剪力墻之間的搭接節(jié)點(diǎn)如圖7所示。

圖6 樓承板安裝完成

圖7 樓承板與核心筒連接節(jié)點(diǎn)

4）梁下臨時(shí)支撐設(shè)置。因核心筒混凝土沒有澆筑，預(yù)埋件與鋼柱間的梁還無法承擔(dān)自重及上部荷載，需要在核心筒與鋼柱間的鋼梁下方設(shè)置臨時(shí)支撐，設(shè)置區(qū)域如圖8 所示。鋼梁與預(yù)埋件剛接完成，預(yù)埋與核心筒鋼筋固定完成，核心筒區(qū)域可以進(jìn)行封模。

圖8 需要設(shè)置臨時(shí)支撐的區(qū)域

5）鋼梁與核心筒預(yù)埋件鉸接，預(yù)埋件與核心筒鋼筋固定，如圖9 所示。

圖9 鋼梁與預(yù)埋件鉸接

6）核心筒鋼筋綁扎完成，鋼梁預(yù)埋件固定，鋼梁與核心筒預(yù)埋連接完成，核心筒與整體樓板混凝土整體澆筑，如圖10 所示。

圖10 混凝土整體澆筑

3 同步施工技術(shù)總結(jié)

3.1 創(chuàng)新與突破

1）核心筒與鋼框架同時(shí)施工有利于縮短工期。

2）核心筒與鋼框架同時(shí)施工，核心筒無須搭設(shè)外架。

3）核心筒與鋼框架同時(shí)施工，避免核心筒樓板甩筋造成合模困難。

4）減少施工縫，有利于結(jié)構(gòu)安全。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

1）工期成本：優(yōu)化后的施工工藝方法每棟樓施工工期為節(jié)約工期60 天，按3 棟塔樓施工計(jì)算：60×3=180 天。

2）人工成本：按照每工日200 元計(jì)算，每棟樓需要工人60 人，共可節(jié)約2 160 000 元。

3）管理成本：項(xiàng)目及勞務(wù)共安排管理人員40 人，按每天250 元計(jì)算，共可節(jié)約1 800 000元。

4）核心筒甩筋合模及二次澆筑鑿毛成本：每層人工10 人，每工日200 元計(jì)算，3 棟塔樓，每棟11 層，共可節(jié)約66 000 元。

合計(jì)節(jié)約成本402.6 萬元。

4 結(jié)語

通過高層鋼框架—鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)同步施工技術(shù)的應(yīng)用，節(jié)約了工程施工成本，縮短整個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)工期，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，本技術(shù)具有一定的推廣價(jià)值。