武汉绿地中心主楼高636m, 地下5层, 地上120层, 钢结构用钢量约9万t, 总建筑面积40.3万m², 采用“核心筒+巨型柱+伸臂桁架+环带桁架”结构体系。

核心筒水平结构采用“钢梁+组合楼板”结构体系, 采用钢楼梯。其中, 核心筒楼层钢梁分布在F1M (17.950m) ~F120 (574.900m) 层, 最大截面尺寸为H600×250×12×20。核心筒内钢楼梯分布在F1 (-0.100m) ~F120 (574.900m) 层, 梯柱、梯梁最大截面尺寸均为H400×200×12×16, 梯段主梁采用[25c, [36c, 梯段踏步及平台采用6mm厚花纹钢板。钢构件材质均为Q345B。

核心筒随主楼结构高度增加, 共有3次内缩, 分别位于F66, F87, F116层。F1M~F66层核心筒被剪力墙分隔成9个矩形筒、3个梯形筒、1个六边形筒;F67~F87层核心筒被剪力墙分隔成9个矩形筒、1个六边形筒;F88~F116层核心筒被剪力墙分隔成6个矩形筒、1个六边形筒;F117~F120层核心筒被剪力墙分隔成3个矩形筒、1个六边形筒, 如图1所示。

核心筒竖向结构、水平结构、外框结构采用“不等高同步攀升”的施工组织形式, 其中核心筒竖向结构领先外框结构10~15层, 外框结构领先核心筒水平结构15~20层。核心筒竖向结构施工采用全封闭的顶模系统, 导致核心筒内滞后施工的楼层钢梁、钢楼梯等钢构件无法由塔式起重机直接吊装就位。经方案比选, 核心筒内的楼层钢梁、钢楼梯选用卷扬机系统进行土法吊装。该施工方案存在以下施工重难点。

1) 核心筒内水平结构施工与上方顶模竖向结构施工存在交叉作业, 如何设置水平硬质防护, 避免顶模物体打击伤害是施工重点。

2) 钢构件需穿过外框结构水平转运至核心筒内, 外框进料平台的设置、钢构件转运方法及路线是施工难点。

3) 吊装系统需安全、高效、可靠, 因此, 卷扬机选型及布置、钢丝绳选型、钢丝绳导向轮设置是施工难点。

以核心筒内水平硬质防护层作为钢结构安装竖向分区分界面。核心筒内水平硬质防护第1次设在第F11层, 以后向上每10层做1次, 进料平台及卷扬机吊装系统每10层向上周转1次。

以第1个施工分区为例, 立面关系如下:外框钢结构施工至F15层, 领先外框组合楼板混凝土浇筑5层。在F7, F8层各设1个进料平台 (平面位置错开) , 采用塔式起重机喂料, 钢构件经进料平台进入楼层内堆放备吊。在F9层设4台卷扬机, 两两一组进行核心筒内钢结构吊装。在F12层核心筒门洞处设置夹具式扒杆。

钢丝绳从F9层的卷扬机出来, 绕过本楼层核心筒门洞口设置的第1个导向轮, 再绕过对面剪力墙F12层的夹具式扒杆上的第2个导向轮, 然后用卡环连接放在F7或F8层外框楼板上、且靠近核心筒门洞位置钢构件上的吊耳或吊装孔, 将钢构件牵引进核心筒内进行吊装, 如图2所示。

水平硬质防护层施工时, 正上方顶模应暂停施工, 并需派人到顶模上进行巡查监督, 防止交叉作业。

设置水平硬质防护的楼层, 应先安装楼层钢梁并铺设压型钢板, 以压型钢板为工作面, 再对预留洞口、电梯井口、钢楼梯口等位置进行水平硬质防护, 如表1所示。

电梯井口位置槽钢龙骨一端与钢梁上翼缘板焊接的耳板螺栓连接, 然后人力放平, 另一端搭在核心筒预埋件上的托板上, 如图3所示。

核心筒内钢构件采用塔式起重机由地面堆场吊至进料平台, 在钢构件下方垫钢管滚动转运至外框楼板上。根据核心筒内钢梁、钢楼梯规格尺寸进行进料平台设计。

核心筒内钢梁最长为13.6m, 最重为1.78t;钢楼梯最宽为1.4m, 最重为1.63t。进料平台设计要求: (1) 最大堆放材料荷载35k N; (2) 进料平台长7m, 宽2.5m, 挑出建筑物长5.5m; (3) 主梁采用I22a, 次梁采用I18, 主次梁焊接成整体, 次梁间距0.8m, 共8根; (4) 平台面采用6mm厚钢板与主梁焊接; (5) 选用21.5mm钢丝绳, 平台两边各设前后2道独立斜拉钢丝绳, 分别拉接在4个拉接点上, 钢丝绳水平夹角≥45°, 绳卡数量、间距按照规范设置; (6) 进料平台悬挑的3个侧面均设置1.2m高防护栏杆, 防护栏杆采用48×3.5钢管, 栏杆内侧采用3mm厚钢板作侧面硬质防护; (7) 在悬挑平台前端用48×3.5钢管设置单开合页门, 方便较长的钢构件进料, 同时在单开门外侧设置1m的外挑部分, 并挂设安全兜网, 如图4所示。

钢构件由进料平台进入外框楼板后, 采用手动液压搬运车在外框楼板上转运至相应核心筒门洞附近位置堆放备吊。每根钢构件采用2台手动液压搬运车进行转运, 转运时, 应固定牢靠, 防止钢构件倾倒。钢构件在楼层内堆放时, 应合理规划, 保证满足吊装进度要求, 同时, 应留出转运通道, 保证构件能及时供应, 如图5所示。

根据核心筒内钢构件质量及施工进度要求, 选用4台3.2t卷扬机。为提高土法吊装安全性, 应选用慢速卷扬机。

卷扬机配套钢丝绳考虑钢构件质量、卷筒上至少5圈余量、水平出绳长度、2个导向轮间长度、竖向吊装长度等因素, 选用15.5mm、长100m的钢丝绳。

卷扬机应设置在重力柱附近且方便钢丝绳直接绕过核心筒门洞处地锚上的导向轮。卷扬机位置确定后, 利用基座上的预留孔采用膨胀螺栓固定在楼板上, 同时, 采用钢丝绳捆绑在重力柱上将卷扬机后肢拉紧加固。

第1个导向轮设置在提前预埋在核心筒门洞中间位置的外框楼板地锚上。地锚采用16mm厚钢板焊接成“T”字形, 在组合楼板钢筋绑扎时, 穿插施工预埋在外框楼板上。地锚设置在核心筒门洞口外楼板压型钢板的波谷处, 并与附近楼层钢筋焊接连接, 如图6所示。

1) 设在夹具式扒杆上硬质防护层钢梁及其下一层钢梁施工时, 在硬质防护层上一层核心筒门洞处设置的夹具式扒杆吊耳上挂设导向轮, 进行硬质防护层钢梁及其下一层钢梁吊装, 如图7所示。

2) 设在钢梁下方夹具式耳板上硬质防护层钢梁及其下一层钢梁施工完成后, 在硬质防护层钢梁上进行水平硬质防护施工。硬质防护层施工完成后, 在硬质防护层下一层已经安装好的钢梁下翼缘板设置夹具式耳板, 其上挂设导向轮, 进行下方所有楼层钢构件安装。下方楼层钢梁由下至上逐层安装, 如图8所示。

目前, 国内越来越多的超高层建筑采用核心筒竖向结构领先水平结构施工的施工组织形式, 且核心筒水平结构采用“钢梁+组合楼板”结构体系, 导致核心筒内钢构件需另外选用吊装设备进行施工。综合考虑工期、施工安全、人员设备投入等因素, 选用“卷扬机吊装系统+水平硬质防护”的施工方法, 以10层左右为1个竖向施工分区, 先施工水平硬质防护层, 再在水平硬质防护层下方进行核心筒内钢结构施工。实践证明, 该方法应用效果良好, 取得了良好的经济效益和社会效益。