超高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)深化設計探討

袁 淵 阮 浩 章忠欽

(中建三局集團有限公司設計事業(yè)部，湖北 武漢 430000)

超高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)深化設計探討

袁 淵 阮 浩 章忠欽

(中建三局集團有限公司設計事業(yè)部，湖北 武漢 430000)

基于武漢綠地中心項目混凝土結(jié)構(gòu)深化設計經(jīng)驗，對底板鋼筋排布、勁性結(jié)構(gòu)鋼筋、結(jié)構(gòu)綜合預留預埋等超高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)深化設計常見的內(nèi)容及要點進行了總結(jié)，并針對超高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)深化設計的不足提出了改進措施，以供國內(nèi)同類型項目借鑒和參考。

超高層建筑，混凝土結(jié)構(gòu)，深化設計

目前國內(nèi)所有在建的400 m以上的超高層，除鋼結(jié)構(gòu)部分外，常規(guī)的混凝土結(jié)構(gòu)施工組織亦不能滿足項目的需求，需增加混凝土部分深化設計。本文基于武漢綠地中心項目混凝土結(jié)構(gòu)深化設計經(jīng)驗，對超高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)深化設計常見的內(nèi)容及要點進行了總結(jié)，以期供國內(nèi)同類型項目參考。

1 項目基本情況

武漢綠地中心項目施工范圍包括主塔樓、商業(yè)副樓及地下室。主塔樓建筑高度636 m，共120層，主體結(jié)構(gòu)形式為勁性核心筒+勁性外框巨柱+伸臂桁架+環(huán)帶桁架，樓板采用壓型鋼板和鋼筋桁架樓承板。商業(yè)副樓由一棟31層SOHO樓、一棟39層辦公樓和一棟地上8層、地下5層的裙樓組成，結(jié)構(gòu)形式為核心筒+框剪，部分剪力墻、柱、梁內(nèi)置型鋼，局部采用預應力梁。

2 混凝土結(jié)構(gòu)深化設計內(nèi)容和要點

此部分將重點闡述超高層建筑混凝土工程底板鋼筋排布深化、勁性結(jié)構(gòu)鋼筋深化、結(jié)構(gòu)綜合預留預埋深化的深化設計內(nèi)容及要點。

2.1 底板鋼筋排布深化

武漢綠地中心項目底板最大厚度達5 m，從上至下共14層受力鋼筋，鋼筋規(guī)格為三級鋼，鋼筋最大直徑達50 mm。傳統(tǒng)鋼筋施工模式無法滿足現(xiàn)場要求，必須通過實測實量+三維建模等方式，出具底板鋼筋排布深化圖，解決施工過程中可能出現(xiàn)的問題。底板鋼筋排布在此項目中深化設計包含如下內(nèi)容。

2.1.1 底板基坑標高深化

深化原則：盡量減少底板鋼筋加工、綁扎難度，底板標高應盡可能保持一致，減少變標高面。深化要點：底板標高相近處(如施工電梯基坑、集水井、承臺等)，是否可調(diào)整為同一標高。

2.1.2 底板鋼筋定位

深化原則：清晰、準確表現(xiàn)底板各層鋼筋位置關(guān)系，需采取總體尺寸參考施工圖、局部尺寸實測實量的方式，繪制各標高鋼筋剖面分布圖，并對每層鋼筋進行統(tǒng)一編號，明確規(guī)格。深化要點：1)各層鋼筋位置關(guān)系是否清晰，編號是否齊全(尤其是變標高處、加強處等特殊節(jié)點)；2)基坑尺寸是否經(jīng)過現(xiàn)場實測實量，尤其是基坑、承臺等鋼筋密集處，基坑的坡度、標高、尺寸是否精準；3)是否明確底板鋼筋綁扎分段及順序，盡可能減小累積誤差；4)是否預先標注鋼筋連接接頭類型、定位等，現(xiàn)場是否具備彎折大直徑鋼筋擰入套筒的操作空間。

2.1.3 節(jié)點詳圖

深化原則：底板節(jié)點詳圖數(shù)量多，且部分節(jié)點詳圖有搭接，需核對詳圖是否齊全、搭接處是否有解決措施。深化要點：1)是否標注所有節(jié)點詳圖(樁頭與底板連接構(gòu)造、型鋼柱腳與底板連接構(gòu)造、變板厚節(jié)點、井坑節(jié)點、坑中坑配筋詳圖、格構(gòu)柱節(jié)點、降水井節(jié)點、后澆帶節(jié)點等)；2)是否存在節(jié)點詳圖搭接情況，搭接處處理方案是否明確，是否可進一步優(yōu)化；3)是否說明各節(jié)點構(gòu)件安裝與鋼筋綁扎先后順序等(如型鋼柱腳考慮固定、上部錨栓連接等要求，通常按部分支架鋼筋綁扎→型鋼柱腳固定→其余鋼筋綁扎的順序安裝)；4)鋼筋支架規(guī)格尺寸、與底板鋼筋位置關(guān)系、連接節(jié)點、安裝順序是否明確，是否有計算書等。

2.2 勁性結(jié)構(gòu)鋼筋深化

超高層建筑通常在核心筒、外框巨柱、桁架層等混凝土結(jié)構(gòu)中內(nèi)置鋼板墻、鋼骨等勁性構(gòu)件，易與混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋發(fā)生沖突，必須在深化設計階段協(xié)調(diào)解決。勁性結(jié)構(gòu)鋼筋深化通常需根據(jù)原施工圖和鋼結(jié)構(gòu)單位提供的深化圖，核對鋼筋沖突情況并提出解決方案，繪制鋼筋深化圖。勁性結(jié)構(gòu)鋼筋深化設計內(nèi)容及要點如下。

2.2.1 碰撞檢查

深化原則：鋼筋是否與鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生碰撞；發(fā)生碰撞時，是否采用鋼筋移位、鋼板開孔、焊接、接駁器、搭接板等方式調(diào)整(從施工便捷角度考慮，優(yōu)先度從高到低)。深化要點：1)以單個鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件為基準，逐一核對與之相交的鋼筋節(jié)點(如梁柱、梁與核心筒交叉節(jié)點等)，是否存在碰撞并得到解決；2)針對全部碰撞點(尤其是加勁板、搭接板等鋼結(jié)構(gòu)深化過程中新增部件)，是否提出處理措施；3)處理措施是否最優(yōu)。

2.2.2 鋼筋移位

深化原則：當鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)位置沖突時，對于部分具有調(diào)整空間的鋼筋(通常為梁、柱截面位置居中的鋼筋等)，在不影響結(jié)構(gòu)安全的情況下，可適當移位。深化要點：1)鋼筋移位是否優(yōu)先采用；2)鋼筋移位后是否對鋼筋混凝土構(gòu)件受力造成較大削減(如梁、柱鋼筋有效高度、寬度減小等)；3)下層鋼筋是否需提前偏移；4)現(xiàn)場彎折是否可操作(一般直徑大于22 mm，現(xiàn)場不易彎折)；5)縱筋移位后箍筋、拉筋布置是否需配合調(diào)整。

2.2.3 開孔處理

深化原則：在鋼構(gòu)件的非關(guān)鍵部位或具有一定安全保證的部位，經(jīng)設計同意，在工廠加工階段，可適當開孔供鋼筋穿過。

深化要點：1)開孔位置、開孔率是否滿足規(guī)范和設計要求(通常避開鋼梁翼緣、鋼構(gòu)邊緣，設置于受力較小區(qū)域；盡可能梅花狀開孔)；2)多根鋼筋穿過時，開孔尺寸是否足夠(需考慮現(xiàn)場安裝誤差、焊接變形等因素，通常單筋開孔孔徑超過鋼筋直徑5 mm～8 mm為宜)；3)多根鋼筋可開長圓孔(需注意多根鋼筋在開孔處的位置關(guān)系)；4)開孔孔徑過大時，是否需要采取補強措施。

2.2.4 接駁器處理

深化原則：對于部分不可開孔區(qū)域，或開孔不便(如板厚過大)時，可焊接鋼筋接駁器。

深化要點：1)鋼筋接駁器規(guī)格型號及焊接要求；2)焊接位置應避開對焊接殘余應力、變形敏感區(qū)域(如鋼結(jié)構(gòu)翼緣、已有焊縫處等)；3)同一部位或區(qū)域焊接多個接駁器時，需明確是否采取加強措施；4)現(xiàn)場鋼筋擰入接駁器是否可操作，尤其是帶彎折的鋼筋等；5)接駁器是否定位準確(加工定位，尤其是產(chǎn)生鋼結(jié)構(gòu)安裝變形后的定位)。

2.2.5 焊接處理

深化原則：對于部分非主要受力鋼筋(如構(gòu)造筋、拉鉤、箍筋等)，且與鋼構(gòu)件連接部位對焊接不敏感時，可直接現(xiàn)場將鋼筋焊接于鋼構(gòu)件表面。

深化要點：1)焊接位置是否合理；2)鋼筋焊接長度、焊腳高度能否滿足設計要求；3)需焊接鋼筋數(shù)量多時，鋼筋端部排布空間是否足夠。

2.2.6 搭接板處理

深化原則：當鋼構(gòu)件表面不可直接焊接鋼筋時(如鋼筋端部排布不便)，可在鋼構(gòu)件工廠加工時，焊接一塊或多塊、水平或豎向的搭接板，用于連接鋼筋。

深化要點：1)搭接板規(guī)格、材質(zhì)是否明確，焊縫是否滿足連接強度要求，是否需要補充加勁板；2)布置搭接板時，搭接板尺寸是否滿足鋼筋排布、焊接長度(單面10d、雙面5d)要求；3)搭接板方向是否最優(yōu)(水平或豎向，盡量減少搭接板對其他鋼筋的影響)；4)增加搭接板是否產(chǎn)生與其他鋼筋的沖突；5)多層搭接板間距能否滿足鋼筋施焊空間、混凝土流淌要求等；6)搭接板標高控制是否準確，應確保焊接時與待焊鋼筋緊密貼合，并盡可能于搭接板上表面焊接。

2.2.7 現(xiàn)場施工要求

深化原則：鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)碰撞節(jié)點除按以上方式進行處理外，現(xiàn)場施工通常還需明確其他配套施工要求，如鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)安裝順序、箍筋穿孔搭接方案等。

深化要點：1)針對部分復雜節(jié)點，是否注明現(xiàn)場鋼筋綁扎與鋼結(jié)構(gòu)安裝步驟；2)箍筋穿孔搭接方案(箍筋穿孔搭接位置需具備操作空間)。

2.3 結(jié)構(gòu)綜合預留預埋深化

超高層建筑一次結(jié)構(gòu)有預留預埋要求的專業(yè)眾多，而各專業(yè)的預留預埋各自實施，易產(chǎn)生大量碰撞或干擾，因此需協(xié)調(diào)各專業(yè)繪制結(jié)構(gòu)綜合預留預埋深化圖。

結(jié)構(gòu)綜合預留預埋深化可分為本體類(如機電洞口、鋼結(jié)構(gòu)埋件、樓承板埋件、幕墻埋件、樓板鋼筋預留等)和措施類(如模架承力件預埋孔、模板對拉螺桿預留孔、塔吊埋件、施工電梯埋件等)。結(jié)構(gòu)綜合預留預埋深化設計內(nèi)容及要點如下。

2.3.1 深化圖紙說明

深化原則及要點：1)是否包括全部本體類和措施類分項所需的預留預埋；2)各本體、措施類分項預留預埋的分布范圍、構(gòu)件規(guī)格是否明確(如埋件尺寸、布置樓層、位置等)；3)各本體、措施類分項預留預埋的碰撞處理原則是否明確。

2.3.2 預留預埋綜合圖

深化原則：獲取各本體、措施類分項預留預埋初版圖后，需統(tǒng)一匯總至同一底圖中，形成綜合圖，核對各分項是否碰撞，并按深化圖紙說明中的原則進行統(tǒng)一調(diào)整，直至互不影響。

深化要點：各本體、措施類分項預留預埋構(gòu)件是否齊全、位置清晰且互不影響。

2.3.3 各分項預留預埋終版圖

深化原則：形成綜合圖后，需從中抽取各本體、措施類分項的預留預埋圖，并核對是否仍可滿足各分項的預留預埋需求，且形成終版圖。

深化要點：1)各本體、措施類分項預留預埋是否能滿足各自要求；2)各本體、措施類分項存在共用情況時，是否注明相應范圍、原則等。

2.3.4 豎向結(jié)構(gòu)預留水平結(jié)構(gòu)鋼筋深化圖

深化原則：準確指導水平結(jié)構(gòu)鋼筋預留預埋，同時考慮與施工措施分項適應性、樓板后期鋼筋搭接等因素。

深化要點：1)預留鋼筋水平、豎向定位；2)端部固定方式；3)與樓承板鋪板方向、上下弦鋼筋間距模數(shù)的對應；4)預留鋼筋與鋼筋桁架樓承板桁架鋼筋規(guī)格不一致時，采取的措施是否合理(如等強代換原則等)；5)長期放置的防銹措施；6)預埋深度不足情況下的處理；7)與各預埋件位置沖突時的處理節(jié)點。

3 超高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)深化設計的思考

3.1 現(xiàn)狀及不足

對于一般的建筑項目，因結(jié)構(gòu)形式簡單、各專業(yè)間協(xié)調(diào)量小，以上弊端的后果不大且不明顯；但對超高層建筑而言，其結(jié)構(gòu)形式多樣、專業(yè)接口眾多、施工措施復雜，以上弊端會嚴重放大，產(chǎn)生一些各方始料未及的問題，對現(xiàn)場進度、成本、質(zhì)量等造成極大影響。

3.2 解決思路

面對超高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)深化設計的現(xiàn)狀和困境，首先是加強項目各方對混凝土結(jié)構(gòu)深化設計的認識，需各方細致分析現(xiàn)場問題產(chǎn)生的根本原因，重視混凝土結(jié)構(gòu)深化設計的作用和意義；其次需業(yè)主方重視混凝土結(jié)構(gòu)深化設計，明確設計院、總包方、分包方的責任；最后承包商應組建一支混凝土結(jié)構(gòu)專業(yè)深化設計團隊，提高現(xiàn)場混凝土結(jié)構(gòu)深化設計水平，提前解決現(xiàn)場可能出現(xiàn)的問題，促進工程順利實施。

Discussion on the design development of concrete structures in supervision high-rise buildings

Yuan Yuan Ruan Hao Zhang Zhongqin

(ChinaConstructionThirdEngineeringBureauCo.,LtdDesignDivision,Wuhan430000,China)

Based on the design development experience for the concrete structure of Wuhan Greenland Center, the paper sums up the common contents for the design development of supervision high-rise building concrete structure including the layout of bottom reinforcement, steel and reinforced concrete, structural comprehensive preset and embed, and points out the improvement measures for the weakness in the design development of supervision high-rise building concrete structure, so as to provide some reference for similar projects in China.

super-high-rise building, concrete structure, design development

1009-6825(2015)28-0034-02

2015-07-26

袁 淵(1987- )，男，高級工程師； 阮 浩(1989- )，男，工程師； 章忠欽(1989- )，男，工程師

TU973

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