400米以上超高层建筑施工技术基本经验和面临的新课题

400米以上超高层建筑施工技术基本经验和面临的新课题张希黔教授、博导中建总公司施工技术专业委员会主任2015年6月东南大学住建部高等教育工程管理专业评估委员会顾问2.超高层建筑施工技术基本经验1.已建和在建典型超高层建筑简介3.超高层建筑建造面临的新课题1.已建和在建典型超高层建筑简介中国建筑总公司高层及超高层建筑的定义：《高层建筑混凝土结构技术规程》规定10层及10层以上的居住建筑及高度超过24米的公共建筑为高层建筑。国际上一般把高度超过30层或100m以上的高楼称之为超高层建筑。1972年8月在美国宾夕法尼亚洲的伯利恒市召开的国际高层建筑会议上，专门讨论并提出高层建筑的分类和定义。其中超高层建筑定义为40层以上（高度100米以上）。根据我国《民用建筑设计通则》定义建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑。1.已建和在建典型超高层建筑简介1.1上海环球金融中心上海环球金融中心塔楼地上101层，地面以上高度为492m，地下3层，总建筑面积381600m2。主体结构采用由巨型柱、巨型斜撑以及带状桁架构成的三维巨型框架结构、钢筋混凝土核心筒结构和构成核心筒和巨型结构柱之间相互作用的伸臂钢桁架组成的三重结构体系。1.已建和在建典型超高层建筑简介1.2广州珠江新城西塔广州珠江新城西塔建筑高度432m。主塔楼为钢筋混凝土核心筒和钢结构外框筒组成的筒中筒结构中央电视台新台址主楼建筑建筑面积47.3万平方米，地下三层，地上五十二层，高237m，钢结构用钢量达14万吨。塔楼外框筒由水平边梁和双向倾斜柱、支撑形成三角形单元模块，外框筒与屋顶连接成整体，形成主楼的主要抗侧力结构体系。两座塔楼各自整体双向倾斜6°，内部核心筒及内柱竖直。悬臂结构共14层，从塔楼37层至顶层外伸，悬臂底面为水平，标高162.200m，顶面与塔楼屋顶位于同一个倾斜面内。塔楼1悬臂外伸67.165m，塔楼2悬臂外伸75.165m。央视主楼效果图1.已建和在建典型超高层建筑简介1.3中央电视台新台址主楼深圳京基100大厦1.已建和在建典型超高层建筑简介1.4深圳京基100大厦深圳京基100大厦位于深圳市罗湖区红宝路南侧，地下4层，地上100层，建筑总高度441.8m，总建筑面积约24万平方米，是目前中国大陆第三高楼。框架-核心筒结构。东塔夜景效果图1.5广州珠江新城东塔广州珠江新城东塔，总建筑面积507681平方米，建筑物总高度为530米。塔楼结构形式为带加强层的钢管混凝土巨柱框架筒体结构。东塔钢结构主要分布1外框钢结构外框筒钢柱楼层钢梁桁架层钢结构2核心筒钢结构核心筒钢板剪力墙核心筒劲性钢柱3裙房钢结构裙房多功能厅屋面桁架连廊钢梁1.已建和在建典型超高层建筑简介1.6武汉绿地中心武汉绿地中心高606米，共124层，总建筑面积30万平方米。1.已建和在建典型超高层建筑简介1.7天津117大厦天津117大厦地下3层，地上117层，总设计高度570米以上，规划建筑面积183万平方米，预计投资270多亿元人民币。1.已建和在建典型超高层建筑简介1.8深圳平安国际金融中心大厦深圳平安国际金融中心大厦总建筑面积378600平方米，高度为塔顶646米，屋面588米，共115层。1.已建和在建典型超高层建筑简介1.9武汉中心王家墩中央商务区“武汉中心”，设计高度428米，共88层。1.已建和在建典型超高层建筑简介1.10重庆瑞安嘉陵帆影二期塔楼99层，三期塔楼34层，裙楼6层，建筑高度468米，总建筑面积500710平方米。三期塔楼：34层，总高度174.8米。二期塔楼：99层，总高度468米。裙楼：6层，总高度40.33米。1.已建和在建典型超高层建筑简介2.超高层建筑施工技术基本经验1.已建和在建典型超高层建筑简介3.超高层建筑建造面临的新课题2.超高层建筑施工技术基本经验超高层建筑施工的基本经验：一、受力特征：与高度H的关系（1）垂直受力与高度H成正比（2）弯矩与高度H2成正比（钢板剪力墙问题）（3）变形与高度H4成正比（阻尼器问题）H广州东塔钢板剪力墙（3）变形与高度H4成正比（阻尼器问题）二、深基坑施工深基坑与周边环境超高层与裙楼沉降差处理逆作法大体积砼裂缝控制1234（1）理论发展与关键技术建筑物上部结构的施工和地下基础结构施工平行立体作业，可缩短工期。建筑物上部结构的施工和地下基础结构施工平行立体作业，可缩短工期。（二墙合一，围护结构变形量小，对邻近建筑的影响小。地下室施工少受风雨影响，有利于土方开挖。地下室施工少受风雨影响，有利于土方开挖。逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基，降低了基坑内地基回弹量。地下室梁柱等节点混凝土浇筑是其施工难点。逆作法上海环球金融中心位于上海陆家嘴金融贸易开发区，该大厦为集商贸、展厅、办公、酒店、观光、公共设施为一体的综合性多功能超高层建筑。该项目地下三层，地上裙楼6层，塔楼101层，高492m。地下室基坑平面呈不规则四边形，长约200m，宽108～120m，基坑周长614.1m，面积约22468m2，大面积开挖深度17.85～19.85m。裙楼地下室外墙采用“两墙合一”地下连续墙。上海环球金融中心基坑工程塔楼基坑土方开挖为满足该工程合同工期，同时有效保护基坑周边环境，工程采取塔楼顺作，裙楼逆作的施工工艺：采用地下连续墙临时围堰将塔裙楼隔开，塔楼先期施工，顺作施工至1FL后，裙楼开始由1FL往下逆作法施工，分层分段拆除临时围堰，对接塔楼。为不影响塔楼材料运输及为塔楼提供重型钢结构构件转运场地，在塔楼边1FL+1.5m高处设置面积约2500m2重型材料堆场。1）基坑工程整体施工部署（2）逆作法施工实施过程临时围堰、坑内土体加固、深坑土体加固施工完成后在坑内均匀布置40口深井疏干井，沿顶圈梁在坑外均匀布置14口降压水井，在基坑内侧周边均匀布置4个取土平台。塔楼基坑土方开挖采用岛式分层开挖。基坑开挖遵循“对称、均衡、分层”，最大限度保证圆形围护结构均匀受力。提前20天进行土体预降水，挖土至-10.5m时启动承压水井，土方开挖至大面积底板底，及时封闭加强垫层，局部深坑分两层开挖土方，施工完成后进行底板施工。底板分三层浇筑，每层浇筑高度4～4.5m，水平向不留设施工缝和后浇带。底板完成后，地下结构采取常规模板满堂脚手架支撑体系顺作施工至1FL。2）塔楼顺作施工（2）逆作法施工实施过程塔楼底板完成后插入裙楼基坑围护工程，塔楼完成1FL，裙楼分四区及车道区由上往下逆作施工，分层分段爆破拆除临时围堰，对接主楼。施工顺序为一区、二区、三区、四区、车道区依次跳仓对称施工。每区先进行土方开挖，再施工对应的水平结构，依次交叉向下施工至底板，再从下向上依次顺作施工竖向结构。3）裙楼逆作法施工裙楼基坑施工分区平面示意图（2）逆作法施工实施过程每区设3～4个取土口，土方采取分层盆式开挖，开挖深度同层高，坑边留土护壁。底板先施工中心岛区，在底板上向围护结构设置抛撑，再进行环岛区土方开挖及底板施工。水平结构施工完毕由下向上顺作施工竖向结构，封闭出土口，完成裙楼地下结构。3）裙楼逆作法施工基坑竖向施工分层工况图（2）逆作法施工实施过程上海环球金融中心工程塔裙楼高差达95层，地下结构不留沉降缝，设计通过每层塔裙楼之间留设后浇带来协调两者之间的沉降差异。后浇带宽2～3m，沿塔楼环形布置，后浇带中间布置对撑钢梁的柔性传力带，既能确保裙楼基坑水平支撑力有效传递至主楼，又能有效协调塔裙楼之间的沉降差异，避免底板产生沉降裂缝。设计要求，根据塔裙楼沉降监测数据分析，塔裙楼沉降趋于稳定，方可封闭后浇带，且塔楼至少施工至50F。该工程裙楼施工至底板时，塔楼施工至32层，塔楼最大沉降25.31mm。各层后浇带开始封闭时，塔楼施工至68层，最大沉降38.55mm，此时裙楼最大沉降3mm。塔楼施工至100层时，塔楼最大沉降98.34mm，裙楼最大沉降36mm。与理论计算相比，塔楼沉降值较接近，裙楼差距较大，裙楼未出现反拱现象。后浇带削弱了承担水平力作用的各层楼板整体刚度，加大了围护体的变形总量，使得该工程相对于其他逆作法工程的变形稍大。超高层与裙楼沉降差处理塔楼、裙楼同步立体交叉施工，施工区域的协调、施工场地、运输通道协调是关键。该工程在塔楼周边1FL+1.5m标高处特设计了由施工主干道跨越裙楼，通向塔楼的临时重车道、重型材料堆场，面积2500m2，将裙楼施工对塔楼影响降至最低。同时裙楼逆作首层楼面为塔楼施工提供大量的材料堆场、施工通道，保证了塔裙楼施工顺利实施。塔裙楼立体交叉施工对高空安全坠落、物体打击、爆破震动等施工安全带来很大隐患。裙楼与塔楼对接，在裙楼首层施工时完全暴露在塔楼下方，且塔楼已施工较高，只有做好塔楼临边安全防护措施，才能保证裙楼施工安全。为加快施工速度，塔裙楼之间临时围堰及围檩采取爆破方式拆除，围堰紧靠塔楼，要保证塔楼永久结构不能受任何损伤，该工程采取密孔少药量，减小冲击力及振动波；加强防护棚，在围堰爆破对塔楼影响区域内覆盖模板、麻袋等方式对塔楼永久结构进行保护。值得注意的是，逆作法楼面堆载要均衡、要限载。荷载既要在临时钢柱承载范围内，又不能引起钢柱发生不均匀沉降，以免拉裂楼板。同时要等楼板强度达85％方可堆载。塔裙楼立体交叉施工楔形锁口接头底板与地下墙间埋设注浆管采用大直径圆形围护体系，利用圆拱效应，充分发挥混凝土材料的抗压性能，对基坑变形控制相当出色。100m直径的圆形围堰，仅靠三道围檩，无任何内支撑，土体开挖深度17.85m，电梯井深坑达25.85m，基坑最大变形仅30.1mm。成功保障了周边建筑物、地下管线及围护结构的正常运行。地下连续墙楔形锁口接头，外侧劈裂注浆加强止水，大大提高地下墙间整体刚度、传力性能及止水性能。该工程底板与地下墙接头处除采用常规止水措施外，还采用预埋注浆管加强两者之间的止水。若发现底板与地下墙之间有渗水，仅需要在相应的注浆管接头处进行压力注浆，充分填实之间的渗水毛细孔缝隙，止水效果双保险。大体积砼裂缝控制大体积混凝土温度裂缝控制关键技术（1）原材料优选（2）配合比优化（3）约束条件的优化（4）混凝土入模温度优化（5）混凝土浇筑方案优化（6）混凝土养护和二次滚压（7）构造钢筋的设置（8）温度监测及反馈通过仿真技术分析研究，提出了超厚底板混凝土裂缝控制技术，实现了基础底板超长（100m）、超厚(最厚4.5m)、C40超大体积混凝土42小时一次连续成功浇筑28900m3，体现了现代混凝土施工新水平。该技术获国家级工法。(为当时国内单次浇筑方量之冠)底板超长（100m）、超厚(最厚4.5m)、C40超大体积混凝土42小时一次连续成功浇筑28900m3上海环球金融中心工程CCTV新址CCTV新址地铁振动对地下永久结构施工期及运营期影响研究深圳星河发展中心地铁4号线地铁1号线地铁4号口地铁5号口金中环商务中心会展中心办公楼酒店裙楼主楼主楼99.85m99.85m155.5552.1522.7m深基坑与周边环境地铁交通荷载研究地铁振动在土体介质中的传播规律研究地铁振动对地下结构影响问题研究（实测及分析）地铁振动舒适度问题的研究（实测及分析）轨道板8#7#6#5#4#3#2#1#1#遂宁重庆2#3#4#5#6#7#8#遂渝线振动对周边环境影响实测三、主体结构施工（1）施工部署及施工顺序是否合理液压爬升模板体系M440D塔吊M900D塔吊核心筒钢平台模板体系砼浇筑钢筋压型钢板核心筒施工区域钢结构吊装、校正、焊接区域组合楼板施工区域结构完成区域巨型柱与楼板同步施工液压爬升模板体系M440D塔吊M900D塔吊核心筒钢平台模板体系砼浇筑钢筋压型钢板核心筒施工区域钢结构吊装、校正、焊接区域组合楼板施工区域结构完成区域巨型柱与楼板同步施工三、主体结构施工（2）主要施工设备选择中央电视台及深圳证券工程M1280D塔吊、上海环球金融中心工程M900D及M440D塔吊、广州西塔工程M900D塔吊、京基100大厦工程M900D塔吊、沈阳恒隆工程ZSL2700塔吊、太原湖滨工程ZSL1000塔吊，形成了超高层建筑施工中的大吨位动臂式塔