關(guān)于高層建筑施工關(guān)鍵技術(shù)的探討

韓宇昕

摘 要：文章通過(guò)對(duì)高層建筑施工技術(shù)的分析，介紹了我國(guó)超高層建筑施工中逆作法、整體鋼平臺(tái)模板體系、超高層建筑的混凝土泵送技術(shù)、鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)及鋼-混凝土組合施工技術(shù)及他們的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：高層建筑；施工技術(shù)；鋼結(jié)構(gòu) ；應(yīng)用情況

超高層建筑是現(xiàn)代工業(yè)化、商業(yè)化和城市化的必然結(jié)果。在土地資源十分寶貴的城市，尤其是人口眾多、居住面積少的我國(guó)，修建適量的超高層建筑是發(fā)展的必然方向。當(dāng)前，隨著超高層建筑的日益增加、工程規(guī)模日益擴(kuò)大和結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，導(dǎo)致了施工難度不斷增加，施工環(huán)節(jié)增多，同時(shí)也促進(jìn)了超高層建筑的施工技術(shù)不斷革新。

1.高層建筑施工技術(shù)分析

目前建設(shè)部重點(diǎn)推廣的建筑業(yè)十項(xiàng)新技：包括深基坑支護(hù)技術(shù)、高強(qiáng)高性能混凝土技術(shù)、高效鋼筋和預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)、粗直徑鋼筋連接技術(shù)、新型模板和腳手架應(yīng)用技術(shù)、建筑節(jié)能和新型墻體應(yīng)用技術(shù)、新型建筑防水和塑料管應(yīng)用技術(shù)、鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)、大型構(gòu)件和設(shè)備的整體安裝技術(shù)、企業(yè)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用和管理技術(shù)。這一系列新技術(shù)的出現(xiàn)，不但解決了過(guò)去傳統(tǒng)施工技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的技術(shù)瓶頸，推廣和引導(dǎo)了新的施工設(shè)備和施工工藝的出現(xiàn)，而且新的施工技術(shù)使得施工效率得到了空前的提高。

2.我國(guó)超高層建筑的施工技術(shù)探討

2.1 逆作法

逆作法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新興的施工工藝。逆作法是采用地下連續(xù)墻或排樁等作為基坑的支護(hù)體系，地下連續(xù)墻也可作為地下結(jié)構(gòu)的外墻，采用地下結(jié)構(gòu)的各層樓板結(jié)構(gòu)作為支護(hù)體系的支撐，使地下結(jié)構(gòu)從上至下的一種反向施工法。它具有縮短工期、降低造價(jià)、減小基坑變形、減小地下結(jié)構(gòu)施工隊(duì)周邊環(huán)境的影響等優(yōu)點(diǎn)。

逆作法以剛度極大的地下結(jié)構(gòu)梁板作為永久支撐結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的支護(hù)體系相比，可將基坑變形降為最低。相對(duì)常規(guī)順作法而言，逆作法可以地下連續(xù)墻作為基坑圍護(hù)，該地墻又可直接作為地下室外墻，而將地下結(jié)構(gòu)梁板作為永久支撐結(jié)構(gòu)，又省去了龐大的支撐費(fèi)用。另外，它還節(jié)省挖土棧橋、排架支撐、地下室外墻防水以及土方開挖后的回填費(fèi)用，匡算可節(jié)省地下結(jié)構(gòu)總造價(jià)的15%～20%。上海長(zhǎng)峰商城、上海環(huán)球金融中心的裙房區(qū)基坑圍護(hù)工程都采用逆作法施工。

2.2 整體鋼平臺(tái)模板體系

整體鋼平臺(tái)模板體系是適應(yīng)超高層建筑核心筒的施工而發(fā)展起來(lái)的一種新型模版體系。整體鋼平臺(tái)模板體系有5部分組成：鋼平臺(tái)、內(nèi)外吊腳手架、勁性構(gòu)架、升板機(jī)動(dòng)力部分和鋼大模。其基本原理是：將勁性構(gòu)架澆注在核心筒剪力墻體中，勁性構(gòu)架上配置升扳機(jī)，用升扳機(jī)整體提升鋼平臺(tái)，而吊腳手架則隨鋼平臺(tái)同時(shí)上升，鋼大模由設(shè)于腳手架上的倒鏈提升。整體鋼平臺(tái)模板體系用料少，只需安裝一次，提升快捷、方便，混凝土墻面質(zhì)量好，經(jīng)濟(jì)效益顯著，是一中很有推廣使用價(jià)值的超高層建筑施工的模板體系。

2.3 混凝土泵送技術(shù)

超高層建筑的混凝土強(qiáng)度高，體量大，國(guó)內(nèi)均為泵送混凝土。隨著混凝土泵制造工藝的發(fā)展，泵的輸送距離已經(jīng)完全能滿足“一泵到頂”的要求。為保證澆筑功效，不僅要求泵送混凝土具有恰當(dāng)?shù)呐浜媳龋€必須使用相當(dāng)數(shù)量的混凝土泵機(jī)和布料機(jī)。配合比設(shè)計(jì)上需采用粉煤灰及礦渣微粉雙摻技術(shù)，以減緩水泥水化過(guò)程中放熱速度，同時(shí)提高混凝土的后期強(qiáng)度，增強(qiáng)抗裂性。超高層泵送混凝土技術(shù)的關(guān)鍵是使混凝土泵送到規(guī)定高度的同時(shí)保持泵送混凝土各項(xiàng)指標(biāo)的勻質(zhì)性。上海環(huán)球金融中心和南京紫峰大廈均實(shí)現(xiàn)了大體積超高泵送混凝土技術(shù)。

2.4 鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

廣州新電視塔的主體結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)，施工過(guò)程中綜合應(yīng)用了鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)。廣州新電視塔有一座454m的塔身和156m的鋼結(jié)構(gòu)桅桿組成，總高610m。塔身有鋼結(jié)構(gòu)外框筒和鋼筋混凝土核心筒構(gòu)成。內(nèi)外框通過(guò)樓層結(jié)構(gòu)相連，但樓層缺失一半。功能層分段分布，外框筒由24根鋼柱和46個(gè)鋼橢圓環(huán)及斜鋼撐組成，由下到上，截面有大變小，再由小變大，扭轉(zhuǎn)而成，鋼柱截面由2000mm漸變到1200mm。核心筒結(jié)構(gòu)高達(dá)448m，截面呈橢圓形，外壁壁厚由1200mm隨高度減小到400mm，混凝土由C80變化到C40，內(nèi)置14根工字形截面的勁性柱。24根外框筒柱呈空間三維傾斜，且環(huán)間距離高達(dá)10余米，采用低收縮的C60混凝土。鋼外筒自上而下扭轉(zhuǎn)45°，施工變形控制難度大；底座與核心筒偏心9.3m，頂部鋼結(jié)構(gòu)與底座偏位9m，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，斜撐、異型構(gòu)件多，施工難度大。

廣州新電視塔工程的最大特色和難點(diǎn)就是鋼結(jié)構(gòu)施工工藝，由于結(jié)構(gòu)高度額形體上的特殊性，鋼結(jié)構(gòu)施工的吊裝、測(cè)量、焊接、變形控制等方面都存在很多的難題。

2.4.1 測(cè)量技術(shù)

測(cè)量控制技術(shù)必須精準(zhǔn)，該工程通過(guò)使用GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量基線網(wǎng)的測(cè)設(shè)，以高精度全站儀為重要手段，進(jìn)行構(gòu)件空中三維坐標(biāo)定位，保證了測(cè)量的準(zhǔn)確精度。

2.4.2 焊接技術(shù)

鋼結(jié)構(gòu)外筒均采用鋼管構(gòu)件，高空節(jié)點(diǎn)均為等強(qiáng)焊接連接。采用了二氧化碳?xì)怏w保護(hù)半自動(dòng)焊為主，手工焊為輔，進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)高空全位置焊接的焊接技術(shù)，對(duì)節(jié)點(diǎn)采用對(duì)稱分布焊接的焊接順序，焊接單元內(nèi)按立柱—斜撐—環(huán)梁的順序控制，同環(huán)內(nèi)節(jié)點(diǎn)采用對(duì)稱分布、交錯(cuò)焊接，最大限度的控制焊接變形的不利影響。

2.4.3 施工仿真分析技術(shù)

通過(guò)采用先進(jìn)的軟件平臺(tái)MIDAS和ANSYS對(duì)施工全過(guò)程的工況進(jìn)行仿真分析，了解結(jié)構(gòu)在重力作用下的變形規(guī)律，同時(shí)對(duì)溫度以及風(fēng)荷載對(duì)施工各階段的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析，確定了關(guān)鍵的工藝過(guò)程和方案，并確保最后施工完畢時(shí)，達(dá)到變形不超差、內(nèi)力不超限的要求。

2.4.4 預(yù)變性技術(shù)

通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)分析計(jì)算，制定了以階段調(diào)整、逐環(huán)復(fù)位為特征的預(yù)變性方案，進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)在恒載作業(yè)下的變形補(bǔ)償。

2.4.5 實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)

制定了以無(wú)線傳輸、實(shí)時(shí)檢測(cè)結(jié)構(gòu)溫度的檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的環(huán)境溫差條件下的溫度監(jiān)測(cè)方案。同時(shí)也布置了少量應(yīng)力傳感器對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化情況進(jìn)行監(jiān)控，確保工程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2.4.6 氣象保障措施

該廣州新電視塔在施工過(guò)程中委托廣州市氣象站負(fù)責(zé)工程周邊地區(qū)的近地和高空的氣象監(jiān)測(cè)，對(duì)風(fēng)力、溫度、濕度和異常氣候條件進(jìn)行近期、中期及長(zhǎng)期的氣象預(yù)報(bào)；同時(shí)建立了嚴(yán)密的防雷、防風(fēng)、風(fēng)雨措施，形成了以氣象預(yù)測(cè)為主要手段，以防風(fēng)、遮雨、避雷擊為重點(diǎn)的全天候應(yīng)對(duì)保障系統(tǒng)。

2.4.7 天線桅桿整體提升技術(shù)

廣州新電視塔156m高的天線桅桿，重約1800t左右，分成格構(gòu)段和實(shí)腹段，設(shè)置于454～610m的高空，施工難度大。因此制定了以計(jì)算機(jī)控制、液壓整體提升技術(shù)完成超高空桅桿的安裝就位的技術(shù)方案。

2.5 鋼—混凝土組合施工技術(shù)

鋼—混凝土結(jié)構(gòu)很好地利用了高強(qiáng)度鋼與混凝土的各自特性，使構(gòu)件截面減小而結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度提高，有鋼管混凝土、型鋼混凝土等多種形式。國(guó)內(nèi)常用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，鋼管混凝土具有復(fù)合受力，各展其長(zhǎng)的特點(diǎn)：混凝土在鋼管柱的約束下，呈三向受力狀態(tài)，抗壓能力得到大幅度的提高；而鋼管內(nèi)混凝土的存在也使得鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到提高，有利于充分發(fā)揮鋼材的高強(qiáng)度性能。廣州新電視塔即采用了鋼管混凝土施工技術(shù)。

3.結(jié)語(yǔ)

近20年來(lái)，我國(guó)超高層建筑得到飛速發(fā)展，與國(guó)際水平的差距也越來(lái)越小。以上海金茂大廈為代表的20世紀(jì)晚期的超高層建筑，以及以上海環(huán)球金融中心為代表的21世紀(jì)初期的超高層建筑，均充分體現(xiàn)了我國(guó)現(xiàn)代建筑及其施工技術(shù)的科技水平，尤其是我國(guó)超高層建筑的現(xiàn)代施工技術(shù)，已逐步形成一系列的成熟工藝，并在海內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。