高抗震區超高層勁性結構施工技術研究

馬飛燕 何成曉

上海建工五建集團有限公司 上海 200063

超高層建筑在設計其建筑造型與主體結構時，鮮有從施工難度及可操作性的角度去考慮，因此給施工單位帶來了不少困難。常見的難點有：大厚度核心筒墻模板的加固、高強度混凝土超高泵送、大直徑勁性柱施工、鋼構件吊件數量多、焊縫厚度大且長度較長、剪力鋼板墻的混凝土對稱澆筑等[1-3]。

本文基于某超高層勁性結構建筑項目，重點介紹上述難點的解決辦法，總結了超高層勁性結構在主體階段的主要施工難題，為類似項目提供了一定的參考。

1 超高層勁性結構工程概況

某超高層建筑群項目位于甘肅省蘭州市，處理8度抗震區。項目由3棟近300 m的超高層建筑，4棟商業及3層地下車庫組成，總建筑面積33.7萬 m2，是集辦公、酒店、SOHO及商業于一體的大型城市綜合體項目。建筑設計新穎、功能齊全。

其中，較為典型的塔樓B，地上54層，結構高度249.8 m，建筑高度278 m，地上建筑面積為105 884 m2。結構形式為內筒外框結構，其內筒為厚1.4 m混凝土剪力墻，混凝土強度等級為C60，剪力墻內有核心筒勁性柱及柱與柱間的厚度達40 mm的剪力鋼板，以增強核心筒抗剪能力。外框柱為雙向傾斜式勁性混凝土柱，柱內有厚40 mm的900 mm× 1 200 mm勁性柱，混凝土強度等級為C60。柱內縱筋采用HRB500鋼筋，直徑32～40 mm，隨柱傾斜，柱縱向鋼筋密集，配筋率很高。每10層有伸臂桁架層或伸臂環帶桁架層，其施工難度相當大。

2 超高層勁性結構主體施工階段難特點分析

1）塔吊吊重大導致運行速度慢，吊件太多太散。本項目的塔吊起重量大，但除勁性柱自重大（質量為18 t）外，勁性結構梁、剪力鋼板等吊件自重較小，但吊件數多，導致勁性結構吊裝效率低下。本項目B塔樓選用2臺STL720內爬塔吊，最大吊重32 t；勁性構件原設計每層包含勁性外框柱26件、核心筒鋼柱29件、暗梁32件、外框鋼梁98件、剪力鋼板76件，配件有摩擦板10包、高強螺栓30包，焊絲等沒有統計，現場吊裝合計301吊，按正常吊裝時間計算每天24吊（與土建穿插施工），約吊裝13個工作日。

2）散拼剪力鋼板焊縫多、焊接等級要求高，焊接效率低。剪力鋼板散件到現場后，需與核心筒柱之間進行焊接，同時，2塊剪力鋼板間也要進行焊接。2層工節的安裝高度內，剪力鋼板散件76塊，每棟塔樓鋼板剪力墻水平焊縫長度共計約1 235 m/節，需要焊絲約5.7 t，焊接量非常大。另外，本工程中所有工廠制作和工地安裝的坡口全焊透焊縫均為一級焊縫，部分熔透焊縫及主梁、柱子的貼角焊縫為二級焊縫，其余貼角焊縫為三級焊縫，但其外觀質量需符合二級焊縫的要求。這些對電焊工人的素質、現場的施焊條件及焊接質量要求特別高。

3）剪力鋼板上無流淌孔，對稱澆筑混凝土難度大。由于超高層建筑的抗震強度與剛度要求，對于核心筒內的剪力鋼板墻，一般不允許留置混凝土流淌孔。另一個原因是留置流淌孔的成本很高，每增加一個流淌孔，需要增加約0.02 t的強度加強環，成本大幅度增加。由于核心筒墻體內設置的剪力鋼板將剪力墻混凝土分隔成兩部分，因此在澆筑核心筒剪力墻時，混凝土墻內的混凝土液面高度不等，很難保證對稱澆筑，剪力鋼板兩側的混凝土液面不能同步上升，兩側模板受到的混凝土側壓力不均衡，會出現跑模、脹模等質量事故。

4）中段傾斜式勁性柱內大直徑高強度鋼筋調斜。為實現外立面的鉆石形狀，塔樓的大部分外框柱在出±0 m后，均先向外側傾斜，在中間樓層時又轉而向內部傾斜，傾斜斜率較大。另外，框柱內由于有勁性鋼柱的影響，且柱縱筋均為HRB500E鋼筋，直徑為40 mm，縱筋根數達76根，其調斜難度特別大。

5）雙向傾斜式勁性鋼柱安裝難度大、安裝精度難以控制。本項目3幢塔樓外立面均呈現鉆石狀切割，整體效果美觀度高。B塔樓的外觀最為雄壯，但其外觀是由復雜的內部結構支撐起來的。在B塔樓的東南角柱及西北角柱，存在由2根巨大的傾斜勁性柱匯聚而成的1根勁性柱（圖1），如何精確地對2根斜柱進行定位，使其在高空中交匯，難度非常大。

圖1 雙柱合一示意

6）本工程抗震等級高，豎向鋼筋配筋率高，鋼筋密集，混凝土的澆筑難度大。塔樓的剪力墻、連梁、框架梁、柱等抗震等級均為特一級。鋼筋強度等級為HRB500E，豎向鋼筋直徑達到40 mm。核心筒和外框柱鋼筋尤為密集，角部暗柱鋼筋面積配筋率可達到2.97%，這給鋼筋綁扎與混凝土澆筑帶來較大困難，時常有混凝土振搗棒拔不出來的情況。

3 主要施工工藝措施

3.1優化剪力鋼板墻分塊設計

通過優化剪力鋼板墻的分場設計，增加廠內焊接工作、減少施工現場吊件數量，提高吊裝、焊接效率。

如前文所述，為滿足大型勁性柱吊裝要求，塔樓內安裝了大型塔吊，其吊重能力強，但吊運速度慢。本項目針對此情況，將核心筒勁性結構進行了優化，將剪力鋼板與鋼柱在加工廠組裝完成為組合體，原來的18根鋼柱和26塊板，組合后為9件組合體；剪力鋼板散件20塊，每4塊組裝在一起，拼裝成5件。原來76吊完成的任務現只需要29吊。將核心筒內32件暗梁改為牛腿式對接。

如A塔樓，優化前共計301吊，優化后164吊，優化掉137吊，并且，現場的焊縫量大大減少，二氧化碳氣體保護焊絲現場使用量由5.7 t降低至3.1 t。鋼結構安裝時間可提前8 d有余。

3.2設計了一種混凝土對稱澆筑設備

針對核心筒剪力墻中間設置有剪力鋼板，但無流淌孔這一特殊情況，項目部設計了一種混凝土分料倉（圖2），可以均勻地分配混凝土，以保證剪力鋼板兩側混凝土液面均勻上升，墻體兩側的模板受到的混凝土側壓力大小相等，避免發生跑模、脹?，F象。

圖2 混凝土對稱澆筑設備設計示意

這種剪力鋼板墻混凝土對稱澆筑裝置服務于剪力鋼板墻混凝土對稱澆筑施工，并起到防止剪力鋼板被滴瀉的混凝土污染的功能。

剪力鋼板墻混凝土對稱澆筑裝置以薄型花紋鋼板焊接的接料臺為主體，配以4根橡膠軟管。使用時，只需要將此裝置用塔吊吊起，卡在剪力鋼板上，將4根軟管分左右靠在剪力鋼板上。澆筑混凝土時，采用泵車將混凝土泵入接料斗內，混凝土即可均勻地流淌至剪力鋼板兩側。使用完成后，用塔吊將該裝置吊至空地，進行清洗即可。此裝置已申請了國家實用新型專利。

3.3利用激光定位法，進行傾斜式勁性柱的安裝定位

本項目中的勁性鋼柱吊裝量大，3棟塔樓共約1 400多根。項目采用紅外激光定位裝置，利用光敏接收器與紅色激光在對接后，頂端的小型指示燈會持續發亮的原理進行鋼柱的快速定位與安裝工作，大大提高鋼結構就位校準工作效率。

使用時，在柱子吊裝前，首先將紅外激光發射器和接收器卡在定位卡尺上，再將卡尺安裝在柱身的定位卡件上，用鋼筋頭制作的插銷固定。之后將柱子進行吊裝，在確定x、y軸安裝尺寸準確后，調整定位柱上的接收器和吊裝柱上的發射器，使其處于卡尺上的相同位置，進行紅外激光對接，對接成功后，接收器上的指示燈會亮起；最后，在z軸校準過程中，發射器與接收器間不應有遮擋物，直至勁性柱安裝完成。

現有的勁性柱z軸安裝調整施工作業，粗放單一、耗時長、質量難以保證，會出現柱身x、y軸安裝準確，z軸卻出現錯位的情況，造成極大的質量、安全隱患。采用紅外激光定位裝置，操作簡單，可以反復使用，柱身等位卡件也不會對勁性柱造成任何損傷，在提高施工質量的同時，也降低了學習此裝置操作的時間成本和此裝置的使用時間成本。此施工方法已申請了國家發明專利。

3.4采用分體式液壓彎曲機進行大直徑鋼筋原位調斜

針對傾斜式勁性柱內大直徑高強度鋼筋調斜工作粗放單一、耗時長、質量難以保證的缺點，本項目研究出一種利用分體式液壓彎曲機進行大直徑鋼筋原位調斜的施工方法。首先，保障傾斜式鋼結構勁性柱的精準位置及傾斜角度；然后，參照已安裝的傾斜式鋼結構勁性柱，精確計算出傾斜式柱鋼筋的彎折點及彎折角度；再根據設計、規范要求的鋼筋保護層厚度和左勁性柱的直徑尺寸，精確計算出鋼筋與勁性柱的平行距離；最后，利用已澆筑的下端柱頂預留鋼筋的穩定性，選取柱鋼筋的彎折點，采用分體式液壓彎曲機，根據不同傾斜面鋼筋的傾斜方向和角度進行彎折。

傾斜式柱大直徑鋼筋彎折施工工藝流程如圖3所示。

圖3 斜柱鋼筋調斜工藝流程

3.5采用自密實混凝土，并在勁性柱和剪力鋼板墻上預留混凝土振搗腔

針對鋼筋密集、混凝土難以振搗密實的問題，可在避難層等鋼筋密集樓層，與設計與業主溝通換用流淌性好、對振搗要求不高的自密實混凝土。針對其他標準層局部鋼筋密集的區域，與設計與監理單位溝通，對豎向鋼筋位置進行規范與要求內的調整，預留出振搗腔，進行混凝土振搗澆筑施工。

4 結語

該項目位于蘭州市，抗震設防為8度，其主體施工階段的勁性鋼結構安裝是項目整體進度的主要影響點。在勁性結構施工過程中，探索出了剪力鋼板吊件優化，廠內加工、無流淌孔時的混凝土對稱澆筑、雙向傾斜式勁性柱的精確定位安裝及大直徑鋼筋的調斜安裝等施工工藝及工法，大大提高了主體階段的施工效率，保證了項目的質量與進度，為類似項目施工提供了一定的借鑒。