超高層建筑核心筒施工工藝的應(yīng)用

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司 西南分公司,重慶 400023）

高層建筑不斷發(fā)展,建筑工程量不斷增大,施工工序與施工結(jié)構(gòu)愈發(fā)復(fù)雜,核心筒作為建筑中央結(jié)構(gòu),關(guān)系著結(jié)構(gòu)承載力,影響著整個(gè)結(jié)構(gòu)質(zhì)量,所以,核心筒施工工藝的應(yīng)用成為關(guān)鍵。

1 工程概況

某超高層建筑,工程建筑高約450m,建筑面積約119 812m2,地下面積約44 210m2,地上面積約75 602m2,地上樓層為37 層,地下為3層,地下一層為娛樂(lè)場(chǎng)所,二三層為停車場(chǎng)。整個(gè)工程建筑采用鋼混結(jié)構(gòu),筒中筒體系。建筑外形獨(dú)特,規(guī)則中展現(xiàn)不規(guī)則,展現(xiàn)了城市新氣象,該建筑建成之后,必然會(huì)成為城市標(biāo)志性建筑之一。因此,作為城市對(duì)外門面,保障整個(gè)建筑工程質(zhì)量非常重要。該建筑作為超高層綜合體建筑,為保障整個(gè)工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,需要利用核心筒結(jié)構(gòu)增強(qiáng)承載力、抗震能力,保障整個(gè)建筑的穩(wěn)定性與抗震性。在本次工程施工中,核心筒的外側(cè)豎向墻體變截面共經(jīng)歷5 次,由原先的1 200mm 轉(zhuǎn)變?yōu)?00mm,核心筒兩筒內(nèi)各布置動(dòng)臂塔機(jī)1 臺(tái),中間筒的兩側(cè),在電梯井內(nèi)設(shè)置電梯1 臺(tái),用于工作人員與貨物上下,爬模架體上設(shè)置布料機(jī)2 臺(tái),在中間水平結(jié)構(gòu)板上設(shè)置泵管3 套,垃圾收集通道2 套。整個(gè)工程的核心筒系平面見(jiàn)圖1。

圖1 高層建筑核心筒平面圖

2 核心筒施工工藝概述

核心筒結(jié)構(gòu),位于建筑中央部分,是一種綜合性結(jié)構(gòu),由樓梯、電梯井道、電纜井、通風(fēng)井、公共衛(wèi)生間、部分設(shè)備圍護(hù)結(jié)構(gòu)等構(gòu)成,約占建筑總面積的20%,其與建筑外圍框架結(jié)合,成為一個(gè)完整外框內(nèi)筒結(jié)構(gòu),即框架核心筒結(jié)構(gòu)。核心筒結(jié)構(gòu)體系,有利于提升整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)受力性能,增強(qiáng)高層建筑的抗震性能。因此,該結(jié)構(gòu)框架被廣泛應(yīng)用于高層建筑施工中。核心筒施工如圖2 所示。

圖2 核心筒施工圖

在超高層建筑施工中,隨著樓層高度不斷增大,核心筒承擔(dān)的水平荷載不斷增大,核心筒施工工藝的重要性越發(fā)凸顯,若施工工藝不達(dá)標(biāo),框架核心筒結(jié)構(gòu)承擔(dān)的水平荷載超出所承受范圍,極易導(dǎo)致坍塌事故,帶來(lái)嚴(yán)重威脅。對(duì)此,在核心筒施工工藝應(yīng)用中,為有效發(fā)揮核心筒結(jié)構(gòu)效果,提高整個(gè)建筑工程質(zhì)量,核心筒的周邊柱距應(yīng)控制在8～12m,外框架由柱與周邊梁組成,核心筒應(yīng)貫穿整個(gè)建筑高度,核心筒長(zhǎng)短邊應(yīng)與整個(gè)建筑平面的長(zhǎng)短邊方向保持一致,核心筒寬度不應(yīng)低于整個(gè)筒體高度的1/12。同時(shí),施工工藝應(yīng)用中,應(yīng)做好各方面計(jì)算,保障核心筒外墻的截面面積和外框柱的截面面積比例相同,核心筒外墻的截面面積約占抗震墻總面積的70%,核心筒承載力高于整個(gè)建筑水平荷載,且抗震等級(jí)達(dá)標(biāo)。如此,嚴(yán)格控制施工工藝,保障核心筒施工質(zhì)量,為整個(gè)建筑工程的質(zhì)量與安全奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 超高層核心筒施工工藝的實(shí)踐要點(diǎn)

3.1 塔機(jī)的選擇和爬升

在超高層建筑施工中,塔機(jī)上升時(shí)效與上部施工空間直接關(guān)系著工程施工進(jìn)度。為保障施工效率,相關(guān)人員應(yīng)對(duì)塔機(jī)的裝設(shè)時(shí)間、錨固、混凝土強(qiáng)度、提示頻率等綜合分析,在錨固安裝塔機(jī)時(shí),利用承重鋼梁直接將塔機(jī)自身重量、吊物荷載向兩側(cè)剪力墻、鋼骨連梁傳遞,減小塔機(jī)對(duì)核心筒的壓力,保障核心筒工程質(zhì)量良好。在本次建筑施工中,主要采用2 臺(tái)塔機(jī),塔機(jī)臂長(zhǎng)60m,有效臂長(zhǎng)48m,吊重20t,2 臺(tái)塔機(jī)直接將整個(gè)樓層全部覆蓋,為核心筒施工的順利進(jìn)行提供了幫助。在塔機(jī)安裝中,為避免塔機(jī)傾斜、倒塌等,應(yīng)每隔15m 錨固一次,3 道錨固點(diǎn)循環(huán),保障塔機(jī)有效爬升。塔機(jī)的重量約280t,通過(guò)錨固4 個(gè)受力點(diǎn),對(duì)結(jié)構(gòu)受力情況分析,確定受力部位,做好結(jié)構(gòu)加固工作。

3.2 核心筒鋼結(jié)構(gòu)安裝

在整個(gè)工程建設(shè)中,鋼結(jié)構(gòu)安裝作為核心筒施工工藝中的重點(diǎn),首先應(yīng)做好鑄鋼棒的安裝和固定。工作人員直接將吊耳板焊接在鑄鋼棒的頂端,作為鑄鋼棒吊裝吊點(diǎn)。本工程所用組鋼板長(zhǎng)約18m,可直接采用1 臺(tái)起重機(jī)起吊,而鑄鋼棒本身易變形,安裝精度難以保障,應(yīng)在鑄鋼棒中部位置設(shè)置吊點(diǎn),以150t 起重機(jī)輔助吊裝,降低鑄鋼棒的變形量。在鑄鋼棒吊裝完畢后,應(yīng)對(duì)鑄鋼棒臨時(shí)固定,直至安裝梁。在本高層建筑中,施工方式為：不等高同步攀升,核心筒施工速度較快,進(jìn)度領(lǐng)先外框結(jié)構(gòu)約6～8 層,鑄鋼棒處于核心筒結(jié)構(gòu)剪力墻四角,臨時(shí)固定盡可能選擇兩個(gè)方向剪力墻之上,避免使用纜風(fēng)繩作為臨時(shí)固定。而在臨時(shí)固定時(shí),臨時(shí)支撐選擇?218mm×10mm 圓管,鑄鋼棒和H 型鋼柱的連接點(diǎn),設(shè)置連接耳板。其次,應(yīng)做好環(huán)帶鋼板貫通梁的裝設(shè)。在H 型鋼柱安裝完畢后,應(yīng)及時(shí)將貫通梁插入柱間,以此提高核心筒框架穩(wěn)定性。常規(guī)的鋼梁裝設(shè)僅需要在梁端焊接靠板,以此對(duì)鋼梁臨時(shí)固定。在本次核心筒施工中,貫穿梁厚100～140mm,高500～1 000mm,貫穿梁的對(duì)接處選擇全焊接,與常規(guī)構(gòu)件相比,在工作人員焊接中,變形概率更大,控制更加困難。對(duì)此,為避免貫通梁在焊接時(shí)出現(xiàn)變形,提高安裝穩(wěn)定性,在貫通梁兩側(cè)、上部應(yīng)及時(shí)安裝耳板,發(fā)揮臨時(shí)固定作用,提高貫通梁的穩(wěn)定性。

3.3 鋼板剪力墻施工技術(shù)

在超高層建筑核心筒施工中,鋼板剪力墻作為重點(diǎn)施工對(duì)象,應(yīng)首先做好鋼板剪力墻的分段與分節(jié),針對(duì)節(jié)段科學(xué)深化設(shè)計(jì),以此為基礎(chǔ),做好加工、運(yùn)輸與吊裝等作業(yè)。另外,針對(duì)構(gòu)件可能變形問(wèn)題,應(yīng)提前制定防變形對(duì)策,降低焊接與螺栓連接等對(duì)鋼結(jié)構(gòu)帶來(lái)的影響,提高鋼板剪力墻的施工質(zhì)量,制定完善的安全體系,為核心筒施工工藝順利進(jìn)行提供幫助。在鋼板剪力墻施工中,施工人員應(yīng)做好前期準(zhǔn)備工作。

1）根據(jù)核心筒施工設(shè)計(jì)方案,將鋼板剪力墻科學(xué)分段與分節(jié),提前制定吊裝順序。

2)在交叉作業(yè)時(shí),充分考慮作業(yè)施工要點(diǎn),針對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題制定注意事項(xiàng),對(duì)交叉作業(yè)的節(jié)點(diǎn)有效協(xié)調(diào)并深化設(shè)計(jì)。

3)確定鋼板剪力墻的橫豎向連接方式、連接工藝,并在施工前評(píng)定現(xiàn)場(chǎng)焊接工藝,做好抗滑移系數(shù)與螺栓緊固軸力等試驗(yàn)工作。

4)在鋼板剪力墻運(yùn)輸、存放時(shí),應(yīng)在剪力墻下放置墊枕木,預(yù)防剪力墻因自重下?lián)献冃?。若鋼板剪力墻上有十字?應(yīng)在十字柱的轉(zhuǎn)角位置設(shè)置臨時(shí)支撐,通過(guò)隔段設(shè)置,降低十字柱內(nèi)外變形。

5)為保障施工人員安全,推動(dòng)工程順利進(jìn)行,應(yīng)專門設(shè)置相應(yīng)操作平臺(tái)與防墜器,便于鋼板剪力墻的豎向連接,保障鋼板剪力墻施工的安全性。

在鋼板剪力墻實(shí)際施工中,因剪力墻面積較大,鋼板容易出現(xiàn)變形,增大了施工難度,鋼板剪力墻的安裝質(zhì)量受到影響。對(duì)此,鋼板剪力墻作為核心筒重要工藝,應(yīng)明確施工流程,做好各施工流程的質(zhì)量管控,并在最終做好質(zhì)量評(píng)定、校正與驗(yàn)收工作,保障整個(gè)剪力墻施工質(zhì)量,提高整個(gè)高層建筑整體水平。鋼板剪力墻與整個(gè)核心筒的構(gòu)架如圖3 所示。

圖3 鋼板剪力墻與核心筒組成架構(gòu)

3.4 加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)施工

在超高層建筑開(kāi)展核心筒施工中,混凝土結(jié)構(gòu)施工作為重點(diǎn)工程,施工質(zhì)量直接影響著整個(gè)核心筒的質(zhì)量,進(jìn)而關(guān)系著整個(gè)工程的順利進(jìn)行、后續(xù)應(yīng)用。在鋼筋施工中,應(yīng)做好鋼筋綁扎工作,在標(biāo)準(zhǔn)層,鋼筋作業(yè)量應(yīng)由下至上之間由150t 減小到60t,依照工作量情況,合理安排勞動(dòng)力,并將各標(biāo)準(zhǔn)層綁扎時(shí)間有效控制。本工程采用的核心筒墻體為弧形,墻內(nèi)含有鋼結(jié)構(gòu),增大了鋼筋裝設(shè)難度,鋼筋制作時(shí),依照部位下料控制,做好編號(hào),制作定位箍,有效控制線形。在鋼筋和鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接時(shí),一端采用套筒、一端焊接連接板,以此保障鋼筋和鋼筋結(jié)構(gòu)連接質(zhì)量,提高鋼筋施工效率。在爬模施工中,模體體系設(shè)置應(yīng)將核心筒的截面尺寸、尺寸變化等考慮其中,并重視內(nèi)置鋼板墻體、模板之間拉結(jié)。在核心筒外墻施工中,變截面共5 次,在內(nèi)墻施工中,變截面共3 次,將前期預(yù)留截面變化板拆除,以此實(shí)現(xiàn)變截面。在非標(biāo)準(zhǔn)層施工中,對(duì)于4.9m、5.3m 高的樓層,應(yīng)在原有標(biāo)準(zhǔn)鋼框木?；A(chǔ)上加高,分別加散拼模板400mm、800mm,實(shí)現(xiàn)混凝土一次澆筑。在核心筒墻體內(nèi)部設(shè)置鋼板墻時(shí),加固螺栓無(wú)法對(duì)拉。對(duì)此,深化鋼板墻設(shè)計(jì),依照模板對(duì)拉的尺寸要求,在鋼板墻預(yù)先開(kāi)孔,若無(wú)法開(kāi)孔,應(yīng)焊接螺母,以此實(shí)現(xiàn)模板加固。

3.5 核心筒檢驗(yàn)

在工程項(xiàng)目回彈檢測(cè)中,必須嚴(yán)格依照《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》內(nèi)規(guī)定數(shù)值,使用換算值和規(guī)程內(nèi)最大強(qiáng)度換算值必須相同。同時(shí),應(yīng)根據(jù)工程情況靈活調(diào)整回彈法檢驗(yàn)形式。為查清問(wèn)題,降低隱患,在對(duì)核心筒混凝土全面回彈中,應(yīng)通過(guò)抽芯操作,檢查混凝土強(qiáng)度,準(zhǔn)確得出回彈數(shù)值。同時(shí),核心筒檢驗(yàn)應(yīng)重視天氣因素。若被測(cè)區(qū)塊潮濕,極易因數(shù)據(jù)離散性導(dǎo)致核心筒回彈檢測(cè)無(wú)意義。此時(shí),可利用鉆芯法檢驗(yàn),保障檢測(cè)強(qiáng)度準(zhǔn)確性。最后,做好核心筒驗(yàn)算工作。

3.6 核心筒施工安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

在整個(gè)鋼框架-核心筒結(jié)構(gòu)施工中,不僅要重視各部分施工工藝的標(biāo)準(zhǔn)化,更要重視安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。在核心筒施工中,因工程整體較為復(fù)雜,施工難點(diǎn)較多,一旦某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題,極易發(fā)生安全事故,威脅施工人員與后續(xù)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。對(duì)此,應(yīng)對(duì)整個(gè)核心筒施工詳細(xì)分析,明確各個(gè)施工階段可能存在隱患并歸類,為后續(xù)安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與規(guī)避提供幫助,保障核心筒施工順利進(jìn)行。作為一項(xiàng)復(fù)雜系統(tǒng)性工程,核心筒施工過(guò)程復(fù)雜,建設(shè)周期長(zhǎng),設(shè)計(jì)施工方法、施工工藝良多,致使施工安全風(fēng)險(xiǎn)因素的種類繁多,對(duì)此,文章通過(guò)對(duì)環(huán)境因素、管理因素與技術(shù)因素分析,掌握核心筒施工各階段的安全風(fēng)險(xiǎn),以便快速識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)。

1）環(huán)境因素 環(huán)境包含內(nèi)環(huán)境與外環(huán)境,前者是指整個(gè)施工企業(yè)的工作氛圍,后者主要是指自然環(huán)境,內(nèi)外環(huán)境對(duì)核心筒施工影響較大。但在實(shí)際工程中,部分項(xiàng)目負(fù)責(zé)人并不重視環(huán)境因素,在核心筒施工全過(guò)程中,忽視了內(nèi)外環(huán)境變化,為工程施工帶來(lái)潛在影響。如：高層建筑生產(chǎn)環(huán)境,工程所在地為海洋氣候,雨水非常多,在核心筒地基施工中,應(yīng)重視沉降問(wèn)題、雨水滲透等,否則,極易為整個(gè)核心筒施工埋下隱患。

2）管理因素 核心筒工程作為一項(xiàng)綜合性建設(shè)項(xiàng)目,在工程全過(guò)程管理中,任何步驟出現(xiàn)問(wèn)題,都可能致使項(xiàng)目失敗。在本工程中,核心筒較為復(fù)雜,諸多項(xiàng)目需要專業(yè)分包,增大了總承包管理的難度。同時(shí),多個(gè)工種共同施工,交叉作業(yè)頻繁,增大了施工管理難度,致使危險(xiǎn)事故發(fā)生。對(duì)此,在核心筒施工工藝中,必須做好施工安全管理,由項(xiàng)目經(jīng)理作為第一負(fù)責(zé)人,由專業(yè)人士制定安全宣傳教育制度、人員管理制度、設(shè)備使用制度、應(yīng)急風(fēng)險(xiǎn)管理等,全面提高安全管理水平,推動(dòng)核心筒施工順利開(kāi)展。

3）技術(shù)因素 在核心筒施工工藝中,對(duì)工作人員技術(shù)水平要求較高,若工作人員技術(shù)不達(dá)標(biāo),極易為工程埋下隱患,影響整個(gè)核心筒工程的質(zhì)量。對(duì)此,在核心筒施工技術(shù)應(yīng)用前,應(yīng)保障技術(shù)可行性、技術(shù)安全性,之后考慮技術(shù)是否能夠滿足創(chuàng)新性、經(jīng)濟(jì)性需求。如：在核心筒鋼框架連接時(shí),焊接人員必須具備較高技術(shù)水平,能夠根據(jù)鋼材質(zhì)量、強(qiáng)度選擇適宜焊接方式,保障鋼框架連接質(zhì)量,為整個(gè)核心筒工程提供支撐。

4 結(jié)語(yǔ)

為滿足高層建筑質(zhì)量需求,降低建筑質(zhì)量隱患,核心筒施工工藝被廣泛應(yīng)用。然而,在核心筒實(shí)際施工中,仍存在一定問(wèn)題（如：安全質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、技術(shù)水平不足等）,增大了核心筒施工難度。對(duì)此,全面掌握核心筒施工工藝,做好核心筒施工的安全管理,對(duì)整個(gè)核心筒施工的順利進(jìn)行具有重要意義。