天津高银117大厦地上主体结构施工节奏控制分析
1 工程概况
天津高银117大厦位于天津市高新区地块的中央商务区, 是以写字楼为主并附有酒店及相关设施的大型超高层建筑, 总建筑面积 (地上部分) 约37万m2, 结构高度596.2m, 是目前中国在建结构高度最高的建筑物。
塔楼平面为正方形, 外形随高度变化, 建筑轮廓随斜外立面呈0.88°逐渐变小, 首层建筑平面尺寸约65m×65m, 渐变至顶层平面尺寸约45m×45m。中央核心筒为矩形, 平面尺寸约37m×37m。
2 地上结构形式特点
塔楼结构体系为:巨型框架-核心筒-巨型斜撑多重抗侧力体系。楼板系统采用钢梁、压型钢板和混凝土组成的组合楼板。
结构平面布局为正方形, 典型平面如图1所示。尺寸由65m沿竖向渐收至45m, 结构平面长宽比1∶1, 钢筋混凝土核心筒位于结构正中, 同时在双方向设置连梁, 通过水平钢梁和混凝土压型钢板组合楼板与外框筒连接。塔楼核心筒采用内含钢骨的型钢混凝土剪力墙结构, 下部采用内嵌钢板的组合钢板剪力墙结构, 核心筒周边剪力墙体厚度由1 400mm从下至上逐步均匀渐变至顶部300mm;筒内墙体厚度由600mm收至250mm, 墙体钢板变化由70mm渐变至20mm。
3 地上结构施工组织
考虑工程核心筒的结构特点, 施工单位采用整体式顶升钢平台模架体系与安装在核心筒剪力墙上的4台大型动臂式塔式起重机协同作业方式, 施工中核心筒与外框钢结构采用不等高同步攀升工艺, 使核心筒施工层与外框钢结构施工层保持合理进度差。
图1 结构典型平面布置Fig.1 Typical structure plan layout
3.1 模架系统与塔式起重机布置
顶升模架体系 (见图2) 可以提供一个接近4层楼高度的立体施工作业平台, 平台顶部设计考虑到钢结构部件吊装的吊装孔, 模架内部有竖向分割为8层的内挂架系统, 可以在竖向提供3层的作业面, 从上到下分别为钢板剪力墙吊装层、剪力墙钢筋绑扎层、剪力墙混凝土浇筑层, 这样在模架体系内, 可以形成竖向3层施工段垂直交叉流水式作业。
图2 顶升模架结构示意Fig.2 Jack-up formwork system
天津高银117大厦塔楼选用2台ZSL2700和2台ZSL1250塔式起重机作为竖向结构构件的主要垂直运输工具, 塔式起重机布置形式如图3所示。4台塔式起重机均为内燃机驱动的大型动臂式塔式起重机, 其中ZSL2700塔式起重机最大起重量分别为100t/2倍率、50t/1倍率;ZSL1250塔式起重机最大起重量为64t/2倍率, 33t/1倍率;在最大起吊半径60m处, 吊重分别为31.9, 12t, 最大起升高度>600m, 从提升高度和提升质量方面经过核算可以满足主体施工期间的所有吊装要求。
图3 动臂式塔式起重机和顶升模架平面位置关系Fig.3 The layout between luffing jib tower crane and jack-up formwork
结构竖向施工关系如图4所示, 从图4中可以看到, 塔身高度固定为60m, 塔身的上下附着框间距为18m, 顶升模架的总高度在22m (钢平台围护高度+顶模钢平台主桁架高度+顶模内挂架高度) ;考虑塔式起重机吊装作业时在顶模顶部的回转净空和顶升模架底部与塔式起重机上附着框的净距要求, 顶模与塔式起重机在塔楼结构竖向总的占用空间至少在45m以上, 由于塔楼进入标准层后, 层高主要为4.32, 3.98, 5.02m, 所以塔楼核心筒的施工高度在进入标准层以后, 正常情况下至少高出外围水平结构施工10个标准层的高度。
图4 结构施工竖向关系Fig.4 Vertical relation in structure construction
塔楼主体结构在标准层的常规施工情况下, 核心筒剪力墙的钢板会高于外围巨型钢柱5~6层, 核心筒剪力墙钢板会高于核心筒水平结构6~7层, 核心筒剪力墙钢板会高于塔楼外围水平结构10~15个楼层。
按照设计, 塔式起重机每次爬升高度为18m (塔式起重机支撑框间距18m) , 顶模每次的顶升高度在4.32~5.22m, 所以塔式起重机每次爬升可提供爬模最多4次顶升。
3.2 核心筒作业工序安排
模架体系是高度集成的作业平台, 依靠模架体系提供的8层内挂架 (高17m, 平面面积约1 200m2) , 需要安排竖向3层施工段:钢板吊装就位及钢板焊接、钢板剪力墙体钢筋绑扎、钢板剪力墙混凝土浇筑。各竖向施工段在水平范围内又分为4个施工分区, 这样在顶升模架内形成平面和竖向交叉的立体施工作业, 十分有限的作业空间导致模架内的工序安排异常复杂。施工单位通过2次模架试顶升, 调整并确定施工顺序, 规定各工序实际最长作业时间, 对塔式起重机时间进行测定并统一固定分配。最终确立了1层6d的标准化核心筒施工节奏, 得以在后续模架顶升中应用。平面施工分区如图5所示。
图5 施工平面分区Fig.5 Construction plan layout
3.3 水平结构施工
3.3.1 水平结构施工方法
主塔楼的水平结构分为核心筒内、外2部分施工, 水平结构均由钢梁、压型钢板及钢筋混凝土结构组成。
内筒钢梁施工借助悬臂式起重机的竖向起吊和吊臂水平旋转功能, 将钢梁运至所在楼层位置后由人工进行安装, 安装完毕后进行压型钢板铺设及钢筋混凝土施工。
外筒水平钢梁利用核心筒的4台动臂式塔式起重机结合人工将核心筒体外周围钢梁安装就位后进行压型钢板铺设及钢筋混凝土施工。
3.3.2 水平结构施工对整体施工节奏的影响
水平结构作为主体结构的一部分, 将核心筒墙体、巨型钢柱及外框架结构连成一个整体, 保证了塔楼整体的刚度及稳定性。
施工中, 若核心筒剪力墙与水平结构施工速度脱节, 当达到一定高度后, 将会导致核心筒体上部形成较大的自由端, 整个筒体结构的抗弯承载力将大幅下降, 附着在剪力墙体上的塔式起重机也随之产生安全隐患。施工中伴随核心筒的施工节奏, 也进行了水平结构的施工调整, 经过结构受力验算, 确定了如图4所示的内外筒水平结构的施工层次关系, 同时要求监测单位对当前工况下的塔楼水平及竖向结构受力进行常态化监测, 设计单位定期对塔式起重机支撑杆件、埋件及主体结构墙体平面外的抗弯承载力进行复核, 以保证核心筒的整体性以及墙体的稳定性。
4 结语
对天津高银117大厦上部主体结构施工节奏进行分析, 在超高层集中作业平台内部的施工作业逻辑十分严格, 因此整体施工节奏的控制格外重要, 若打破正常施工节奏将会导致顶升模架内部立体分区交叉施工的紊乱, 原有的工序节律无序, 施工进度将无法实现。
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