导论选做作业中心大厦

关于上海中心大厦简单分析赵媛媛113083B12013083043

上海中心大厦位于陆家嘴金融贸易区，集高档办公、酒店、零售、娱乐功能于一体。工程总建筑面积达57万平方米，由主楼和裙房组成，主楼地下5层，地上120层，总高度632米，采用钢筋混凝土核心筒及外围钢框架结构体系。裙房底下5层，地上5层，高度为37米，采用钢框架结构体系。上海中心大厦建筑超高，造型奇特，结构复杂，工程建设将面临许多工程技术难题：1.钢筋混凝土结构施工难度大，核心筒体型变化大，竖向结构多，模板系统体型适应性和施工效率要求高，混凝土强度等级达C70，核心筒浇注高度约574米，高强混凝土超高层泵送是个难题。2.钢结构施工将遇到多重挑战，钢结构总用钢量达10万吨，构件重量大，空间分布广，吊装设备选型要求高，钢构件板材厚，高空焊接量大，施工环境差，焊接质量控制难。3.垂直运输组织任务重，施工人员和建筑材料运输任务繁重，高效的垂直运输体系对施工效率有重要影响。4.施工组织难度大，为提高投资效益，裙房及主楼22层以下部位需要提前营业，施工组织面临许多新课题。针对本工程施工难度大，建设标准高，组织协调困难，社会影响显著。我们将按照分区施工，突出主楼的原则，安排施工流程。整个施工区域分为主楼去，裙房区。主流工程分为钢筋混凝土核心筒和外框架两条流水线，前后合理搭接，平行作业，其他区域施工穿插进行。具体流程如下：1.吊装核心筒墙体内劲性钢结构，采用传统落地脚手施工1-5层核心筒混凝土。2.跳爬式液压顶升构架平台脚手模板体系安装完成后，拆除落地脚手架。3.核心筒6层剪力钢板吊装完成，安装南北侧两台M1280D塔吊，原有两台M1280D塔吊第一次爬升。4.核心筒墙体施工至7层，开始安装钢结构外框架。5.核心筒墙体施工至36层，巨型柱安装至27层，2区外幕墙钢支撑系统开始安装。6.核心筒墙体施工至45层，机电安装进场施工。7.核心筒墙体施工至50层，开始裙房钢结构施工。8.核心筒墙体施工至75层，裙房钢结构封顶，拆除该区塔吊，开始幕墙安装。9.核心筒墙体施工到顶，拆除钢平台模板脚手体系。10.巨型柱安装至117层，8区桁架层施工完成，拆除东西侧两台M1280D塔吊。11.屋顶皇冠结构施工完毕。12.屋顶皇冠幕墙完成。从左至右：迪拜哈利法塔（BurjKhalifaTower），设计高度828米（162层）；莫斯科（RussiaTower）俄罗斯大厦，设计高度612米（118层）；韩国仁川双子塔（IncheonTowers），设计高度613米（151层）；美国芝加哥螺旋塔（ChicagoSpire），设计高度609米（150层）。

这是一个关于上海的梦想，一个二十年前便开始的计划。这是工程师们关于垂直城市的大胆想象，第一次在超高层建筑中使用双层玻璃幕墙，打造东方“空中花园”，创造更为环保、舒适的未来空间。超级摩天大楼上海中心大厦，准备让世界震惊，也将面对最复杂的施工环境和人们最挑剔的目光。2006年上海中心大厦向全世界征集设计方案，因为这栋大厦的设计难度将是世界级的，在中心大厦一街之隔的北面是88层的金茂大厦，外观借鉴了中国传统密檐宝塔的式样，将中西风格完美地结合，东面是更具个性的环球金融中心，像刀削的雕塑体简洁硬朗。在第100层的观光天阁是世界上人们能到达的最高观景平台，在很长一段时间内，它们对上海来说是金融、贸易、现代、时尚的代名词；所以这第三栋，不能不考虑自己必须要和三栋建筑有一个协调的关系，除此以外还要让人们的目光从那里转向这里，世界级的设计理念竞争非常激烈，一直专长于室内设计的甘斯勒团队脱颖而出。在高楼林立的陆家嘴核心区域，有一块上海规模最大的开放式草坪，比金茂、环球和上海中心总面积还要大；在寸土寸金的陆家嘴中心，修建这样一片绿地背后的原因：是生活中有些事物值得我们花费金钱和时间；将这样的开放式公园搬进摩天大楼之中，就是甘斯勒设计师火花一现的创意，保证空中花园成功打造的是从未在超高层建筑中大规模使用的双层玻璃幕墙设计，两层玻璃幕墙之间，十多层才做一次隔断，形成一个高挑通透的中庭空间，将恶劣的天气隔离在中庭之外，这是一个冒险的计划，设计非常新颖，但也带来了很大的技术上的挑战，就外面这张外皮怎么做出来？设计师将外皮设计为旋转收缩上升的样式，让大楼更加具有动感；设计师继续偿试减少幕墙表面积的消耗，他们将最初的设想两个立方体之间的旋转，修改为内圆外方，又调整为内圆外三角，并将尖角改为圆孤状，以减少风压的影响，圆润的角度能柔和地包容硬朗的金茂和环球，玻璃的消耗仅增加了18%。共有19个方案参加竞标，来自世界顶尖的设计事务所，近一年时间3轮淘汰评审，最后由俄罗斯塔、北京T3航站楼和香港机场和英国福斯特设计方案，他们的设计取意于毛笔流畅的线条、晶莹剔透的楼体非常吸引眼球，甘斯勒环保绿色的设计方案通过了终审，终于可以看见上海中心大厦，所有人都满怀激情迫不及待地要将这个优美的设计变为现实，该工程的工程项目管理工作2008年11月29日上海中心大厦正式破土动工；软土地是噩梦般的存在，位于长江入海口，建造在冲积平原上的上海，下面有280多米的松软土壤，含水量高就象豆腐一样，解决这个问题的方法是在土壤中打入坚固的可以与土壤产生摩擦力承载建筑重量的基桩，然后浇筑结实的可以分摊压力的钢筋混凝土底板，再在上面建造大楼，便可以稳如泰山了，要在这样的地基上建造上海第一高楼，如果不采取一些合理的施工方法，后果是无法弥补的，管线会破裂，路面沉降，隧道毁掉、周边的建筑倒塌，后果是无法弥补的；绝对要做到万无一失，什么样的基桩能承载重量达到80万吨，接近70个埃菲尔铁塔重量的庞然大物？在桩里面埋设3根注浆管，在混凝土基桩半干后，通过注浆管进行高压注浆，浆液可以从侧面挤出孔底的沉渣，填充基桩的缝隙，让承载力大大提高，同样的桩它的承载力可以达到3100吨，是设计要求的3倍，955根长达86米的基桩担负起主楼80万吨的重量，保证大厦的绝对安全，但还存在风险。2009年6月上海发生一起倒塌的事故，引起工程专家的警惕，如何保证这座超高层建筑的绝对安全，要将建筑的二十分之一埋在地表以下，要挖深达30米的巨大空间，直接开挖意味着埋住金茂大厦和环球金融中心的土壤，有一侧只剩下薄薄20多米，带来的风险谁也无法承担，最稳妥的方法是先开挖主楼的基坑，其它地方做好支撑后再进行挖掘，就这个基坑，直径121米，相当于1.6个标准足球场，深度33米，超高层建筑当中这也是规模最大的，也是最深的，基坑挖好在大底板没有浇筑之前，是整个地下结构施工中最危险的阶段，大底板厚度是6米，两层楼高，要用混凝土一次性浇筑完成，时间控制在60小时，6万立方米，在国内国外是没有先例的，混凝土水化热效果，在水泥与水化合时会放出热量，聚集在混凝土的内部，使中心的温度高达60度，内外温差能让混凝土产生膨胀的裂缝，危害建筑的安全，要严格控制减水剂，对运输又提出了新的要求，1小时的供应量要达到1000立方米，这个数量是非常巨大的，必须一次性完成任务，如果失败的话将没有机会再来一次，整个大楼的安全会受到严重威胁。2010年3月26日，500多名工人和18台混凝土泵开始工作，全上海80%的搅拌车忙碌着，将混凝土从全市各处搅拌站运送到工地，63个小时后，前所未有的大底板一次性浇筑成功。2010年9月上海中心大厦终于在开工两年后，从地下冒出了头，它被寄于了厚望，希望能成为未来城市的新地标；这幢大楼究竟要建多高？在摩天大楼世界里有很多前辈，381米的纽约帝国大厦、452米的双子塔、508米的台北101大楼、828米的迪拜塔，人类建筑的极限高度不断被刷新，对于上海中心大厦来说高度并不是重要的，世界或者中国第一高楼都不是它的目标，有一个数学逻辑关系，形成三栋建筑这个高度，有一个向上孤形的关系，从远处看有一个更好的城市天际线，经过几番修改之后确定４

为632米。随着高度提升的是建筑工人面临的危险，最终要提升到600米以上，往下看一眼，就足以让头晕目眩，更不用说在这种环境下工作，掉下一个小螺丝砸到人都是致命的，最先建造的是支撑整个大楼的钢筋混凝土核心筒，为了能让电梯通过，面积达900平方米的九宫格楼体在建造时是完全中空的，核心筒必须以5天一层的速度施工，大风、雨雾天气则让工人的境况雪上加霜，确保施工万无一失，是搭建在核心筒顶部的超级工具，是钢平台，这个平台主要为超高层建筑服务的，乘坐升降梯工人可以直接到达平台顶部，钢平台边缘近两米高的围护栏将施工空间完全封闭起来，恐高症不再是问题，上百吨的钢筋在夜晚被吊运到钢平台的顶部，堆放在工人伸手可及的地方，也不用担心有坠物从楼顶落下，在一层的施工完成后，重达1000吨的平台怎样到达下一层施工区域？平台把刚做好的混凝土墙当做岩壁自己爬升上去；充当钢平台两手两脚的是内外两个支架，它们被牛腿固定在墙壁的着力孔中，外架提高两公分把牛腿收回来以后通过大油缸顶升，一直顶升到那个行程，然后把这个牛腿伸出，作为承重，需要内外架交替两次，6个小时之后钢平台完成顶升到35层。50公里的钢筋搭建起来，接点用钢丝扎好并进行焊接，所有工作必须在两天内完成，安装模板，将混凝土从那里通过管道以及架设在钢平台顶部的布料机，在以后这个高度将是600多米，要将这些混凝土一次泵送到顶，常规的混凝土不再适用，需要高压泵推动，在管道拐弯的地方产生剧烈的震动，如果使用普通的混凝土，可能会出现管道阻塞，主要是尖锐针片状石子，需要给沙石整形，粒径是圆的棱角少的，被称为自密实混凝土，可以不用传统的震捣方式可以自动流淌，达到密实的效果。上海中心大厦以每5天一层的速度成长。大厦的主体结构，中心是九宫格式的混凝土核心筒，外部用8根巨柱4根角柱支撑，双层玻璃幕墙的外幕墙直接悬挂在钢结构上，让建筑变得柔和和轻盈，这些钢结构由两家工厂合作完成，40里以外的大型钢构工厂，制作这些巨大的钢构件，三区桁架里的构件，结构特点形状怪异，钢板特厚，制作后运到工地要严丝合缝地对上，所以要预拼装，一个分区的桁架就有3000多吨，直径60米、高30米，如果将这些实体预拼装，耗时要一个多月，这样的代价太大，BIM是建筑信息模型的简称，它可以将设计施工设备材料等所有信息用计算机平台进行整合，让不同的团队共同工作，团结协作，所有信息形成了一个非常直观的三维模型，不仅包括整个大楼建成后的模样，可以细化到一面墙一扇窗、一根管线的安装位置，以往的平面图纸无法表现这样复杂的空间关系，人脑也无法想象，通过BIM模型可以直观地看到这些东西，就能及时发现问题，这样可以在系统上发现问题进行调整，不用担心脱离施工的实际情况变得面目全非；工厂里那些巨大的钢构件完全可以通过全站仪进行实测后，将数据输入到BIM系统上完成预拼装，所有的钢构件准备就绪，可以发往工地了，巨大的钢构件要穿过上海的闹市区就只能晚上运输，还要连夜开工将它们稳妥地堆放在工地指定位置，97吨的钢构件被运进来的时候位置出现了偏差根本吊不起来，工地有限空间让平板车很难辗转腾挪，轻松拎起这些大家伙的是4台M1280D型塔吊，每台自重500吨，最大起吊重量达100吨，是国内民用建筑领域最大型的塔吊，高空作业充满了风险，在美国光是起重机的意外平均每年就夺走82个生命，当4台塔吊一起工作的时候风险将成倍增加，如果塔吊之间发生碰撞后果将不堪设想，他们有自己的解决之道，液晶显示器主要是起到监视的作用安全，在工作的时候能看到后面吊车的工作状况，遇到下雨湿滑大型的就不吊装了；也并非都停，钢平台顶部钢骨梁安装，地面指挥作用更加重要，驾驶员什么都看不到，玻璃上全是水。钢骨梁安装到位。核心筒主外围钢结构是同时施工；5天一爬的钢平台很快就要碰到塔吊了，必须要马上增加塔吊的高度，让人难以想象的是塔吊的爬升，依靠的仅仅是两根细长的吊带，60米长的塔身重达500吨的庞然大物就在这两根吊带上犹如撑双杠一样灵巧地爬了上去，整个工期每台塔吊要爬升27次，需要未雨绸缪的是在完成工程后要怎样将这些大家伙从600米的高空运下来，最后一台塔吊是通过上面的电梯运送到地面，就是工人上下班使用的普通电梯，就是用外挂塔吊在大楼封顶后会先拆卸3座，然后中拆大小拆中最后剩下一个五六百公斤的小吊臂，直接通过人工拆卸送进电梯。上海浦东陆家嘴最后一栋超级摩天大楼正拔地而起，将与金茂大厦环球金融中心一起成为上海最醒目的地标，建设者用他们的辛勤汗水将20年的梦想变为现实，相对于同行他们具有忧患意识，上海中心大厦采用“核心筒-巨柱-伸臂桁架”的结构抗震体系，共设8道桁架层，每道桁架层高度约10米。钢结构体系作为主体结构最重要的组成部分具有结构异形、体量大、超厚板应用广泛、工期紧、质量要求高等特点，这给钢结构加工制作带来前所未闻的挑战。主体钢结构件重量平均在50-100吨，最重构件达145吨，大部分板厚在60-120毫米，最大板厚达140毫米加工制作难度与规模堪称同类工程之最。钢结构外围由8根巨柱和4根角柱组成井字形框架，中间为钢柱及钢墙板组成的剪力墙，巨柱和剪力墙之间有伸臂桁架与径向桁架联系，巨柱之间有环形桁架联系，各构件之间钢接成一个稳定的整体。伸臂桁架共设置八道，横向贯穿核心筒与巨型组合柱相接，呈井字形布置，采用平面桁架结构体系，环形桁架也设置八道，沿巨形组合柱、角柱呈环形闭合相接，其高度与外伸臂桁架高度一致为两个楼层高度，采用双平面桁架结构体系，最大板厚达到140毫米。本工程设计新颖，造型奇特、结构复杂、特别是各重要节点处理难度相当大，经综合研究、分析本工程在焊接方面主要有以下几项特点、难点。

钢板厚度大，强度等级高——地下室钢柱使用的钢板基本上以30毫米、50毫米、55毫米为主体，柱底板厚度则达到160毫米。钢材等级以Q345GJC级为主体、此外局部为-Q390GJC级，钢板厚度厚强度高。

结构复杂，焊接残余应力、变形大——工程使用钢材均为厚板、超厚板，焊接时填充焊材熔敷金属量大，焊接时间长，热输入总量高，因此结构焊后应力和变形大；构件施焊时焊缝拘束度高、焊接残余应力大；加之本工程结构复杂，各单体结构均属“复合型”构件，焊接应力方向不一致，纵、横、上、下立体交叉，互相影响极易造成构件综合性变形。

焊缝裂纹的发生可能性大——本工程由于板厚焊接时拘束度大，且节点复杂，焊接残余应力大，焊缝单面施焊熔敷金属量大，施焊作业时间长，工艺复杂。因此在焊接施焊过程中，稍有不慎易产生热裂纹与冷裂纹。

层状撕裂倾向性大——从焊接理论与焊接实践中证实，层状撕裂缺陷最易产生在钢板厚度方向的“十字角接和T形角接”接头上。此类接头在本工程中应用较多，加上其它因素，该层状撕裂倾向性将增大。

上海中心大厦钢结构工程特点、难点解析螺栓孔穿孔精度高——连接形式除采用焊接外，部分节点还采用了栓接形式。栓接处连接板长度较长、板厚较厚、重量较重、高强度螺栓孔数量多、钻孔精度要求高；因此如何保证现场高强度螺栓孔的穿孔率及控制厚板焊接的质量以及变形控制是本工程的重点及难点。

针对本工程在焊接方面的上述特点，我们将根据编制本工程“钢结构制作技术方案”的指导思想在施工过程中从每一个细微之处着手，采取措施，确保每一个构件的质量，进而保证整体工程的质量。

正确模型的建立——根据设计院提供的设计图，专业深化设计人员在电脑中采用专用详图软件进行整体结构的建模并进行自检，然后由主管工程师对模型进行复核，确保所建模型准确无误。结构模型建立后，由深化设计人员、工艺技术员、专职检查员以及装焊车间主任及组长等经验丰富的技术人员参与重要部位节点设计的讨论，对工程中存在的重点和难点进行细仔的分析，确定制造的总体方案，对于施工困难或难以实现的节点提前向设计汇报、协商进行解决，使深化后的设计详图完全能满足工厂的加工并能顺利实施。

由于桁架部分结构形式的特殊性，在提高单件精度，保证整体精度质量的前提下确定“化整为零，精益求精”的指导思想。先将每个零部件各自放样、下料、切割、小合龙拼装、焊前验收、焊接、焊后矫正验收，而后在整体组装胎架上进行整体装焊。严格控制每一道工序，高起点、高标准满足每一项精度要求，从而控制单根构件的制作精度及外观要求，进而满足整体组装的精度。

构件装焊前的准备——原材料质量控制。所有用于本工程制造的钢材均响应招标文件的要求，从大型钢厂采购。所有钢材除必须有生产钢厂的出厂质量证明书外，并应按合同和GB/T1591标准及《建筑结构用钢板》GB/

T19879的标准进行复验，做好复验记录，用于主要受力部位的40毫米及以上厚板，应购买经过超声波检验合格的钢材，且入库前必须按GB/T2970《中厚钢板超声波检验方法》每张进行复验，质量标准为Ⅱ级或Ⅲ级，合格后方能入库。

焊接工艺评定——针对上海中心大厦地上部分编制详细的焊接工艺评定，包括同种钢焊接、异种钢焊接；试板厚度包括相同板厚与不同板厚焊接等都有严格要求。

放样——所有零件均通过计算机精确放样。从源头控制各零件板的外形尺寸，为构件的精密组装创造最基本的条件。原材料矫平，由于本工程加工制作精度要求高，任何的积累误差都会影响到质量控制，为此钢板进厂后先采用钢板矫平机对钢板进行矫平，达到每平米平整度不大于1毫米，矫平的目的是消除钢板的残余变形和减少轧制内应力，从而可以减少制造过程中的变形。

下料、切割——下料时采用粉线进行划线，同时采取数控精密切割；以确保零件外形尺寸的精度，确保为构件的精密组装提供最重要的基础。

构件的装焊——小合龙构件的组装、焊接、端铣。在不影响整体组装焊接的情况下，将可进行小合龙的零件在组装平台上进行组装。组装后进行小合龙件的自检，并交由质检进行检验。检验合格后进行小合龙件的预热并焊接，加热时需根据板厚严格控制加热温度，同时需具体根据小合龙件的外形尺寸确定焊接方法，采用CO2焊或埋弧焊。焊接时根据焊接工艺评定严格控制焊接参数，施焊过程中密切注意构件的变形情况。焊接后交由质检进行交验，符合公差要求则进入下一道工序，否则进行修整，直至符合公差要求为止。合格后划出余量线进行自由端的端铣。

小合龙件高强度螺栓孔的制孔、单块零件板螺栓孔的制孔，在交验合格后的小合龙件上划线制孔位置线，划线后交专职检查员验收合格后方可进行螺栓孔的制孔，制孔方法可采用钻模法或三维数控进行。单块零件板上螺栓孔的制孔，因其大小可采用法因数控或数控中心进。

构件的预拼装——由于本工程构件外形尺寸大，重量重，按传统的实体拼装工厂无法完成，一是起吊高度无法满足，二是拼装的安全存在很大隐患，为了保证拼装的质量，我司采用自创的模拟拼装技术解决了拼装难的技术难题。其技术原理为:构件制作完成后采用电脑模拟进行构件的拼装，将各构件实际测量值输入电脑，而后进行各构件间接口质量的检测，检测过程中以及检测后所输出的数据，全部按设计设定的坐标系及坐标原点为基准而生成的坐标值，与现场测量的坐标系及坐标原点完全一致，因此，模拟拼装所提供的数据对于现场安装来说比较直观，与现场安装测量的数据一致，保证现场整体质量。

现场安装结果——工厂加工后的构件，通过数字模拟拼装合格后，运输至现场进行安装，所有构件均实现了一次吊装成功率，无任何质量问题，现场安装十分顺利。BIM技术在该项目中的应用情况上海中心大厦设计的两个阶段采用了不同的设计软件，如何在软件中传递信息非常重要。最初设计中Rhinoceros、Rhino及Grasshopper生成的模型Grasshopper以及RhinocerosScripts不存在兼容性的问题，而从初期Rhinoceros到深入的Revit存在着数据转化的问题，幸好大多数软件都能够提供几种公用文件格式。从实践来看，从Rhinoceros到Revit有两种较为常用的转换方式。（1）利用公用的存储格式SAT作为数据的转换中介。不过对于复杂的曲面来说，转换过程经常有信息丢失的情况，对于只是起到检测作用的模型来说，可以采用拆分曲面的方法来避免，但这样就使得曲面不够完整，并且由于拆分没有固定的规则可循，信息流动不够顺畅。（2）通过在Rhinoceros中提取模型结构线，然后在Revit中重建模型，这样能够保证曲面模型的完整度，但是对于复杂曲面来说，在Revit中重构比较困难，所以根据BIM的侧重点不同，采取比较快捷的转换方式更能提高工作效率。同样，在结构设计中，通常钢结构计算部分往往应用ETABS计算软件，而在ETABS中搭建的模型不能和其他专业进行数据交换，并且很难形成二维图纸，通常都要在二维软件中再绘制一次，这样的重复劳动大大增加了工作量，所以必须转换成Revit能接受的模型格式，这样既可以和其他专业配合，又可以利用Revit的“三维转二维”功能出图，大大提高了效率。通过ETA