淺談中國超高層建筑施工中的幾個問題

程詩文+張艷菲

摘 要：城市的金融商業中心寸土寸金，黃金地段的大樓必然向超高層發展。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，進入21世紀以后，中國經濟的飛速發展，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、西部城市發展。在經濟實力、城市形象、房地產等杠桿作用下，中國在建超高層建筑的數量已經占世界在建總數的80%以上。每一棟超高層建筑都是一個國家和地區建筑水平、科技水平、經濟實力的體現。該文將以長沙國際金融中心為例，談談在超高層建筑施工中的基坑、混凝土、核心筒和外框柱、玻璃幕墻和動臂塔吊等幾個問題。

關鍵詞：超高層建筑 長沙國際金融中心 施工

中圖分類號：TU974 文獻標識碼：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

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，自重將會達到62萬噸。為了讓地面上的樓體站的穩固，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。長沙國際金融中心的基坑深度是32.5 m，局部深度達到42.45 m。

1.2 基坑施工的難點

長沙國際金融中心施工工地的西側是同樣正在施工的長沙市地鐵1號線，所以就形成了兩個坑的交界施工。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，而且離基坑的距離只有7 m，如果按照常規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萬噸的重量。

建筑業曾經出現過原有建筑壓垮基坑，甚至原有建筑倒塌的嚴重事故，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。

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，傳統工藝應該是把土挖完，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定深度，而南北兩側保留一部分地基，這樣就利用土體自身的重力來對斜坡進行緩壓，用形成的護坡保障原有3棟大樓的地基穩固，因為這3棟樓的基礎都是淺于長沙國際金融中心的基坑的。中心島挖到預定深度以后，從下往上建造大樓主體，當主體部分混凝土澆筑至地表以后，在地面鋪設附屬建筑部分的樓板，然后一反常態，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定結構，從而有效抵擋周邊原有3棟大樓的壓力。就這樣，建設者一層一層向地下施工，直到設計的負5層底板位置。

2 長沙國際金融中心混凝土的運輸

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人員經過多次實驗精確計算出來的。高度為452 m的1號塔樓自身重量達到62萬噸，施工中要使用標號為C70的高強度混凝土。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行優化的話，很難在澆筑過程當中，對它的影響因素進行排除。這不僅對混凝土的配比要精確計算，而且還要考慮運輸的時間。

2.2 混凝土運輸的特點

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。傳統的做法是使用吊車運送，但在幾百米的超高層建筑上，這種方法顯然不行。

2.3 混凝土運輸的方法

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的技術，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相仿，利用泵體產生的巨大壓力，將混凝土壓入泵管，通過垂直架設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，隨著中國經濟的迅猛發展，超高層建筑在各個城市大量出現，中國生產的泵送設備逐漸取代了國外產品。2015年，深圳平安金融中心建筑工地，使用三一重工生產的泵車成功地將高強度混凝土泵送到1 000 m的高度，這標志著中國建筑行業已經具備了建造1 000 m超高層建筑的能力。

2.4 混凝土運輸的設備

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，工程技術人員在設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生的壓力就能夠達到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構。

3.1 核心筒的作用和特點

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（風荷載），并與結構柱共同傳遞建筑物的豎向載荷。核心筒側壁一般為較厚的剪力墻，為了確保結構的整體剛度，其開口的位置和尺寸都受到結構受力及規范要求的限制，通常盡量居中，不宜開設較大的洞口。核心筒內部，結合樓梯、電梯、設備用房的劃分，設有剪力墻等構件與側壁相連，它們與層間結構梁板共同提高核心筒的整體剛度。

3.2 桁架層施工的難點及解決辦法

為了加強樓體的抗風抗震能力，超高層建筑還會設計加強層，一般使用伸臂桁架和腰桁架。452 m高的1號塔樓設計了5道桁架層。桁架層的鋼構件總數有873件，重達4 100多噸，最大的單體構件有36 t。桁架層的鋼構件不僅又大又重，而且與外框立柱的連結點非常復雜，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確到位，常規的做法是在地面預拼裝一個實際大小的構件，檢驗施工中種種可能出現的問題，但這樣做費時費工，還要浪費幾十噸鋼材。長沙國際金融中心項目成功地使用BIM技術（BIM是建筑信息模型的英文縮寫，建筑界稱之為BIM技術）解決了這個難題。20世紀70年代，受全球石油危機影響，美國喬治亞理工大學的伊斯曼教授提出在計算機上完成建筑的虛擬施工，以便提高工程建筑效率。20年前，中國已經把建筑信息模型技術引入建筑業，現在許多公司都有自己的專業技術人員。

4 玻璃幕墻

4.1 玻璃幕墻的特點

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構功能，同時還應達到個性、美觀等要求；在實現基本結構功能的同時，還應帶來更強烈的視覺效果。玻璃幕墻是一種現代建筑外部防護結構，除了具備遮擋、采光以及隔熱保溫等特點外，在結構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綜合效益。與傳統建筑外墻結構相比，超高層建筑選用玻璃幕墻建設方式進行施工，可以更好地降低建筑物自重，并且具有較強的變位適應性，減輕地震災害，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能玻璃組成，在幕墻制作工廠里按照規定尺寸把鍍上防紫外線膜的雙層玻璃裝上鋁合金外框運到工地安裝。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生掉落的情況。

5 “內爬式”動臂塔吊

長沙國際金融中心所使用的是目前中國最先進的“內爬式”動臂塔吊，兩臺“內爬式”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 “內爬式”動臂塔吊的特點

“內爬式”動臂塔吊與一般常規塔吊相比，主要有以下幾個特點。

（1）“內爬式”動臂塔吊起重量大、穩定性好。

（2）采用“內爬式”，整體爬升，每當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，將最末一節車架提升固定在新的位置，吊車架依次提升，最終實現塔吊的自我爬升，節省了塔吊標準節以及附著件的租賃費用。

（3）進行“內爬式”整體爬升，不需要增加標準節，塔吊的最大起升高度只與建筑物的施工高度有關系。

（4）“內爬式”動臂塔吊需要增加內爬框以及內爬支撐鋼梁。

5.2 超高層建筑在使用動臂塔吊時的難點

超高層建筑的塔吊司機因為樓梯的遮擋，只能看到核心筒工作面上狹小的范圍，遇到雨霧天氣，連幾十米遠的核心筒也難以看到，因此在工作時經常進行盲吊。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確無誤地吊到空中并運送到位。這憑靠著塔吊司機平時的一些經驗和塔吊的一些數據以及地面的指揮。

6 結語

近10年間，隨著我國經濟的飛速發展，超高層建筑猶如雨后春筍般大量出現在各城市的中心區。但因發展時間不長，我國目前對超高層建筑基坑、核心筒、混凝土運輸、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，提出一些成熟的經驗，為今后的項目設計提供一些前瞻性思考。

參考文獻

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

[2] 張文光，劉莉莉.“內爬式”動臂塔吊在超高層建筑鋼結構安裝中的應用[J].施工與組織管理，2014（4）：69-72.