江胜大厦超高层建筑结构施工技术.doc

江胜大厦超高层建筑结构施工技术唐兵 朱学农 吴碧桥庞文荣江苏省华建建设股份有限公司深圳分公司【摘要】深圳江胜大厦工程地下3层，地上部分建筑面积105213平方米，由A、B二栋塔楼组成。A栋39层，建筑高度178.55m，框架-筒体结构；B栋30层，建筑高度116.15m，框架-剪力墙结构。本文重点介绍了型钢混凝土组合结构施工、劲性斜柱施工、30m跨型钢混凝土组合大梁施工、高支模施工等关键技术以及其它新技术应用。新技术的创新和应用为工程努力实现“鲁班奖”的目标提供了有力保障。【关键词】超高层 型钢混凝土组合结构大跨结构 高支模 施工技术1工程概况江胜大厦工程位于深圳市中心区，地下室已于2003年施工完毕，0.00以上结构于2006年9月复工，由江苏省华建建设股份有限公司承建。本工程总用地面积14316.2，地上部分建筑面积105213.09，由A、B二栋塔楼组成，A栋为39层，B栋为30层，A栋建筑高度为178.55m，B栋建筑高度为116.15m。A栋一层为大堂和商业展示厅，二、三层为酒店配套，四六层为酒店式公寓，七层、十七层、三十层为避难层兼设备层，其余层为办公，首层层高为10.0m、二层为6.0m、标准层为4.2m、避难层为6.0m，结构形式为钢筋砼框架-核心筒结构，周边框架柱地下三层十一层为型钢砼柱，以上为普通钢筋砼柱。B栋一层为大堂和商业，二四层为商业及酒店配套，四层屋面设有室外游泳池，六层、十七层为避难层兼设备层，其余层为酒店客房，首层层高为6.0m，标准层为3.4m。B栋裙楼五层设有三根大梁，大梁截面尺寸为10002500mm，大梁内配型钢，型钢规格为H1900*500*25*45，钢梁安装高度为20.45米，每根梁型钢总长度为30.4米重量约22.99吨，混凝土强度等级为30。江胜大厦自开工以来，经过各有关单位的共同和紧张有序的施工，2007年10月主体封顶。在该工程施工中，建设部推广应用的建筑业十项新技术项目及深圳市、江苏省推广应用的建筑业新技术基本涵盖，并基本完成，达到了预期应用新技术的目标，取得了理想的经济和社会效益，已被建设部立项为全国第六批新技术应用示范工程，质量目标为“鲁班奖”。 图1 江胜大厦主体结构平面2施工难点与特点2.1塔楼1层至11层的柱和核心筒剪力墙内采用了型钢混凝土组合结构，混凝土内为十字形、工字型钢骨，钢骨总用钢量1500T，现场连接焊缝要求为等强对接全熔透抗拉一级焊缝，钢柱现场焊接、垂直度的控制、钢柱箍的安装、混凝土梁与钢柱的连接是施工中的一大难题。2.2 B栋裙房五层30米跨度型钢砼结构对混凝土裂缝控制、梁下支撑稳定性以及型钢梁的制作、运输和吊装提出了很高的要求。2.3 A栋首层层高为10m，局部16m，二层层高为6m，七、十七、三十层避难层层高均为6m，均属高支模。如何保证模板支撑架搭设的强度、刚度、稳定性是本工程的重点之一。2.4结构采用高强度和抗渗的商品砼，其制备技术要求高，泵送施工高度达191.8m，运输和浇筑过程中的施工组织与管理要求高。3施工技术措施3.1型钢混凝土组合结构施工本工程在塔楼1层至11层的柱和墙配置了钢骨，在屋面停机坪四周设置了钢梁，钢骨采用H型和十字型，本工程钢结构总用量为1500吨，通过采用钢-混凝土结构，保证了结构安全，极大地减少了钢筋用量，减小了构件截面，增加了使用面积，取得了良好的经济效益。另外，钢-混凝土结构具有良好的耐久性和防火性能。3.1.1钢结构制作与安装十字型钢柱加工工艺结构特殊，加工制作难度较高，为保证产品质量，特制定加工工艺，十字柱加工流程图如下：放样、下料(工艺隔板铣端)组装H型钢、T形钢焊接H型钢、T形钢校正H型钢、T形钢铣端、钻孔组装十字柱焊接十字柱校正十字柱铣端组装柱上零件板焊接零件板清理。钢结构的安装：标准柱竖向投点控制网闭合，测量，排尺，放线柱顶标高测量,定相对标高控制值确定柱顶位移值超偏处理抄平结果与下节柱预检数据综合处理安装钢柱，确定借位值进行粗校分析测量数据钢柱垂直度重校正会审安装测量记录，指定施焊顺序，确定特殊部位处理方案施焊，测量跟踪观测柱焊接检验验收标准柱竖向投点控制的闭合提供下节钢柱预控数据图。所有的全熔透对接焊缝在完成外观检查之后进行100%超声波无损检测,标准执行GB 11345-89钢结构焊缝手工超声波探伤方法和结果分级焊缝质量不低于B级的一级。超声波检查有缺陷的焊缝,应从缺陷两端上加50mm作为清除部分,并以与正式焊缝相同的焊接工艺进行补焊、同样的标准和方法进行复检。3.1.2异型箍筋施工结构最大柱截面为22002100，最小柱截面为650400。柱纵筋直径主要为32和28，箍筋直径为16和18，间距100，每组由3-5道不同形式的箍筋叠合组成，主要形式为矩形、菱形、六边形、八边形和拉钩（见图2）。图2异型箍筋型式图型钢混凝土结构中箍筋的型式少有常规的方形、矩形，多为多边形的异型箍筋，箍筋型式复杂。每组箍筋都由几道不同型式的箍筋叠合而成，箍筋繁密。箍筋直径大，大量为18，弯曲半径达到45mm，且异型箍筋弯折角度变化多，加工的准确性有相当难度。弯钩平直段长度达到180mm，极易碰到钢骨，甚至卡住钢骨。这些都增加了套箍的难度。钢柱截面型式为H型、十字型，翼缘表面满布90mm长的22栓钉，栓钉间距100200mm，耳板伸出腹板135mm，联接长度为645mm，套箍时不能水平放置，只能斜向套筋。钢柱保护层厚度120mm，柱筋保护层厚度25mm，纵筋与钢柱的净间距大于30mm，箍筋保护层厚度15mm，而箍筋直径达到18mm，弯角处很难满足保护层要求。楼层高度高，最高楼层为7m，钢柱固定后，必须搭设高排架来套装箍筋，人员操作极不方便，对安全、进度、质量等方面都有不利影响。通过对传统工艺的研究、改进，采用半装配式箍筋安装方式。施工工艺流程为：套装1.5m柱高的箍筋在加工场预先套装一半箍筋在钢骨上吊装已套箍筋的钢骨钢骨焊接、探伤连接竖向钢筋1.5m柱高堆积箍筋上提绑扎钢骨预装箍筋套装绑扎剩余少量箍筋套装绑扎。操作要点如下：3.1.2.1套装1.5m柱高的箍筋。在上下层柱主筋进行直螺纹连接之前，先将部分箍筋套入，堆积到1.5m高度，待钢骨柱安装完成、柱主筋连接好后，把堆积的箍筋上提绑扎。这样能解决柱下部箍筋套箍困难的问题。3.1.2.2钢骨预套箍筋。在加工场地先将钢骨柱水平放置，并用木方垫高，将一半的箍筋套装在钢骨上半段，利用钢骨的穿筋孔，设置32的插销临时固定箍筋，将箍筋和钢骨同时吊装（见图3），由于部分箍筋在加工场地套箍容易，吊装后不受钢骨焊接、主筋连接的影响，操作简便，质量可靠。3.1.2.3钢骨吊装焊接。钢柱吊装可利用连接板上的螺栓孔，为了便于吊装和防止起吊时连接板变形，应采用专用吊具，吊具用高强度螺栓与连接板连接。安装时应采取临时固定措施，并进行垂直度观测，防止钢骨偏位。 图3半装配式箍筋吊装3.1.2.4柱主筋连接。直螺纹连接过程中随时调整柱筋，防止钢筋安装偏斜或骨架扭曲。3.1.2.51.5m柱高堆积箍筋上提绑扎。将此部分箍筋按规定间距逐根上提到位进行绑扎，注意控制钢筋骨架的垂直度。3.1.2.6钢骨预装箍筋套装绑扎。将钢骨上预套的箍筋按规定间距逐根下套绑扎。3.1.2.7补充套装余下的箍筋，检查箍筋间距、水平度、保护层，并调较钢筋骨架。3.1.3混凝土浇筑由于劲性柱中钢骨将柱身分成几个部分，因此在浇筑混凝土时必须分层下料，同时振捣时必须对称振捣，以防钢柱受扭。由于劲性柱身中有隔板，特别是梁柱节点处钢筋很密，因此，要求混凝土坍落度较大。坍落度1618cm为宜。3.2三层六层劲性斜柱施工由于使用功能的变化，A座周边的框架柱（型钢砼结构）从三层开始逐步向外倾斜，到六层倾斜完成，斜柱角度为7度。平面变化如图4。 (a)3层柱定位图 （b）6层柱定位图 图4 框架柱定位平面变化图斜柱就位安装施工如下：3.2.1H钢柱与已安装完成的十字钢柱对接用经纬仪加排尺定位，标高使用水准仪控制。3.2.2第一节钢柱安装时柱底板四角用水准仪抄平。柱底板下的垫铁每叠不能超过三块。安装柱后校正完毕后螺丝充分拧紧。3.2.3钢柱的吊装采用两个吊点（见图5）。分别设在钢柱翼缘上的耳板罗孔，卡环采用两个5t即可。吊装采用等长的2根24mm钢丝绳。吊装前柱顶部安装好松钩用的钢梯，待吊装到位后钢柱拉好缆风绳后，在确认钢柱固定好后，从吊装前设置在柱身的钢梯上人到柱顶松钩。钢梯采用60的钢管制作，每节6m即可。 图5 钢柱吊装示意图 图6 钢柱校正示意图 3.2.4钢柱校正采用柱腹板两面拉缆风绳。缆风绳采用13.5钢丝绳，见图6。3.2.5钢柱吊装到位后即进行对接，上好夹板临时固定螺丝紧固，拉缆风绳固定。钢柱垂直度校正采用两台经纬仪互成900角进行观测。为防止钢柱的安装后的垂直度超差，安装时垂直度上节柱和下节柱的中心要做到基本重合。钢柱的对接口操作见图7。图7 钢柱对接示意图3.2.6 钢柱对口校正采用螺旋千斤顶加卡板。校正后轴线对准上下不超过5 mm，对超过允许范围的在柱口上标明，以便下道工序进行焊接纠偏。错口标准不超过钢板厚度的110mm。对由于钢柱几何尺寸上下柱不符的，以腹板为校正主体。钢柱校正完毕后即进行定位点焊。3.2.7垂偏的控制和调整 利用焊接收缩来调整钢柱垂偏是钢柱安装中经常使用的方法。安装时，钢柱就位，上节钢柱柱底中心线对准下节柱顶的中心线，而上节柱顶的中心线可以在未焊前向焊接收缩方向预偏一定值，通过焊接收缩，使钢柱达到预先控制的垂直精度。3.2.8控制柱底位移来调整钢柱的偏差如果钢柱垂偏尺寸过大，个别情况可以利用调整该节柱底中心线的就位偏差，来调整钢柱的垂直精度，但这种位移偏差一般不得超过3mm。 焊接与日照综合影响时，根据其影响程度的大小，来确定钢柱预留偏差值。 加强焊接工艺控制，采用对称焊等方法，可以减少钢柱的偏差。3.2.9钢柱安装标高校正 钢柱安装标高误差是钢柱制作长度的公差、安装间隙、焊接变形、压缩变形和季节性温度差、基础沉降等因素的综合反映，钢柱的标高可以通过垫块的高度来控制柱顶标高。3.3 30米跨型钢混凝土组合梁施工本工程B栋裙楼五层设有三根大梁，大梁截面尺寸为1000mmX2500mm，大梁内配型钢，型钢规格为H1900*500*25*45，钢梁安装高度为20.45米，每根梁型钢总长度为30.4米重量约22.99吨，混凝土强度等级为30，一次吊装，一次浇筑。3.3.1难点分析3.3.1.1 B栋五层大梁，其内每根型钢梁长达30.4，重达22.9吨，安装高度20.45，地下室顶板承载力只有20KN，如何完成该型钢梁的制作、运输和吊装。3.3.1.2 B栋裙楼五层楼层高5米,局部为10米，板厚150毫米，最大跨度为30米，其模板支撑属高支撑体系，且梁上、下层配筋分别为1032、3040，荷载大，给支撑的稳定性和承载力提出了很高的要求。3.3.1.3 B栋五层大梁跨度30、截面尺寸为1000mmX2500mm，内配H1900*500*25*45型钢，给保证混凝土凝土振捣密实，控制混凝土开裂的带来极大困难。3.3.2施工流程考虑到型钢梁分段吊装、原位拼装的做法无法保证支撑的承载力和稳定性以及分段型钢梁本身的稳定性，我们确定了型钢梁一次吊装就位的总体方向，从而产生了如下施工流程：钢梁两侧柱钢筋绑扎到18.75米标高处柱模板安装柱头预埋件施工砼柱浇筑搭设梁底排架及支设梁底模钢梁现场拼装钢梁焊接钢梁吊装及安装搭设板底排架及梁钢梁绑扎梁侧模支模及板底模支设板梁绑扎浇筑砼养护。3.3.3技术措施3.3.3.1柱头节点施工（见图8）：柱模板施工完成后，应在柱钢筋上弹好预埋件位置及控制标高线。预埋件制作时应在预埋件上开直径200mm孔，浇筑砼时使用。砼柱浇筑完成后, 应在砼初凝前进行预埋件校对。柱砼浇筑完成后，将已加工好的连接件与柱头预埋件连接，连接采用M24螺栓，再进行焊接。图8 梁柱节点大样3.3.3.2型钢梁的拼装：每支梁型钢总长度为30.4米重量约22.99吨，分三段加工，每段长度分别为10米 9.995米 10.395米，运到安装现场进行拼装。用高强螺栓连接初拧后进行整条钢梁的最后调直，按跨中起拱5，确认无误后进行高强螺栓的终拧固定，用支撑加固。焊接钢梁上下翼缘板，焊缝达到超声波探伤时进行探伤检测。钢梁拼装对接时在钢梁的下翼缘用枕木支垫，其高度比钢梁支腿高100mm。钢梁拼装与吊装用的耳板均在构件加工厂完成，耳板厚度为40mm。3.3.3.3型钢梁的焊接：该型钢梁焊缝坡口形式为单坡，焊接板厚均为45mm和25mm，母材采用Q345钢。焊接形式为等全熔透对接焊，焊缝等级级，采用E5016型焊条。焊接时严格按照规定焊接顺序施焊，尽可能对称施焊，使产生的变形均匀，直线分布，不产生弯转。焊接前进行预热处理，焊接完成后立即对焊缝表面进行加热，从而起到释放和减少焊接应力的作用。3.3.3.4型钢梁的吊装（见图9）：根据型钢梁吊装要求参数和施工现场的具体情况，我们选用了400吨汽车吊作为此次吊装的机械。该型吊车主车重90吨，配重150吨。由于地下室顶板承载能力为20KN，地下室顶板每跨板的平面尺寸为1010米，根据验算，吊车进场时地下室顶板承载力能满足要求，为增加保险系数，减少吊车进场对地下室顶板的影响，我们确定了吊车行驶路线，对吊车行驶范围内的地下室顶板进行回顶，一直回顶至地下室底板。根据吊车四个支撑点之间尺寸结合施工现场情况，吊装时吊车四个支撑点分别布置在地下室框架支柱上，吊车每个支撑点下分别布置一快钢板，钢板尺寸为1000mmX1000mmX10mm厚。吊车站位分三次进行，即每次站位只能吊一根钢梁。钢梁吊装吊车共转移三次，每次吊车转移部位的支撑点都在地下室负 图9 钢梁吊装一层柱上。当吊装完成一条整梁后，将配重块撤下，分别运到安装现场外。进行主车移位，主车就位后安装配重快，重新进行吊装。吊车回转半径选用28米与30米，吊车杆长选用51.4米，钢梁选用两点绑扎，一点起吊。吊装前要及进行试吊，将整根钢梁绑扎好后，微微起钩及时检查各绑扎点是否正确，钢丝绳是否都持力，确认无误后，吊钩在起高到0.5米时停止，再次检查各绑扎点及钢丝绳持力情况，同时检查吊车的制动，液压等各部是否运转正常，确认无误后进行正式吊装。钢梁吊装就位后，将钢梁两端连接件与已浇筑完成柱头预埋螺栓进行连接，钢梁两端螺栓连接完成后将吊车的钢丝绳松开。 3.3.3.5钢筋施工：梁钢筋施工顺序为：钢梁安装完成梁底筋从下至上按排铺放连接梁面筋从下至上按排铺放、连接梁箍筋就位穿梁腰筋绑扎梁底筋、腰筋、面筋拆梁筋支承架体。3.3.3.6模板及支撑施工：B栋裙楼五层楼层高5,局部为10，板厚150，最大跨度为30，梁顶标高21.45m，最大配筋为上、下层分别为1032、3040。大梁模板支架搭设高度为10.0， 梁截面尺寸为1000mm2500mm。根据计算其模板及支撑我们设置如下：梁支撑立杆的横距(跨度方向排距) l=0.40，立杆的步距 h=1.50； 梁底增加4道承重立杆，每排共6根立杆，为了便于操作，每排立杆之间的间距按300 mm设置；梁底、侧模板为18mm厚九合板，梁底模板下支承的小横杆用100 mm100 mm木枋，间距250；大模杆483.5钢管，间距400；梁底立杆的所有节点都为双扣件。支设梁模板时，梁中起拱50mm，梁侧模板内龙骨间距250，内龙骨采用50100木方，外龙骨采用双钢管483.5。沿跨度方向间距400设置14对拉螺栓。3.3.3.7砼施工：采用叠合梁原理分层浇筑混凝土的施工技术：型钢梁与其相连的梁板结构模板体系采用满堂钢管脚手架排架支撑系统，为了确保大梁施工的安全、经济、高效的目的，经过综合考虑，施工时采用叠合梁的施工措施，因大梁施工荷载具有短期的、逐渐加大、又很快趋向安全的特点，只要混凝土浇筑方法和速度控制得当，当达到最大值时，梁底部先浇筑的混凝土已接近初凝或终凝，施工荷载对支撑结构的影响也逐渐减小。混凝土全部达到终凝时，大梁已具有自持能力，对支撑体系安全的不利影响会逐渐消失，进入安全期。叠合梁施工措施要求型钢梁的混凝土分层浇筑，每层厚度400。为保证混凝土浇筑振捣密实，在与设计院、监理、商品混凝土供应商研究后，决定对其粗骨料的粒径级配进行调整，控制碎石的粒径在525之间，以保证混凝土骨料流入型钢的底部。由于型钢梁既要承受自身荷载，又要承受区混凝土结构屋盖自重，且跨度达30，所以对型钢梁的抗裂性能提出极高的要求。在与设计院、混凝土供应商、质监站、监理等主管部门的讨论研究后，最后采用纤维混凝土，掺加纤维含量为7%（重量比），以增强混凝土的抗裂性能。同时对配合比设计进行优化，采用高效减水剂及粉煤灰，严格控制好水灰比。控制砼的缓凝时间为8-10小时，以延缓砼内部最高温度的产生，从而达到减小砼内外温差的目的。施工中，采用一次性对拉螺栓加固模板，从而减少了由于螺杆洞应力集中而引起的裂缝，使施工工艺带来的不利因素降到最低。型钢梁混凝土的养护：混凝土养护采用自动喷淋养护装置，沿型钢梁侧面平行布置两条25的PVC自动喷淋管，在PVC管道上每隔200钻10孔径的漏水孔，砼浇筑12小时后开始养护，保证混凝土终凝后14天内大梁表面保持在湿润状态。砼浇筑后3天不得堆放重物，以防受载后支撑变形而引起开裂。3.4高强高性能混凝土施工技术3.4.1预拌混凝土应用技术结构所有混凝土全部采用预拌混凝土，共使用混凝土67500m3，所有预拌混凝土全部采用泵送，现场正常配备两台HB-60型混凝土输送泵，由于使用预拌泵送混凝土，能较好地控制混凝土的和易性、坍落度，能确保其流动性，保证了混凝土施工质量的稳定，加快了施工进度，同时为现场文明施工创造了条件。施工期间，现场取样制作的所有预拌混凝土试块，经送检其强度等级，抗渗等级均符合设计要求，整个工程混凝土试块强度经统计评定，均评定为合格。3.4.2C50以上高强混凝土应用技术大厦从首层至34层部分核心筒、柱、墙设计使用C60、 C55、 C50高强混凝土，高强混凝土配制采用PO42.5湖南“韶峰”水泥，妈湾电厂标准级粉煤灰，深圳生产的KFDN-SP8减水剂，该部分混凝土在施工过程中，试块的制作均在监理工程师现场监督下随机取样制作，有见证送检，强度全部符合设计要求，主体结构验收前，经深圳市质量监督总站检测中心抽芯检测，强度全部符合设计要求。高强混凝土应用减小了竖向结构件截面尺寸，增加了建筑使用面积，减轻了结构自重。3.4.3粉煤灰的综合应用技术本工程在预拌混凝土、砌筑砂浆、墙面粉刷砂浆中均掺加了粉煤灰，粉煤灰的掺量一般为水泥用量的15%左右(内掺法)采用妈湾电厂生产的级粉煤灰，粉煤灰可以增加水泥的活性，减少水泥用量，改善混凝土和易性，不仅做到了变废为宝，减少环境污染，降低了工程成本。3.5高支模施工A栋首层层高为10m，局部16m，二层层高为6m，七、十七、三十层避难层层高均为6m，均属高支模，裙楼梁截面尺寸为500800、300800、500750等。塔楼主梁为简支梁，跨度11.6m，截面尺寸为5001250、500600、300600、300650、500600、10002500（见图10）等。板裙楼板厚为350，150，塔楼板厚120。AA保证模板支撑架搭设的强度、刚度、稳定性是本工程模板支撑系统的重点，施工过程中高支模模板支撑体系的搭设严格按照“广东省建设工程高支模系统施工安全管理办法”、建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ 1302001）和混凝土结构工程施工质量验收规范（GB502042002）的要求编制专项施工方案和技术交底，采用PKPM软件进行支撑系统的计算，施工过程中认真落实了模板支撑体系的搭设、验收工作，系统可靠。在模板安装及拆除过程中，对各部位实施全面检查验收，在砼浇筑前组织相关人员进行联合检查验收，认真填写模板检查验记录，各项均验收合格后进入下道工序。 图10大梁模板支撑立面简图3.6施工过程测量技术本工程所配备的测量工具为两台DJJ2-2型激光经纬仪，一台激光铅垂仪，两台自动安平水准仪，两台普通水准仪，两把5m塔尺和四把50m钢卷尺，计量检验确认精度符合要求后方可使用(J2经纬仪测角精度不低于10，钢卷尺量边精度不小于1/1000)。为保证建筑施工的垂直度，确认本工程采用内控和外控相结合两种形式，内控是在建筑物内建立控制网，在控制点上直接用激光铅垂仪，通过各层楼面在投测位置所设预留洞向上作垂直方向的轴线传递，外控是在建筑物外建立控制网，用经纬仪引投，通常是把首层主要轴线引测到外柱上，用油漆做好三角标记，并在轴线延长方向做好控制点。3.7高效钢筋应用技术本工程在楼面板中采用冷轧带肋焊接钢筋网片，共使用580吨，与普通级钢比较，减少钢筋用量200吨，产生经济效益约68万元，与一般现场绑扎相比，施工质量易保证，施工方便，施工速度明显加快，极大地提高了经济效益。同时在本工程中大量使用了级钢，共使用级钢5300吨，有效减少了钢筋用量，节约了钢材，为业主创造了66万元的经济效益。3.8粗直径钢筋连接技术1625竖向结构钢筋采用电渣压力焊，共使用接头196000个。2832水平及竖向钢筋接头采用镦粗直螺纹连接，共使用接头28400个。这些接头的应用加快了工程施工进度，保证了接头的可靠性，所有钢筋接头经见证抽检，全部符合规范要求。3.9新型模板和脚手架应用技术3.9.1胶合板可拆卸式大模板的应用本工