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超高层商业建筑正逆作双向同步施工关键技术的研究
收录时间:2022-11-25 21:35:56  浏览:0
超高层商业建筑正逆作双向同步施工 关键技术的研究 S t u d y o n Ke y Te ch n o lo g y o f P o s it iv e To p Do wn a n d Do u b le W a y S y n ch r o n o u s Co n s t r u ct io n f o r S u p e r Ta ll Co mme r cia l Bu ild in g 曹钦 上海现代建筑设计集团工程建设咨询有限公司2 0 0 0 4 1 摘 要 以超高层商业地产建筑工程为背景 在工期紧张的条件下 提出了建筑结构正逆作双向同步施工 的技术设想 并结合工程实际 研究了大承载力桩基施工 转换结构施工 模板施工以及高强度混凝土施工等关键技术 工程实施 效果表明 高层建筑正逆作双向同步施工在目前的技术条件下切实可行 能够有效缩短工程施工周期 确保工程质量 和结构安全 关键词 超高层建筑结构双向同步施工 大承载力桩基转换梁模板施工高强混凝土 中图分类号 T U 9 7 4 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 4 1 0 0 1 2 0 1 2 0 3 0 1 9 5 0 3 商业地产不同于一般 的工业与民用住宅工程 尤其是 超高层商务楼或购物 中心大厦 其建筑体量庞大 结构造型 复杂 对周边环境保护的要求较高 由于此类建筑大多位于 都市繁华地段 寸土寸金 对业主而言 时 间就是金钱 故 对施工质量和工期的要求也特别苛刻 有些工程项目甚至 是根据业主拟定的开业 日期来倒排施 工工期 给施工单位 操作带来极大的困难 因此 如何在商业地产工程项 目中 科学地进行组织 有效地协调人力和物力资源 尽可能地采用现代施工技术 以有效控 制工程进度 实现工程项 目建设的工期目标和质 作者简介 曹 钦 1 9 7 6 一 男 本科 工程师 作者地址 上海市石p 路 2 5 8 号 8 楼 2 0 0 0 4 1 o 收稿 日期 2 0 1 2 0 2 1 6 量目标是一个亟待研究的全新课题 1 超高层商业建筑主体结构双向同步施工的构想 上海地处长江中下游 中 积平原 区域 属淤泥 质软土地 基 地下水位高 承载力差 加之城市历史悠久 道路狭窄拥 挤 商业建筑众 多 地下管线环绕 对 周边环境保护的要 求 也特别高 因此 高层建筑施工工期及基坑支护费用长期居 高不下 制约了上海的城市建设和商业地产的发展 在这种情况下 创新的逆作法施工工艺改变了高层建 筑结构施工周期长 基坑支护费用高 对周围环境影响大等 现状 具有十分广阔的应用前景 特别是近年来 有不少商 业地产工程开始结合主体结构施工进行了半逆半顺 阶梯 式逆作以及顺逆作双向同步作业的施工实践 更进一步降 低 了基坑支护费用 缩短了结构施工工期 取得 了显著的社 会和经济效益 合有限元分析结果 5 8 8 m长板带最大收缩应 力未超过 混 凝土抗拉强度 但研究结果表明 一次性浇筑长度不宜超过 5 0 m 因 此 背 景 工 程 后 浇 楼 板 一 次 性 浇 筑 长 度 在 4 0 m 5 0 m 未产生收缩裂缝 6 结语 在基坑 工程逆梁顺板法施工过程中 后浇楼板 的裂缝 控制对于裙房地下室结构的结构整体性 建筑美观性等有 着重要的意义 本文借助于有限元软件分析混凝土收缩拉 应力对混凝土裂缝的影响 并结合已有的大面积混凝土浇 筑经 验 从 而确 定后浇 楼板一 次性 浇筑长 度不 宜超 过 5 0 m 工程实践表明 该理论分析成果在后浇楼板施工进度 控制中得到了有效验证 为基坑工程逆梁顺板法进一步推 广及应用提供了可靠的技术支持 参 考 文 献 l 朱毅敏 姚旭鹏 混凝土早期收缩徐变作用下的超长支撑轴力分析 建 筑施工 2 0 1 1 3 3 5 3 5 9 3 6 1 I IR E I I r第3 4 卷 第3 期l 1 9 5 I 2 应用工程背景 上海龙之梦虹 口购物中心大厦由 2 幢 3 O层商务楼和 地下 5 层 地上 6 层裙房组成 占地面积为 2 8 6 9 6 II I 总建 筑面积为 2 7 7 7 0 0 m 建筑总高度为 1 4 9 m 该工程位于上海市虹口区西江湾路 花园路之间 与著 名的虹 口足球场隔街相望 在工程东侧是运营中的高架轻 轨 3 号线站点 朝南则是地铁 8 号线地下站点 西面为内环 线高架道路 西北角还有 1 座变电站 周边环境复杂 水 电 煤 卫 通讯等线缆众多 对施工控制的要求极高 因本工程基坑 占地面积大 开挖面积达 2 4 3 0 0 m z 最 大开挖深度为 2 6 6 2 m 开挖卸载量大 且周边环境复杂 地下 公用管道和线缆众多且有不少需要保护的已有建筑 加上业主对本工程工期要求较紧 设计和施工单位在权衡 各种施工方案的利弊得失后 决定在基础大底板完成前就 开始进行上部结构施工 即以地面为界 下部逆作 上部顺 作 进行建筑结构上下部双向同步施工 以在满足周边环境 控制要求的同时 实现工程质量和工期节点的预定 目标 3双 向同步施工的难点分析 3 1 桩基承载力问题 高层建筑下部结构的施工重点在于深大基坑的支护和 开挖 按 常规顺作施工工艺 由桩基直接承担来 自上部结构 的荷重与施工荷载 但在双向同步施工时 由于基础大底板 滞后形成 基础桩不能发挥共同作用 在此之前 只能 由立 柱桩单独承接上部荷载 随着施工进度的快速进展 立柱桩 的载荷也不断增加 而立柱桩的承载 力却由于基坑内土方 的开挖卸载反而减少 可能导致立柱桩之间的差异沉 降 如 果差异变形过大 将严重影响到结构的质量和安全 这就对 桩基和围护墙的承载能力提出了特别高的要求 3 2 双向同步施工的工序安排和时间搭接 所谓正逆作法双向同步施工 并不是真正意义上的同 时起步 因为上部结构开始施工后展开的作业面 将给地下 结构的土方施工 材料运输 混凝土浇筑等带来不便 所以 在进行双向同步施工时 上部结构的正作一般多延后于下 部结构 的逆作 以便于施工场地的充分拓展 因此 上部结 构正作何 时介入 必须综合考虑 过晚固然不行 过早开始 又势必影响地下工程的进展 从而影响整个工程工期 所 以 一定要通过工程量的推算 选择最适宜的 时间窗口 使正逆作施工均能顺利进行 3 3 同步施工交接处的结构加强 双 向同步施工作业一般多以自然地面为界 下部结构 逆作 上部结构顺作 尽管施工时序略有先后 但施工交接 处 的结构受力最为复杂 其中上部结构荷载如何有效传递 是双向同步施工的又一难题 尤其是上部建筑结构还有抗 1 9 6 I 2 o 1 2 3 由 血一 风 防震要求 在构造上要求剪 力墙 同步施工 而逆作法中 剪力墙却又是后做 所以在上部顺作 时就必须考虑同步施 工交接处的加强 以保证整体建筑的质量和安全 图 1 焉 一 结 构 施 工 1 逆 围 向 柚 F 护 斛 茚 罔 立柱 结 工 构 基底 桩 圈 1 双向 同步施工示意 4 正逆作双向同步施工关键技术的研究 4 1 大承载力桩基施工技术 为利于基础桩墙与建筑上部结构的共同作用 满足建 筑结构的抗风 防震要求 本工程采用了大承载力钻孔灌注 桩桩 基 钻 孔灌注 桩共 3 1 2 根 西1 2 0 0 m m 有效 桩长 5 1 2 m 单桩承载力设计值 1 4 8 0 0 k N 其上部插入 7 0 0 m m 钢管作为结构支撑柱 钢管要求插入钻孔桩钢筋笼内 2 m 桩 的混凝土强度为 C 4 5 钢管内混凝土强度为 C 6 0 为提高 桩的承载力 减少沉降 同时对桩端进行 了后注浆工艺 本工程 由于在施工前作 了充分准备 施工中做到严格 管理 使桩基立柱垂直度均控制在 1 3 0 0 之内 为双 向同步 施工提供了保障 4 2正逆作双向施工搭接时间的选择 在主体结构施工前 我们应用 电算软件对本工程正逆 作同步施工的多种工况进行了三维演算和仿真分析 分析 结果表明 最不利工况是在下部结构逆作至基坑底 而基础 大底板 尚未浇注之时 因此 在综合各方面的因素之后 我 们认为 同一建筑正逆作施工的起始时间必须错开 也就 是 总共 5 层 的地下结构 至少要在逆作至地下 3 4 层时 方可开始上部结构的顺作施工 这样到基础大底板完成时 就可以实现裙房结构的施工 到下部结构的剪力墙完竣后 上部结构至少可施工至 6 层以上 能够达到缩短总工期的 目标 4 3 同步施工交接处结构的加强 经过各种加强方案的比较和研究 本工程决定采用加 筑临时转换大梁的方式来解决上部剪力墙结构的重力传递 问题 如 图 2所示 临时转换梁设置在地面层底板 以上 3 0 0 m m处 与剪力墙 的暗梁契合 其宽度与剪力墙同宽 高 度为 1 2 0 0 m m 在主楼范围内 转换梁尽可能地与地下结 构立柱进行有效连接 并且其 自身亦能构成相对封闭的构 架系统 使转换梁不但能承受上部结构荷载 还能调节立柱 之 间的差异沉降 经工程实践 该临时转换梁虽然增加了一 点施工成本 但在结构质量 施工安全和 工期控制方面 解 决 了技术难题 为顺利开展双向同步施工 起到了重要的作 用 转换梁待地下结构的剪力墙顺作施工完成后凿除 隧 一 框 架 柱 D 蠢 章 r一 藉 换 粱 峨 下结 立柱 图 2 同步施工转换结构 4 4 高强混凝土施工技术的应用 考虑到对施工工期节奏的把握以及建筑结构的质量和 安全 经设计方同意 本工程在主楼 1 0 层 以下均采 用了 C 6 0 高强混凝土 这样不仅有效地控 制了肥梁 胖柱 厚板 现象 也有效减少了上部结构的 自重 使上部结构在下部结 构逆作法施工完成之前即可正作施工更多层数结构 进一 步缩短 了施工工期 4 5 降模技术的创新 由于本工程地下室深达 5 层 为 了加快地下结构 的施 工速度 使基础大底板能及早形成 为上部结构的同步施工 创造条件 施工单位专门开发了一套逆作降模系统 该 系统 由模架 吊杆和手动倒链组成 模架主梁为 2 0 a 工字形钢 间距 1 5 0 0 m m 统长 次梁为 1 0 槽钢 间距 9 0 0 m m 其水 平连接采用厚 l0 m m的钢板和螺栓连接 其上再按常规方 法铺设木方和面板 降模动力主要依靠承载力为 2 0 k N 的 手工倒链 通过吊杆穿越楼板预 留孔徐徐 向下降模 直至设 计楼层 逆作降模施工流程 在地面层安装降模 按楼面标高往 下再超挖 1 m 作为模架工作面 一整层模板按 0 3 名 起拱 上扎钢筋 铺设管线一 浇筑楼面板一逆作楼地面以下 的土 体开挖一楼面混凝土达到设计强度后 利用倒链和吊杆进 行降模一修整到位后的大模 再绑扎钢筋 浇筑楼面混凝土 进入下一个循环 一浇筑大底板前 拆除降模系统 该降模系统的应用 充分拓展 了双向同步施工的优势 在时间上不必等待楼板结构养护全部完成 即可进行下层 土方的开挖 大大提升了地下结构的施工速度 5 工程实施效果 本工程采用顺逆作双向同步施工工艺 使工程工期缩 短近 2 个月 满足了业主对工期节点 的要求 同时也实现 了 对周边环境的保护 体现出较好的经济效益和社会效益 6展望与建议 工程实践证明 建筑结构正逆作双向同步施工工艺能 够有效缩短整个工程的工期 同时兼具施工控制方便 可以 有效保护周边环境的优点 在超高层建筑尤其是商业地产 建筑的建造中有着比较广阔的应用前景 但在以下几个方 面尚有待解决或进一步提高 以使其能更好地为工程建设 服务 1 超高层建筑或大型商业地产 多位 于城市核心 区 域 对周边环境保护的要求均极为苛刻 因此 应积极利用 现代化的信息技术 对建筑物的沉降和基础桩墙的位移实 现定量控制 并将其分解为若干阶段的控制指标 制定相对 应的技术措施 做好事前和事中控制 这样做往往能事半功 倍 值得进一步推广和借鉴 2 鉴于建筑结构正逆作双向同步施工对结构承载力 的特殊要求 我们认为采用巨型桩和桩底注浆技术 可 以进 一 步提高现行桩基的承载力 对控制支承柱和建筑结构的 沉降是有效的 而且也 比较经济 如在上海软土地基条件 下 把桩基承载力的设计值做到 2 0 0 0 0 k N以上 这在时下 施工技术进步及工程机械不断创新的情况下 是完全可以 做到的 3 由于商业地产的特殊性 施工及早介入设计很有 必要 本次工程采 用转换梁加强形式解决 了上部结构剪力 墙的施工载荷问题 在施工完成后拆除 倘施工单位在事前 就能与设计就及时沟通 完全可以结合构造设计 将该梁溶 入建筑 成为结构的一个组成部分 发挥建筑整体的共同作 用 4 模板 工程是建筑结构施工的重要利 器 在正逆作 双向同步施工的过程中 可以充分发挥现有模板创新技术 的优势 如逆作部分采用降模 正作部分采用升模 台模或 飞模 无疑将进一步提升施工机械化水平 有效缩短施工工 期 5 在钢筋混凝土框筒结构为主导 的高层建筑施 工 中 发挥高强度混凝土的特性 合理运用混凝土的不同强 度 不仅可以有效减轻建筑结构 自重 节约工程材料 也符 合低碳环保的绿色施工的时代要求 具有显著 的
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