超大層高塔樓SRC外框結(jié)構(gòu)上下同步施工關(guān)鍵技術(shù)

劉旭冉 任志平 戴 超 趙云鵬 王 丹 侯春明

中建三局集團(tuán)有限公司西南分公司 四川 成都 610041

超高層建筑由于功能分區(qū)的不同，可能存在首層設(shè)置入戶大堂、中間樓層設(shè)置酒店大堂或室內(nèi)泳池等情況，該類結(jié)構(gòu)樓層高度較高，最大單層高度可達(dá)十多米。目前，高度超過200 m的超高層建筑多采用核心筒＋外框SRC（勁性骨架混凝土）柱＋組合樓板的結(jié)構(gòu)形式，為加快超高層塔樓施工進(jìn)度，外框SRC柱鋼骨、鋼梁先于混凝土結(jié)構(gòu)施工，然而超大層高SRC柱鋼骨由于無側(cè)向約束，受壓計(jì)算長度較大，繼續(xù)施工上部樓層鋼柱、鋼梁會導(dǎo)致超大層高處SRC柱鋼骨受壓失穩(wěn)，從而造成外框結(jié)構(gòu)的整體垮塌，存在極大的施工安全隱患[1-4]。為加快塔樓施工進(jìn)度，確保超大層高混凝土結(jié)構(gòu)及以上樓層外框鋼結(jié)構(gòu)繼續(xù)插入施工，提出超大層高SRC外框結(jié)構(gòu)同步施工的方法，對保證超高層建筑超大層高SRC外框結(jié)構(gòu)的安全、快速施工有著重要意義。

1 設(shè)計(jì)概況

重慶來福士廣場項(xiàng)目T4N塔樓地下3層，裙樓6層，地上68層（含機(jī)房層及停機(jī)坪），總高度368 m（含地下室），建筑北側(cè)為弧形風(fēng)帆造型，采用帶腰桁架和巨柱外框架＋核心筒＋混合伸臂（連接核心筒角部和巨柱）的結(jié)構(gòu)體系。42M層及43層為酒店和室內(nèi)游泳池區(qū)域，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土，框架柱仍為SRC柱，42—44層的層高達(dá)16 m，由于鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)先于混凝土結(jié)構(gòu)施工，故42—44層SRC柱的鋼骨中部無任何拉結(jié)。

2 超大層高SRC外框結(jié)構(gòu)同步施工模擬分析

2.1 施工工況說明

1）當(dāng)前施工工況：41—42層伸臂桁架（臨時(shí)固定）、腰桁架安裝完成，外框44層鋼柱、鋼梁安裝完成；42層壓型鋼板鋪設(shè)完成；核心筒混凝土澆筑至64層，外框41層樓板混凝土已澆筑，42層樓板未澆筑，SRC柱混凝土施工至41層。

2）同步施工工況：外框鋼結(jié)構(gòu)按施工計(jì)劃繼續(xù)向上施工，混凝土結(jié)構(gòu)按順序進(jìn)行42M、43層施工，預(yù)計(jì)43層混凝土澆筑完成時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)施工至53層。

2.2 同步施工臨時(shí)加固措施

42M層及43層為泳池層，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致42—44層SRC柱鋼骨高達(dá)16 m，SRC柱鋼骨強(qiáng)弱軸方向均無任何有效拉結(jié)。綜合考慮施工便捷性、爬架附著點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)性，分別在42層往上6.5 m及13.2 m處增加2道H488 mm×300 mm×11 mm×18 mm臨時(shí)鋼梁對SRC柱鋼骨弱軸方向進(jìn)行環(huán)向加固（圖1），鋼梁材質(zhì)為Q345，與SRC柱鋼骨焊接固定，焊縫要求全焊透，焊縫等級為三級。

圖1 SRC外框柱鋼骨臨時(shí)加固措施

2.3 同步施工工況模擬復(fù)核

為分析在增加鋼梁后的結(jié)構(gòu)安全性，建立ETABS模型，按實(shí)際情況建模分析結(jié)構(gòu)安全性。分析的關(guān)鍵在于204～220 m之間一段高度約為16 m的鋼骨柱（SRC柱鋼骨）在承擔(dān)上部施工荷載過程中的安全性。

2.3.1 分析模型及計(jì)算參數(shù)

1）分析模型取自原設(shè)計(jì)模型，截面參數(shù)、荷載等同原設(shè)計(jì)，可以反映實(shí)際構(gòu)件受力情況。

2）42層以上荷載的模擬，保留原結(jié)構(gòu)的鋼構(gòu)件，樓板上布置荷載（相當(dāng)于壓型鋼板自重和臨時(shí)的施工活荷載），以準(zhǔn)確反映實(shí)際的荷載情況。

3）局部分析模型（圖2）中，42—44層柱僅有鋼骨（此時(shí)混凝土尚未澆筑），其他分析參數(shù)同原設(shè)計(jì)。

圖2 局部分析模型

2.3.2 荷載取值及組合

1）施工活荷載：考慮上部樓層1 kN/m2的施工活荷載（偏安全考慮，實(shí)際施工活荷載不一定滿布）。

2）風(fēng)荷載：采用臨時(shí)風(fēng)荷載，考慮的年限較短，對規(guī)范風(fēng)荷載可以折減，按10年一遇（偏大）基本風(fēng)壓為0.25 kN/m2，參照現(xiàn)行荷載規(guī)范計(jì)算風(fēng)荷載，考慮風(fēng)壓高度變化系數(shù)、風(fēng)振系數(shù)等，地面粗糙度B類。

3）地震作用：考慮10年一遇的地震作用折減。地震作用對臨時(shí)鋼柱的影響與風(fēng)荷載類似，且地震作用較風(fēng)荷載作用小。

4）溫度作用：結(jié)合實(shí)際情況考慮±20 K的溫差作用在臨時(shí)結(jié)構(gòu)上。由于臨時(shí)工況下柱向上自由，側(cè)向樓板尚未澆筑，柱受到的約束作用很小，因此溫度內(nèi)力較小。

5）42—44層層高較高，外框爬架無處附著，考慮臨時(shí)加固鋼梁作為爬架附著點(diǎn)位，驗(yàn)算過程中應(yīng)考慮爬架附著處的豎向荷載及風(fēng)荷載作用。

6）荷載組合：荷載組合參照設(shè)計(jì)規(guī)范，考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)及溫度作用下，共15種荷載組合。

2.3.3 結(jié)構(gòu)分析

1）42—44層SRC柱鋼骨數(shù)值模擬內(nèi)力設(shè)計(jì)值包絡(luò)如圖3～圖5所示。

圖3 SRC柱鋼骨軸力

圖4 SRC柱鋼骨弱軸彎矩

圖5 SRC柱鋼骨強(qiáng)軸彎矩

2）考慮塔樓北側(cè)為弧形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)分析時(shí)柱受施工過程和整體變形影響，構(gòu)件內(nèi)力（主要是軸力）在不同施工過程中會略有變化。因此，除采用數(shù)值模擬內(nèi)力包絡(luò)外，還按柱受荷面積近似手算柱軸力（邊柱軸力設(shè)計(jì)值111.6 kN，角柱軸力設(shè)計(jì)值502 kN），綜合二者包絡(luò)值用于后續(xù)加固構(gòu)件設(shè)計(jì)復(fù)核，更為安全可靠。

3）16 m高鋼柱承載力及穩(wěn)定性驗(yàn)算：在各種不利組合工況下，柱最大應(yīng)力比0.83，多數(shù)構(gòu)件應(yīng)力比小于0.5，均小于1，滿足規(guī)范承載力要求，表明增加2道連系梁后結(jié)構(gòu)安全。

4）臨時(shí)加固鋼梁支撐驗(yàn)算：按鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范計(jì)算鋼梁支撐柱時(shí)的承載力，應(yīng)力比為0.10，表明新增鋼梁可以有效支撐鋼柱，且具有較大的安全儲備。

綜上認(rèn)為，在增加2道環(huán)向加固鋼梁的情況下，SRC柱鋼骨穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求且有較高的安全儲備，可實(shí)現(xiàn)超大層高層及以上樓層SRC外框結(jié)構(gòu)上下同步安全施工。

3 超大層高塔樓SRC外框結(jié)構(gòu)上下同步施工技術(shù)

3.1 施工流程

超大層高塔樓SRC外框結(jié)構(gòu)上下同步施工流程為：下層環(huán)向加固鋼梁安裝→上層環(huán)向加固鋼梁安裝→44層以上SRC柱鋼骨及鋼梁分層吊裝→整體提升爬架第1次爬升→42—44層SRC柱外包混凝土第1段澆筑→整體提升爬架第2次爬升→42—44層SRC柱外包混凝土第2、3段澆筑及泳池混凝土結(jié)構(gòu)施工→整體提升爬架第3次爬升→42—44層SRC柱外包混凝土第4段澆筑→53層以上SRC柱鋼骨及鋼梁繼續(xù)分層吊裝→44—53層外框組合樓板混凝土逐層澆筑。

3.2 環(huán)向臨時(shí)加固鋼梁安裝與拆除

3.2.1 環(huán)向臨時(shí)加固鋼梁安裝固定

1）提前在SRC柱鋼骨上拉設(shè)起重葫蘆，并在加固鋼梁兩端的下翼緣安裝位置焊接2塊三角托板，作為加固鋼梁的臨時(shí)固定措施。

2）利用塔吊及起重葫蘆，將加固鋼梁吊裝就位并臨時(shí)固定。注意在吊裝過程中需要將加固鋼梁沿豎直方向稍微傾斜，以便將其放入相鄰2根鋼柱之間（圖6）。

圖6 環(huán)向臨時(shí)加固鋼梁安裝

3）嚴(yán)格按圖對加固鋼梁進(jìn)行全熔透焊接固定。

3.2.2 環(huán)向臨時(shí)加固鋼梁拆除

1）拆除時(shí)間。考慮到SRC柱鋼骨外圍混凝土澆筑完成并形成強(qiáng)度之前都需要可靠的臨時(shí)加固鋼梁支撐，因此待44層以下SRC柱混凝土澆筑完成并達(dá)到100%強(qiáng)度之后，臨時(shí)加固鋼梁方可拆除。

2）拆除順序?；炷吝_(dá)到強(qiáng)度后，SRC柱已形成可靠剛度，此時(shí)可將鋼梁按照從上至下的順序割除。

3）拆除步驟。混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，采用割炬將混凝土外露鋼梁部分割除，不得使用機(jī)械等器具大力敲擊，以有效保護(hù)原結(jié)構(gòu)。隨后將剩余鋼梁外露部分采用水泥砂漿抹平，確保鋼結(jié)構(gòu)不外露。

3.3 超大層高整體提升爬架附著技術(shù)

由于樓層較高，爬架無可靠附著，為此在爬架爬升過程中考慮將架體附著在臨時(shí)加固鋼梁上。該鋼梁在計(jì)算過程中已經(jīng)考慮爬架附著點(diǎn)處集中荷載，附著件采用槽鋼抱箍形式與加固鋼梁進(jìn)行連接。

槽鋼抱箍件為可拆卸式，由左右2塊夾板及對拉螺桿、螺帽組成，夾板由若干段8#槽鋼焊接而成，對拉螺桿采用M28螺桿，使用時(shí)先將左右夾板與上部螺桿連成整體，穿入鋼梁后將下部螺桿固定牢固，再將槽鋼抱箍件與爬架附著件通過高強(qiáng)螺栓連接。槽鋼抱箍件構(gòu)造及后期爬架附著如圖7、圖8所示。

圖7 槽鋼抱箍件構(gòu)造

圖8 超大層高爬架附著

4 結(jié)語

綜合考慮施工的便捷性、爬架附著點(diǎn)以及經(jīng)濟(jì)性，分別在超大層高處SRC柱鋼骨上增設(shè)2道環(huán)向H形臨時(shí)加固鋼梁，對SRC柱鋼骨弱軸方向進(jìn)行加固，有效地減小了受壓計(jì)算長度，增加了鋼骨的側(cè)向約束，確保了超大層高混凝土結(jié)構(gòu)及以上樓層外框鋼結(jié)構(gòu)安全，加快了塔樓的施工速度。