復(fù)雜結(jié)構(gòu)超高層建筑科技優(yōu)化與創(chuàng)新

中國(guó)建筑第八工程局有限公司東北分公司，遼寧 大連 116021

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，以及建筑技術(shù)的不斷進(jìn)步，超高層建筑已經(jīng)成為彰顯地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的標(biāo)志之一，作為現(xiàn)代城市中的地標(biāo)，超高層建筑已表現(xiàn)出非凡作用。當(dāng)前，超高層建筑的建設(shè)數(shù)量逐年增加，保質(zhì)、保量地完成超高層的施工是行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。

歐力士中國(guó)總部大廈是由世界著名的日本歐力士集團(tuán)與中國(guó)東方資產(chǎn)合作開發(fā)的高檔寫字樓項(xiàng)目，總建筑面積為24.6萬m2，有地下4層、地上41層，建筑高度為202.8m，由A、B兩塔樓+裙樓+地下室構(gòu)成。該項(xiàng)目為國(guó)內(nèi)唯一在施日方投資工程，是大連市乃至全國(guó)中日友好合作的代表性重點(diǎn)項(xiàng)目，政治意義顯著。同事，該項(xiàng)目作為中建股份與日本投資集團(tuán)深度合作的敲門磚，促進(jìn)了國(guó)際投資與中國(guó)建筑的融合，且該項(xiàng)目也為遼寧省重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，社會(huì)影響大。該工程為日本投資的高檔寫字樓項(xiàng)目，結(jié)構(gòu)形式具有日式特征，與傳統(tǒng)超高層不同，如何創(chuàng)新工藝，節(jié)約項(xiàng)目成本，實(shí)現(xiàn)快速建造是項(xiàng)目管理的重點(diǎn)，該工程應(yīng)用的思路及理念具有較強(qiáng)的推廣意義。

1 項(xiàng)目技術(shù)重難點(diǎn)

（1）采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，用鋼量為2.3萬t，核心筒內(nèi)采用“H”形鋼暗柱及鋼連梁，外框采用18根型鋼混凝土十字柱與型鋼混凝土梁連接，在設(shè)計(jì)中存在大量型鋼與鋼筋交接節(jié)點(diǎn)；同時(shí)屬超高層建筑，結(jié)構(gòu)用鋼量巨大，節(jié)點(diǎn)處理極其困難。在日本業(yè)主的管理理念下，不允許采用常規(guī)節(jié)點(diǎn)鋼筋連接方案，因而復(fù)雜節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)工作是該工程管理的難點(diǎn)。

（2）核心筒采用液壓爬模體系，塔樓設(shè)置54個(gè)爬模機(jī)位，豎向模板采用鋼模板，整體提升，水平結(jié)構(gòu)不具備施工條件，需預(yù)留鋼筋接頭后，且整體爬模提升后進(jìn)行二次澆注；所有梁結(jié)構(gòu)施工縫只能留在梁頭剪力較大處，且需進(jìn)行100%接頭連接。二次澆注節(jié)點(diǎn)如何滿足結(jié)構(gòu)受力要求，是該工程施工的難點(diǎn)。

（3）初始設(shè)計(jì)方案及理念來源于日本，存在部分施工圖設(shè)計(jì)不符合中國(guó)國(guó)情的情況。不同于其他常規(guī)超高層設(shè)計(jì)，如何通過對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新，更改設(shè)計(jì)內(nèi)容，降低施工難度，是該工程管理的重點(diǎn)。

（4）外框采用型鋼混凝土梁，鋼結(jié)構(gòu)吊裝完成后，仍需進(jìn)行鋼筋及模板施工，施工速度較為緩慢，同時(shí)與樓承板交接，節(jié)點(diǎn)處理較為復(fù)雜。

2 項(xiàng)目科技創(chuàng)新措施

針對(duì)上述項(xiàng)目重難點(diǎn)，該工程基于設(shè)計(jì)—施工一體化的思路，在進(jìn)行項(xiàng)目策劃及制訂施工方案時(shí)將設(shè)計(jì)與施工融合，從不同角度同時(shí)思考，提出了設(shè)計(jì)優(yōu)化及方案優(yōu)化思路，在保證質(zhì)量、安全的前提下，實(shí)現(xiàn)工程的快速建造。

2.1 核心筒內(nèi)次梁二次施工工藝創(chuàng)新應(yīng)用

超高層核心筒剪力墻采用爬模系統(tǒng)時(shí)，筒內(nèi)與剪力墻相連接的次梁需要二次澆筑，受施工工藝影響，次梁施工縫需留置在梁端受剪力較大部位。針對(duì)此問題，該工程借鑒裝配式結(jié)構(gòu)中預(yù)制梁抗剪鍵槽設(shè)置方式，自主創(chuàng)新，基于裝配式結(jié)構(gòu)中梁端抗剪鍵設(shè)計(jì)的次梁二次施工工藝，有效提高了施工縫處梁的抗剪強(qiáng)度，保證了結(jié)構(gòu)受力安全。

該工程核心筒與墻相連的混凝土梁設(shè)置貫通梁截面的鍵槽，抗剪鍵槽如圖1所示。即抗剪鍵槽寬200mm，全截面按要求在澆筑梁混凝土之前鑿毛，凹凸深度為6mm，滿足設(shè)置粗糙面的要求。鍵槽深度t為30mm，寬度為90～300mm，接縫處鋼筋連接根據(jù)接頭及施工工藝選擇機(jī)械連接的方式，避免預(yù)留鋼筋造成的施工不便，套筒的位置設(shè)置應(yīng)滿足保護(hù)層及鋼筋間距要求。剪力墻施工時(shí)，為了確保預(yù)留鍵槽質(zhì)量及尺寸合格且滿足施工要求，設(shè)置了預(yù)埋鋼板。

圖1 抗剪鍵槽設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

設(shè)計(jì)核算，接縫處受剪承載力計(jì)算公式如下：

式中：Vu為接縫處受剪承載力設(shè)計(jì)值，N；fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N/mm2；Ac1為梁端后澆混凝土疊合層截面面積，mm2；Ak為各鍵槽的根部截面面積之和，mm2；Asd為垂直穿過結(jié)合面所有鋼筋的面積，mm2；fy為鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N/mm2。

利用結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件建立計(jì)算模型，得到梁端剪力設(shè)計(jì)值，經(jīng)核算，抗剪鍵槽的設(shè)計(jì)滿足計(jì)算要求。此節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)單，便于推廣，可以為類似工程提供借鑒。

2.2 外框鋼骨梁預(yù)綁鋼筋施工工藝創(chuàng)新應(yīng)用

該工程外框梁為鋼骨梁，相較于鋼結(jié)構(gòu)外框，鋼筋綁扎及梁模板工程占用時(shí)間較多，為此，該工程鋼骨梁采用鋼筋預(yù)綁扎施工工藝。具體方案為通過深化設(shè)計(jì)，將所有鋼骨梁中的鋼筋進(jìn)行放樣，避開鋼梁連接區(qū)域，且將鋼骨柱牛腿范圍內(nèi)箍筋預(yù)留到鋼梁上，并牢固連接。此部分工作縱筋定位尤其重要，此方案采用定位鋼架，將縱向鋼筋與定位鋼架點(diǎn)焊連接，以保證梁縱向鋼筋的位置準(zhǔn)確，為后續(xù)節(jié)點(diǎn)的連接提供條件。鋼筋預(yù)綁扎完成后，進(jìn)行鋼梁吊裝，經(jīng)驗(yàn)證，預(yù)綁鋼筋的鋼梁吊裝時(shí)間與純鋼梁吊裝時(shí)間相同，鋼梁吊裝不受預(yù)綁鋼筋的影響。待鋼梁吊裝完成，樓板施工至此樓層時(shí)，穿支座縱向鋼筋，與預(yù)綁的梁縱筋采用分體套筒連接，形成整體。

經(jīng)過對(duì)比分析，鋼骨梁采用此施工工藝，每層可減少鋼筋綁扎時(shí)間0.5～1d，且現(xiàn)場(chǎng)鋼筋無焊接，在保證施工質(zhì)量的前提下，能降本增效，實(shí)現(xiàn)了工程的快速建造。

2.3 伸臂桁架鋼筋拉鉤施工工藝創(chuàng)新應(yīng)用

該工程存在原設(shè)計(jì)桁架層暗柱內(nèi)箍筋全部與桁架焊接的情況，其箍筋配置為Ф14@100mm。優(yōu)化前，現(xiàn)場(chǎng)鋼筋焊接量大，約有8500個(gè)焊接鋼筋頭，施工工期需要7.5d左右，直接影響施工工期。對(duì)此進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化：首先，按等截面代換原則將原箍筋Ф14@100mm改為Ф16@150mm，將鋼筋根數(shù)減少約1/3；其次，調(diào)整栓釘布置，將豎向栓釘間距改為150mm，在栓釘根部焊接1根Ф16mm鋼筋（此項(xiàng)工作在工廠內(nèi)完成，不占用工期），現(xiàn)場(chǎng)采用鋼筋拉鉤的形式將外箍筋與此鋼筋拉結(jié)，形成封閉箍筋，滿足設(shè)計(jì)要求。采取此項(xiàng)措施后，現(xiàn)場(chǎng)箍筋綁扎僅需要1.5d左右，在保證施工質(zhì)量的同時(shí)，也加快了現(xiàn)場(chǎng)的施工進(jìn)度。

2.4 梁柱連接節(jié)點(diǎn)優(yōu)化創(chuàng)新應(yīng)用

考慮鋼結(jié)構(gòu)工廠加工及現(xiàn)場(chǎng)焊接施工等不利因素，在進(jìn)行該工程塔樓外框梁柱節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)時(shí)，主要原則為減少現(xiàn)場(chǎng)鋼筋焊接量。通過鋼筋代換及優(yōu)化鋼筋排布，該工程梁柱節(jié)點(diǎn)基本無現(xiàn)場(chǎng)鋼筋焊接，鋼筋優(yōu)先選擇繞過十字鋼骨柱，當(dāng)角度太大無法繞過時(shí)，在十字鋼骨柱腹板上開孔，并增加補(bǔ)強(qiáng)措施，同時(shí)在鋼骨范圍內(nèi)增加構(gòu)造鋼筋。通過此措施，顯著提高了現(xiàn)場(chǎng)施工效率。

2.5 BIM可視化溝通方式

運(yùn)用BIM管理模式，在項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)與日方業(yè)主包括各分包單位之間建立起了一座溝通的橋梁。將BIM技術(shù)化為雙方溝通的共同思維，推動(dòng)項(xiàng)目平穩(wěn)推進(jìn)，不但能解決不同國(guó)家工作人員管理理念的沖突，更能突破專業(yè)技術(shù)的限制，達(dá)到提升管理品質(zhì)、降低施工成本、實(shí)現(xiàn)快速建造的目標(biāo)。

（1）該工程業(yè)主方為日本歐力士集團(tuán)，旨在打造日式精品工程。裙房大屋面為日式種植屋面，許多綠植、花草均為日式特色。國(guó)內(nèi)深化難度較大，項(xiàng)目采用BIM技術(shù)對(duì)業(yè)主的需求進(jìn)行可視化建模，經(jīng)過多次方案調(diào)整及改進(jìn)，最終完成了對(duì)屋面景觀設(shè)計(jì)的確認(rèn)、出圖。

（2）為解決內(nèi)支撐換撐及拆除時(shí)間緊、工序多，制約地下室施工進(jìn)度的問題，提出了BIM+內(nèi)支撐后拆除技術(shù)，角撐采用“拋撐+水平撐”技術(shù)、對(duì)撐采用“拋撐+回填”技術(shù)、腰梁頂部增設(shè)抗翻牛腿。

（3）對(duì)專業(yè)分包模型及結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行整合設(shè)計(jì)，通過對(duì)幕墻埋件和鋼梁、土建鋼筋節(jié)點(diǎn)的綜合優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)碰撞點(diǎn)75處。通過調(diào)整幕墻埋件位置及鋼骨梁開洞位置和鋼筋施工前畫線定位，已將75處碰撞位置全部解決。通過跨專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了問題，更改了相應(yīng)位置的圖紙，避免了造成二次施工的情況，節(jié)約了大量資源。

3 結(jié)束語

歐力士中國(guó)總部大廈超高層項(xiàng)目采取的一系列科技創(chuàng)新措施使該項(xiàng)目總工期縮短了95d，且項(xiàng)目竣工驗(yàn)收合格。鑒于此，文章所提到的復(fù)雜高層項(xiàng)目科技創(chuàng)新措施是有效可行的。