武汉中心总建筑结构空间流水施工技术

武汉中心总建筑结构空间流水施工技术

0伸臂桁架结构武汉中心工程塔88层，4层，建筑高度438m，结构高度210.7m。结构形状是巨大的柱结构、主框架和伸展臂架的筒体结构。总栋塔有六个大屋顶加强层，其中三个是升斗框架，分别位于第31.33层、46.48层和63.65层。升臂框架将周围框架与主框架连接起来，大大提高了结构的整体刚性，有效减少了结构在水平负荷和地震的作用下的横向变形。图1显示了臂式扩张板的结构层分布情况。武汉中心核心筒施工采用新一代的凸点顶模施工技术,在凸点顶模研发过程中考虑了伸臂桁架施工过程中的重难点问题,能够较好地适应复杂节点施工,本文就以第1道伸臂桁架施工为例,重点介绍伸臂桁架从分段分节、钢筋深化设计、模架角部开合、锻钢节点安装等一系列与凸点顶模协同施工中的关键技术。1武汉中心核心筒凸点顶模协同控制策略1)伸臂桁架概况第1道伸臂桁架位于31~33层,由内、外筒两部分桁架组成,其中内筒伸臂桁架由上弦结构、下弦结构及腹杆构成,上、下弦杆以角部8个锻钢件节点为核心,通过水平弦杆、竖向腹杆贯通于核心筒外墙四周,形成稳固结构体系,桁架总高度15.2m,跨越3个结构层高。桁架竖腹杆柱截面为H型钢,桁架上、下弦杆以及斜腹杆由双层钢板和连接隔板焊接成组合截面,角部节点呈“K”形布置。整个内筒伸臂桁架共计89件钢构件,其中上弦共20件,腹杆共49件,下弦共20件,总质量约963t,最大构件为角部8个锻钢节点,最重达37.39t,桁架模型如图2所示。2)凸点顶模概况伸臂桁架与凸点顶模协同工作关键在于平面以及空间关系处理,武汉中心核心筒凸点顶模由支撑与顶升系统、钢框架系统、模板及附属设施系统、智能监测系统组成,操作区总高度约15m,覆盖3.5个结构层高。支撑与顶升系统支撑在核心筒剪力墙上,共设置9个支撑点,其中核心筒外墙上设置8个,核心筒中间设置1个。外墙上的支撑顶升系统由混凝土承力件,上、下支撑架以及支撑架之间的顶升油缸组成;置于核心筒内墙的一个支撑与顶升系统由上支撑箱梁、下支撑箱梁以及上下支撑箱梁之间的顶升油缸组成,其构造如图3所示。2施工质量1)凸点顶模在顶层南北有4道、东西有6道贯通的主梁,其中在中间2道主梁均为双层,总高度3.6m,跨越了伸臂桁架层,吊装期间如何协调与模架空间关系是需要重点解决的问题。对策:利用CAD,3D-max等三维建模软件深化设计,叠合模架及伸臂桁架立面及平面关系,充分考虑塔式起重机吊重、构件运输、模架作业层高度、钢模位置等,并对复杂节点提出合理化建议,保证伸臂桁架结构层的顺利施工。2)伸臂桁架结构复杂且4个角部节点含有外伸牛腿,外伸长度超过2m,模板如何支设、模架如何顺利通过外伸牛腿位置是两者协调的重要内容。对策:凸点顶模4个角部在设计之初已考虑伸臂桁架外伸牛腿影响,将模架4个角部设置为开合机构,1~6层均可整体开合或逐层开合,可以有效地解决模架与外伸牛腿影响问题。对于外伸牛腿局部支模问题,武汉中心核心筒采用大钢模板,针对4个角部外伸牛腿位置钢模板也已考虑可以局部开启或整体开启,开启后方便锻钢节点安装,局部无法用钢模板封闭的地方采用木模封闭即可。3)伸臂桁架安装期间,钢筋绑扎、混凝土浇筑同步施工,如何避免钢筋绑扎及混凝土浇筑对伸臂桁架安装的影响是需要重点考虑的问题。对策:钢筋绑扎前根据模架与伸臂桁架安装各阶段关系,对伸臂桁架对接焊缝位置竖向钢筋长度及接头留设位置予以预先考虑,保证钢筋接头不会超越焊缝位置,避免对焊缝焊接造成影响。混凝土浇筑时,在模架上设置混凝土浇筑串桶,重点解决伸臂桁架节点区域混凝土浇筑问题,为避免混凝土对构件未焊接焊缝的污染,混凝土浇筑前将所有水平焊缝进行保护,并调整混凝土粗骨料级配,使用C60自密实混凝土进行浇筑。3施工工艺流程由于伸臂桁架均位于核心筒外墙,故核心筒内墙钢筋绑扎均不受伸臂桁架影响,可与伸臂桁架构件吊装同层施工。外墙根据伸臂桁架构件与模架之间的关系,遵循先下弦、再腹杆、后上弦的阶段进行,土建施工位于桁架施工层以下一个结构楼层。为保证结构施工的顺利进行,施工流程中除了构件吊装外,还需重点考虑模架顶升、钢筋吊运方式、模板调节方法、泵管拆接、施工电梯运动加节、塔式起重机顶升等关键施工工序,施工工艺流程如图4所示。各阶段流程如图5所示。1)第1步上支撑系统位于27F:(1)30F伸臂桁架部分下弦构件(共8件)安装;(2)核心筒结构29F钢筋绑扎、模板封闭、混凝土浇筑;(3)内墙结构进行30F钢筋绑扎。2)第2步上支撑系统位于28F:(1)30F安装伸臂桁架剩余下弦(共12件);(2)同时进行核心筒30F外墙钢筋绑扎;(3)内墙结构进行31F钢筋绑扎。3)第3步上支撑系统位于29F:(1)31F伸臂桁架腹杆(共49件)安装;(2)核心筒30F封模浇筑混凝土;(3)核心筒31F外墙钢筋绑扎,内墙剩余钢筋绑扎。4)第4步上支撑系统位于30F:(1)32F伸臂桁架部分上弦(共12件)安装;(2)核心筒31F封模(局部补充木模板)混凝土浇筑;(3)内墙结构进行32F钢筋绑扎。5)第5步上支撑系统位于31F:(1)32F伸臂桁架剩余上弦(共8件)安装;(2)核心筒32F外墙钢筋绑扎;(3)核心筒32F封模混凝土浇筑;(4)伸臂桁架施工完,进入标准层施工流程。4关键施工技术4.1深化设计阶段根据设计院设计图纸,统筹考虑伸臂桁架自身的结构特点、模架结构体系、塔式起重机起吊能力、焊接工艺、构件制作及运输等要求,合理确定伸臂桁架水平分段及竖向分节。深化设计阶段,针对复杂节点,如钢筋与钢骨的接驳器连接或预留孔、机电设备管道预留孔洞、塔式起重机埋件等均需要在深化设计阶段确定。伸臂桁架构件分段分节如图6所示。4.2焊缝施焊困难由于墙体竖向钢筋接头均设在楼层面以上一定距离,在伸臂桁架安装期间若不单独对钢筋接头位置及钢筋下料长度进行深化则可能造成竖向钢筋超过伸臂桁架构件焊缝位置,最终会对焊缝施焊造成较大困难。在钢筋绑扎与伸臂桁架协同施工中,根据伸臂桁架对接面与楼层标高之间的关系(见表1),竖向钢筋在接头位置以不超过桁架构件水平焊缝位置为原则。施工时,先进行下弦构件吊装、焊接,再进行下弦下层结构钢筋绑扎,腹杆、上弦层施工依照下弦层工序进行,保证竖向钢筋接头位置始终处于焊缝以下。由于构件分段分节限制,可能无法保证同一区段内钢筋接头面积≤50%,经与设计商议,构件对接区域的钢筋接头均按一级接头进行留设,墙体其余位置按要求留设钢筋接头,如图7所示。4.3模架下料串桶伸臂桁架混凝土采用布置于模架顶部的2台HG19G液压布料机进行浇筑,由于伸臂桁架施工期间混凝土浇筑层可能位于模架最底层,为避免混凝土自由抛落高度过大产生离析等问题,在每个内筒四角和中间紧靠墙体位置设置下料串桶,串桶与模架焊接固定,串桶最下端通过短溜槽将混凝土引入待浇筑墙体内。为避免布料机移位过程中对伸臂桁架焊缝产生污染,在混凝土浇筑前还需对已安装的构件焊缝通过粘贴胶带进行保护,构件吊装前再将胶带撕除。4.4模架顶升开启考虑伸臂桁架施工特殊节点,凸点顶模在4个角部每层设计有8个开合机构,共覆盖6层,根据现场安装及模架顶升情况可以实现单个开启、逐层开启或全部开启,模架吊装前打开上部全部开合机构,吊装完成后闭合上部开合机构,保证人员同层通行。模架顶升前将锻钢节点下部开合机构打开,保证模架顺利顶升,顶升完成后及时关闭开合机构。锻钢节点处模架角部开合如图8所示。4.5钢模板无门扇形式,引起楼本工程塔楼采用钢模板高4.8m,在设计阶段也已经考虑了伸臂桁架结构与钢模板相对位置关系,将塔楼4个角部与桁架外伸牛腿冲突的钢模板全都设计成门扇形式,伸臂桁架结构层施工时打开,常规楼层施工时封闭。桁架锻钢节点吊装前将角部钢模板全部打开,钢筋绑扎完成后封闭非外伸牛腿区域钢模板,外伸牛腿区域用普通木模板封闭,混凝土浇筑完毕后钢模板退模、木模板拆除,平台顶升一个结构层高,进入下一个楼层施工,待伸臂桁架层全部施工完毕后钢模板全部闭合,进入常规楼层作业施工。模板开合示意如图9所示。4.6模板调节技术武汉中心采用86型子母扣定型钢模板,模板高度为4.8m,模板下挂在模架内随模架一同顶升,为了适应伸臂桁架等非标准层施工要求,钢模板顶部全部配置有专门的调节机构。模板调节技术在设计构造上主要有滑梁及滚轮、倒链葫芦、扁担梁、钢模吊链、钢模板等几部分组成。整片模板调节时,由2~3个操作人员同时拉动倒链,将扁担梁带动钢模板一同上移或下移,由此完成模板调节任务。调节方法如图10所示。5基于顶模的吊装在火炬架1)伸臂桁架作为超高层施工的关键节点,在深化设计之初必须根据模架平面定位及覆盖高度、塔式起重机吊装性能、与钢筋之间的关系、运输等因素综合考虑,深化设计的优劣是影响后期施工进度与质量的前提。2)凸点顶模作为核心筒施工的关键措施,设计之初必须考虑工程特殊节点要求,如伸臂桁架带有外伸牛腿的锻钢节点,如果不提前优化模架各