深圳赛格广场超高层钢管混凝土结构综合施工技术方案

深圳赛格广场超高层钢管混凝土结构综合施工技术方案1.0工程概况1.1由中建二局承建的深圳赛格广场是一座以高科技电子配套市场为主，集办公、会展、商贸、金融、证券、娱乐为一体的现代化、多功能、智能型超高层建筑。该工程占地面积9653m²，建筑面积171203m²，地上72层，直升飞机停机坪标高291.60m，建筑物总高353.80m，地下4层，深19.5m。结构采用有钢管混凝土柱和钢梁构成的框筒结构体系。平面呈八角形的塔楼沿周边布置了16根钢管混凝土外框柱，直径由下而上分别为1.60m，1.50m，1.40m，1.30m，核心筒每边布置8根直径分别为0.80米和1.10米的钢管混凝土柱和钢梁连接形成框式筒壁结构。见下图：核心筒柱塔楼结构平面示意图核心筒框架梁外框柱核心筒内纵横两个方向各布置了4道劲性混凝土剪力墙，使核心筒形成了大厦坚强的抗侧力构件。核心筒与外框柱之间是焊接工字型钢梁，在钢梁上铺设压型钢板，并在钢梁上翼缘上焊接抗剪栓钉，其上浇注钢筋混凝土，形成一个整体的组合结构楼面。沿塔楼竖向，从裙房顶开始每隔15层设置一道加强层，在加强层内、核心筒与外框柱之间设置了16榀钢桁架，并在该层的外框柱周边又设置了周边钢桁架。加强层形成了相对刚性的整体，增强了塔楼外框架与核心筒的共同工作性能，构成强大的空间抗侧力结构体系，承担风荷载和地震荷载作用。1.2施工技术概述钢管混凝土结构施工过程由两个部分组成。其一是钢结构的制作与安装：包括钢管的制作与安装、钢梁的制作与安装、构件节点的焊接与栓接、钢结构的涂装等；其二是钢筋混凝土结构的施工：包括钢管内核芯混凝土的浇灌，楼面压型钢板及钢筋混凝土楼面板，劲性混凝土剪力墙、电梯井和楼梯间等。中建二局在赛格广场施工中，重点开发了地下室（层数：4层）逆作法施工技术，钢管混凝土结构综合施工技术，高抛免振捣自密实混凝土施工技术。推广应用了劲性混凝土楼面无支撑吊模施工技术，核心筒电梯井工具式整体提升模板施工技术，集中搅拌及商品混凝土技术，粗钢筋冷挤压连接技术，地下室外墙表面渗透型刚性防水技术，大体积混凝土自动测温电脑控制系统等一系列新材料、新技术。这些新技术的开发和应用为赛格广场高质量、高水平、高速度的建成奠定了基础。下面依次作简要介绍2.0全逆作法施工技术在施工完地下连续墙和人工挖孔桩之后，立即施工地下室（层数：4层）的钢管混凝土柱和首层楼面梁板结构，并且通过冠梁使其与周边地下连续墙连接。在此之后就形成了地面以上和地面以下两个施工作业面。赛格广场工程采用逆作法施工的实物工程量为：※土方挖运工程量：112300m3³※钢结构安装工程量：2900t※钢筋工程量：3000t※模板工程量：44636m2※混凝土工程量：25680m3³2.1深基坑支护在逆作法施工中，如何考虑和实施深基坑支护是第一个难题。在赛格广场地下室逆作法施工方案中，深基坑支护是采用由地下连续墙和沿墙的一部分框架及其楼面结构共同组成的周边结构来承担基坑外水平力。周边结构随着逐层土方开挖逐步形成，其抗侧力性能也逐步加强。由于在方案中优先保证了基坑支护条件使周边结构形成了多道地下连续墙可靠的水平支撑，使地下连续墙在土方开挖过程中的水平侧移得到了有效的控制。2.2施工平面与空间的划分在长达数月的逆作法施工过程中如何考虑各个专业工种之间的关系，如何合理安排施工平面和空间的划分是第二大难题。在赛格广场地下室逆作法施工中遵循以下原则：首先要保证结构安全，必须满足基坑支护条件。因此支护结构所在平面范围和形成过程中所需要的平面与空间是应首先予以保证的；其次是土方作业空间。因为逆作法施工中大量的暗挖土方量要在有限的时间内完成并运出现场，因此在施工平面和空间条件上充分保证土方工程能最大限度的实现机械化作业是提高工效、缩短工期的关键。在保证以上两条的前提下，尚应安排好人员通道、一般材料通道、设备及钢构件通道等。赛格广场有4层地下室，逆作法的时间长、施工过程复杂，因此在施工进程中，平面和空间的合理划分和利用还需要不断进行调整和变化。现场各专业、各工种、各工序之间的协调配合极为重要。2.3逆作法施工中如何制定各专业工种的最佳施工方案是第三个难题2.3.1土方施工方案：赛格广场地处闹市中心，逆作法挖运土方量超过11万立方米，工效和出土速度至关重要。土方挖运方案的原则是在保证基坑结构安全的前提下，最大限度地提高挖运工作的机械化程度，白天挖掘和集土，夜间集中装运。在土方挖掘过程中，沿地下连续墙周边的冠梁上设置12个沉降观测点，并且在周边的建筑物上有选择的设置了沉降观测点。土方开挖后，坚持每三天观测一次。由于本工程未采取降水等措施，没有造成周围建筑物的有害沉降。在土方开挖过程中；沿地下连续墙四周每边设置五处地下连续墙水平位移观测点，每处观测点从首层楼板下开始，向下连续布置，续观测地下连续墙的侧移情况。由于每层开挖都在上方的水平支撑形成后才开始，而且每层开挖深度仅限于一个楼层高度，因此地下连续墙侧移量比较小，墙体最大水平位移仅为21mm。2.3.2钢结构安装方案由于逆作法钢结构安装全部在首层楼板下进行，大型吊装机械均无法使用。钢构件的垂直运输、水平运输、就位、吊装、临时固定、校正和焊接都是采用一套以卷扬机、滑轮组和神仙葫芦为主要工具的特殊机具和特殊吊装工艺来完成。2.3.3钢筋混凝土结构施工方案在逆作法施工中，土方、钢结构安装和混凝土工程是相互衔接、交叉施工的，任何一项工作都要尽量缩短自己的工作时间，并为后续工序提供施工条件。在赛格广场地下室逆作法施工中所有劲性混凝土楼面结构全部采用吊模方法施工，因为吊模施工方案在楼面混凝土浇注完毕后，只要楼面结构混凝土强度能满足要求，不需等模板拆除就可以开始楼板下的土方开挖，有利于加快进度、缩短工期。2.4赛格广场逆作法施工的效益2.4.1逆作法施工调整了高层建筑施工的总体进度，把大部分地下工程作业时间调整到关键线路之外，使地面以上工程提前110天开始施工，从而实现缩短总工期的目标。2.4.2有利于在施工场地极为狭窄的工程中提高场地利用率首层楼面施工后，在首层楼面7430m²的范围内，有2/3左右的场地均可作为施工临时道路和施工临时场地，大大缓解了施工场地狭小的困难，使后续的各项施工项目得以顺利进行。2.4.3逆作法施工可以减少深基坑支护费用，降低工程成本赛格广场工程如果先做土方开挖，则地下连续墙至少要设置3道水平支撑才能挖到设计标高，采用逆作法施工方案后，水平支撑全部由正式结构承担。3.0吊机的选择及平面布置3.1由于业主将赛格广场工程分为两期施工，两次招标，且不确定两期工程是否会连续施工，因此大型吊机的配置也是按两期工程分别考虑的。第一期工程是4层地下室和10层裙房；第二期工程是塔楼。3.1.1地下室地下室钢管柱和首层钢梁单根构件的最大尺寸为φ1600mm，长24.20m，重量为27.60t。所有吊装工作均在原地面上进行。采用（1）110t轮胎吊一台主要负责16根φ1600mm钢管柱吊装；（2）50t履带吊一台负责其它所有构件的吊装；（3）35t汽车吊一台辅助吊机。3.1.2裙房10层裙房的屋顶标高为+49.60m，平面尺寸为72mx72m（12m柱距布置）。单根构件的最大重量为14t。采用（l）一台国产H3/36B型附着式塔吊，最大回转半径52m、最大起重量12t；（2）一台国产C7022型附着式塔吊，最大回转半径40m、最大起重量16t。吊机基座采用人工挖孔桩基础，基础标高低于地下室底板底部标高，吊机在裙房钢结构上附壁。3.1.3塔楼塔楼72层，屋顶直升飞机停机坪的标高为291.60m；平面形状为八角形；两侧主轴方向外框柱的中心距离为40.50m×40.50m；内筒周边柱的中心距离为21.30m×18.80m。单根构件的最大重量为15t。因为钢构件安装工作量大，必须设置两台吊机。从充分发挥吊机工作性能考虑，两台吊机都必须布置在核心筒外的钢框架上。由于赛个广场的建筑总高度已经超过300m。只能选择内爬式吊机。决定采用（1）一台澳洲FAVCO公司生产的M440D型内爬式塔吊为主吊机，最大回转半径52.50m／起重量为8t，最大起重量为16t钢丝绳走1／回转半径为32.50m；（2）一台国产C7022型内爬式塔吊为辅助吊机，最大回转半径30.00m／起重量7t、最大起重量为16t／回转半径为15.0m。3.2赛格广场大型塔吊的配置中有三大难题：第一是一期工程转为二期工程时，大型塔吊在150m高空的安装与转换位置，以及塔楼完成后大型塔吊在350m高空的转换位置及拆除；第二是怎样合理设计支持塔吊爬升的工具梁系统，使其最可靠、方便并且费用最低；第三是两台大型塔吊在钢框架上工作时，对尚未形成完整结构的钢框架带来的不利影响。3.2.1塔吊的安装与拆除1)第一期工程塔吊的拆除和第二期工程塔吊安装是同时进行的。具体方法是：（1）C7022塔吊先完成二期工程中塔楼最下面三个安装段的结构安装工作；（2）由C7022塔吊在M440D临近位置安装上下两道工具梁系统；（3）由C7022塔吊完成M440D塔吊的全部安装工作；（4）由M440D塔吊拆除H3/36B塔吊；（5）由M440D塔吊拆除C7022塔吊，并对C7022塔吊进行改造；（6）由M440D塔吊在新的位置安装C7022塔吊（改造后）的工具梁系统和塔吊。2)塔楼施工完成后，塔吊拆除的具体方法是：（1）由M440D塔吊拆除C7022（改造后）塔吊；并对C7022塔吊进行还原。（2）由M440D塔吊在新位置安装C7022塔吊。（3）由C7022塔吊将M440D塔吊全部拆除（包括工具梁）。（4）由C7022塔吊安装一台起重量为8t的全装配式简易塔吊（5）由全装配式简易塔吊将C7022塔吊全部拆除（包括工具梁）。（6）最后将全装配式简易塔吊支解后，由外用电梯放送到地面。3.2.2塔吊的爬升及工具梁系统二期工程两台内爬式塔吊从安装位置：上夹持层15F／下夹持层12F；到最后拆除位置：上夹持层72F／下夹持层69F，一共爬升19次。有20个塔吊工作站位。每一次工作站位的上下夹持层，高度最小为11.10m、最大为17.00m。满足厂方说明书的要求。塔吊每次爬升（爬升高度为12m左右）仅需要30min时间即可完成。正式工程的钢梁不能承担塔吊的荷载，需要设计一套专门的工具梁系统来支撑。决定把塔吊爬升过程中的每一个站位相关楼层梁的柱上钢牛腿加强，使之能够承担塔吊及工具梁系统的荷载。而楼面梁不变。在楼面梁安装后，在钢牛腿上安装工具梁作为塔吊的支撑系统。在工具梁和钢牛腿之间放置25cm高的钢梁垫。以方便楼面的钢筋绑扎和混凝土浇灌。3.2.3钢结构在塔吊荷载下的相关计算赛格广场其结构特点决定了结构的施工顺序必定是先安装钢结构，然后才能施工核心筒内的劲性混凝土剪力墙。因此在钢结构安装过程中，结构的抗侧力体系尚未完全形成。而大型塔吊在工作状态下的竖向荷载为1860kN，夹持层的水平荷载为730kN，还有扭矩存在。我们针对实际施工状态，认真计算了在塔吊荷载作用下的结构内力和位移。计算结果表明尽管核心筒内的钢筋混凝土剪力墙尚未跟进，但只要楼面结构和内筒周边柱之间的劲性混凝土剪力墙能够与钢结构安装同步，施工中的钢框架在塔吊荷载的影响下，最大侧移只有3.57mm。在施工期间多次进行实际观测，当塔吊满负荷工作时，与塔吊直接相关的钢管混凝土柱的柱顶位移都在2.0mm以内。现在钢结构已全部施工完毕，事实证明：赛格广场两台大型塔吊的功能配置和平面布置是合理的；工具梁系统的设计和爬升工艺是先进适用的；与塔吊荷载有关的计算是基本正确的。因此，两台塔吊的整个工作状态是安全可靠的。这些条件为赛格广场钢结构顺利施工，以及确保工期目标的实现提供了基本保证。4.0钢结构施工技术4.1与一般高层钢结构相比较，赛格广场工程的钢结构安装有如下五个主要难点：4.1.1在结构体系上，赛格广场工程属于框筒结构。但是内筒没有采用通常的钢筋混凝土筒体，而是采用每边8根钢管混凝土柱，并由焊接实腹][型钢梁构成的框式筒壁。筒内沿两个主轴方向各设一道劲性混凝土剪力墙。其施工顺