【土建圈】几乎是目前最新最全的超高层施工技术总结,看完应聘技术主管以上肯定没有问题!

土建圈2018-12-05 11:17:12

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投稿人丨孙正兴


随着社会的进步,建筑被赋予了越来越多的文化内涵,超高层建筑无疑是其中最典型的代表。

对于特殊的工程,设计思路与施工技术是密不可分的,设计需要了解成熟的施工工艺,而施工需要了解准确的设计思路,两者完美的结合才能共同缔造出一座又一座的建筑精品。


超高层建筑设计特点


 一、目前最常用的超高层结构体系

框筒结构

带加强层的钢框架筒体结构

钢框架结构


 二、主要构造


厚大筏板、大直径工程桩、超长桩、地下室框架、转换层、超大截面墙柱、劲性结构、拉结桁架、钢管混凝土墙柱、组合楼盖 ……


 三、相对一般高层主要区别


向下较深:

深基坑(支护、开挖)不可遇见因素较多;

核心城区环境条件限制因素多;大底板、长墙对混凝土材料要求高;

向上超高:

构件大、强度高、节点构造复杂;竖向工作面多、超高降效严重、人、材、及运输困难、施工机械与结构施工限制关系大


超高层施工技术总结


以带加强层的钢框架筒体结构为例,对超高层结构的施工进行简单的梳理。


 一、典型施工工况


 二、深基坑工程施工


在土方工程施工阶段,由于设计基坑深度越来越大,相应的开挖深度内地质条件越来越复杂,常规放坡开挖工艺已远远不能满足要求,该方面主要技术有:

 桩墙—内支撑支护技术     

 预应力锚杆支护技术

 重力式水泥土挡墙和加筋水泥土挡墙

 土钉墙支护技术

 基坑止水、降水施工技术

 基坑工程信息化施工技术


1、桩墙—内支撑支护技术     

基坑四周设置人工挖孔桩排或旋喷桩抵抗四周土体的侧向力,根据土质情况,增加内支撑或预应力锚索约束。

支护桩+内支撑


2、预应力锚杆支护技术     

它一端与支护桩、格构梁等构筑物连接,另一端深入地层中,对锚杆施加预应力;采用水泥浆体将预应力筋与土层粘结的区域,将边缘土体的侧压力传至土体深处。

预应力锚杆支护技术目前应用比较广泛,尤其在隧道、煤巷等领域,西塔基坑支护也辅助采用了此项技术。


3、重力式挡墙或加筋混凝土挡墙

深层搅拌桩组成的重力式水泥土挡墙,可为实体式或格栅式,该挡墙具有挡土和止水双重功能,一般用于开挖深度不大于6m的软土地区基坑支护。

当基坑深度超过6m时,可在水泥土中插入加筋杆件,形成加筋水泥土挡墙。


广州合景工程支护-6.9米以上采用单排水泥搅拌桩(φ550@400,深约10米),桩中加φ140@1200超前支护钢管桩进行加强。分层设4至5道锚杆,直壁挂网喷射混凝土护壁。

上述为加筋混凝土挡墙与土钉墙支护相结合的复合支护技术。


4、土钉墙支护技术 

利用土钉、钢丝网和喷射混凝土面板,加固坑边土体,使加固范围内土体自身稳定性加强,形成类似挡土墙性质的结构,达到支护基坑的目的。


5、基坑止水降水施工技术 

基坑止水是指基坑四周利用止水帷幕墙,底部深入岩层,阻止外部地下水进入基坑。

止水帷幕主要包括连续咬合支护桩、地下连续墙、预制钢板桩等。      

基坑降水主要包括深井降水和轻型井点降水。


上海环球、广州合景项目,受场地和工期限制,主塔楼范围以外,土方除采用了桩墙支护技术外,地下室采用了逆做法施工工艺,既地下室结构自上而下施工,土方工程穿插进行。


由于基坑设计在施工前,是全隐蔽工况,无法非常准确直观的掌握地下所有相关的信息,包括各个部位准确的土层分布、软弱夹层情况、地下已有设施情况,周边地下建筑物情况、基坑周边环境等等。


另外,目前国内比较普遍的工艺存在以下限制:入岩难、人工成孔控制使用、遇到地下障碍物处理困难等问题,设计时需考虑比较充分,并有相对应的应急措施。


三、基础施工


1、超长桩

软弱地质下的超长桩,(软弱土层流失的危害)


2、厚大筏板+锚杆

厚——控制热量

大——控制收缩(混凝土配比,抗拉钢筋)锚杆长度控制


四、高性能混凝土


强度

施工工作性能:流动性(过钢筋)、保塑性、初终凝时间、压力泌水、初始温度

设计其他性能:收缩指标(早期、中期、长期)、耐久性、抗劈列


施工用的配比需兼顾上述所有特性需求。强度、黏度、温度、收缩、脆性达到一个矛盾的统一。

尤其对于C70及以上超高性能混凝土,上述矛盾更加突出:(各地地材千差万别,配比经验难以规范;搅拌站整体技术实力不够;设计未考虑混凝土强度发展不同阶段的内力变化)

西塔C100混凝土411米超高泵送:

组织、试配、模拟试验、批量验证、形成标准。

东塔C80钢板墙混凝土400米超高泵送:

西塔工作的基础上增加收缩指标验证

  

此项技术里面需要我们去具体研究的项目就主要包括以下几个方面:

 1、了解周边市场各种混凝土原材的各项性能指标,并根据配比指标要求,严格控制材料的含水率、级配、及温度。

 2、试配满足强度要求的混凝土,而后调整配比,使其在保证强度不变的前提下,实现可泵性指标,最后对上述混凝土的耐久性、自收缩等性能进行试验、微调。以下为西塔工程C100及C100自密实混凝土的研发过程。

另外在混凝土施工方面还有一些项目是我们今后需要特别注意的,比如:        

钢管混凝土施工(高抛、顶升与常规浇注方式的选择与灵活运用,西塔施工中存在巨型倾斜钢管混凝土浇注,我们选择的是“准高抛+人工振捣”的方式);


 大体积混凝土施工(浇注顺序、分层方式、保温措施与温度监控等); 

 五、模架


混凝土核心筒竖向结构先行的部署分析:

翻模+爬架的劳动强度和风险

工效(减少了材料若干层的转运)

钢框架结构安装整层校正的前提条件

从上世纪70年代,在中国高层建筑开始兴起的时候,新型模板和脚手架技术就在不断的摸索,不断的改进,发展到今天,自爬升的模架系统已经成为超高层建筑施工中一种不可替代的技术。


目前,世界上自爬升模架系统主要有滑模、爬模、提模和顶模形式。


1、滑模工艺

根据结构形状,利用定型骨圈将模板约束定位成结构形状,操作架随模板设置,模板在新浇混凝土终凝前不脱模滑升。


该工艺适用与结构形状比较规则的结构,比如烟囱、筒仓等,由于不脱模滑升,混凝土的表面质量难以控制,同时连续不间断作业,现场劳动强度太大,此工艺目前已较少采用。

2、爬模工艺

爬模工艺由最早的模板与模板互爬、模板与架体互爬,逐渐演变为现在的模架、导轨整体互爬的新型爬模体系,是目前市场上最成熟的工艺。


其工作原理为利用设置在新浇混凝土墙面的爬锥和爬靴,实现模架整体与导轨交替爬升。


由于利用新浇混凝土墙面设置支撑与爬升机构,单点承载能力低,需设置很多数量的支撑点,爬升过程中容易产生偏扭,且无法应对结构比较大的变化,可应用于竖向结构比较规则,变化不大的结构。

爬模施工由于具有比较成熟的市场保证,是目前超高层结构施工中应用最广泛的工艺之一

3、提模工艺

提模工艺对爬模工艺进行了一定的改良,增加了大钢平台,采用丝杆提升机代替爬模小油缸作为提升动力,这样可以根据结构形状选择支撑点位置,避免了爬模支撑点位选择的限制,和新浇混凝土墙面荷载的限制;


模扳、操作架挂设在钢平台下,增强了结构变化的适应性。该工艺在澳门电视塔和上海环球项目已经成功应用。

广州新电视塔与上海环球项目核心筒一样采用了同种同模系统施工。


4、顶模工艺

顶模工艺是我们在施工西塔项目时,自主研发设计的新型模架自爬升体系,针对西塔特点,上述三种体系均不能满足施工要求,因此我们利用爬模和提模的工作原理,针对西塔的特殊要求研制了顶模系统。


引进大吨位、长行程双作用油缸,代替提升机,减少了支撑点数量,大大加强了对结构变化的适应;


设置平面刚度较大的桁架式大钢平台,使得模板可随架体整体顶升;操作架设计成可滑、可转、可翻转、可伸缩,实现高空操作架任意形状的调整。

爬模工艺因已经具备了比较成熟的市场,具有比较经济的特点,在超高层结构变化不大的情况下可作为首选;


顶模工艺因具有更强的适应性和操作方便快捷性,而具备了更高的推广价值。


另外在新型模板技术中,还有一些新型产品和技术也随着市场的需要逐渐成熟起来,比如:

在新型脚手架方面,也随着施工的需要出现很多新的产品和工艺。


在外防护架方面,主要有落地式脚手架、分层悬挑脚手架、爬架、和工具式支模架等。

另外,在西塔组合楼盖模板体系中,为满足小板厚条件下双层双向配筋,我们选择了钢筋桁架肋钢模板体系。


 六、钢筋


 钢筋工程工艺本身比较成熟,但在超高层结构施工中容易有以下问题:

1、钢管内钢筋(作业环境问题)

2、暗柱钢筋(钢筋净距问题)

3、水平楼板钢筋(与竖向构件钢筋连接问题)粗直径两端对接难、小直径钢筋量大


高效钢筋主要是指Ⅲ级钢、冷扎带肋钢筋、工厂预制焊接钢筋网等可以提高钢筋工作性能、加强钢筋混凝土协同受力的性能、减少配筋量,提高现场工效的钢筋工程施工技术。


此项技术在应用过程中需密切联合设计和专业厂家,以“保证设计要求、降低材料消耗,减少现场工耗、降低项目成本”为指导原则。

西塔项目中直径10mm以上的钢筋全部为Ⅲ级冷扎带肋钢筋。


套筒挤压,为在套筒侧壁加压,使套筒产生塑性变形,进而与带肋钢筋紧密咬合的钢筋连接技术,受制于设备现场转运不方便,施工速度慢。

锥螺纹则因现场操作扭紧力矩人为随意性较大,且截面削弱部位强度有所降低。

直螺纹基本解决了以上各点的缺陷,目前应用比较广泛,直螺纹一般采用滚压套丝和敦粗套丝来实现加强接头钢材强度,解决套丝截面缩小引起的强度降低。

现场实际实施时,需结合工程特点、场地周遍资源情况,综合考虑成本与工期因素,选择合适的接头形式,并针对不同形式的特点确定不同的控制措施。 


西塔项目直径16mm以上的钢筋全部采用滚压直螺纹连接的形式,目前市场上已经有了成熟的10~14mm钢筋的直螺纹加工,但考虑到成本因素,应用不多,可在特殊要求情况下采用。

另外,西塔项目14mm以上的水平钢筋全部采取预埋直螺纹钢筋头的形式,14mm以下直径的钢筋则通过多组钢筋一次反弯实验和设计论证采用了超规范的”胡子筋”的预埋方式。


目前市场上已经有了成熟的10~14mm小直径钢筋的直螺纹加工,但考虑到成本因素,应用不多,可在特殊要求情况下采用。


 七、钢管混凝土


成熟的浇筑工艺:常规、顶升、高抛


工艺选择与结构形式和混凝土的配比性能有非常大的关系

主要问题:

浇筑完成后不可见;

钢管混凝土大体积温度控制

钢管内混凝土裂缝等缺陷对结构的影响

钢管混凝土检测


 八、钢结构制作、安装


钢结构是目前国家在重点推广应用的结构体系形式,它受力性能良好、可以比容易的实现各种造型设计,构件工厂化加工大大的降低了现场的劳动强度、废弃结构不会产生太多的建筑垃圾,是今后结构发展的一个方向。


目前比较常见的钢结构主要包括高层钢结构、空间钢结构、轻型钢结构和钢—混凝土组合结构。


西塔、广州电视塔、环球均为高层钢结构外框加混凝土内筒的结构形式,中央电视台新台址工程则为全钢结构形式。


制作:

分节(考虑运输限制与现场吊重限制)、

单元分解(考虑单元构件下料加工,包括焊脚设计、临时措施件设计等)、

组装顺序与方法(焊接顺序、消残)、预拼装

安装:

机械选型、吊装顺序、测量校正、高空焊接


在钢结构施工方面则主要有以下几个方面:

钢结构三唯虚拟电脑放样技术

钢结构加工制作技术

残余应力消减技术

钢构件实体预拼装与电脑模拟预拼装技术

异形构件现场验收技术

钢结构吊装技术

钢结构空间测量与校正技术

钢结构螺栓连接与焊接技术

钢结构防火、防锈技术

钢结构高空安全防护技术

钢结构施工过程安全验算技术

钢结构卸载过程控制与应力监测技术


西塔项目钢结构最大难点为巨型空间“X”节点,其因超大、超宽、超重、超厚、焊逢密集、定位复杂等特点,给构件的深化、下料、加工、运输、拼装、验收、吊装、校正和焊接均带来非常大的难度,需利用上述一整套技术进行精确控制。

大型施工设备尤其是塔吊的选择、布置、加固验算、安装、爬升与拆除整套技术,特别是在超高层建筑施工过程中:

由于大型塔吊的自重大、体积大、吊运能力高,支撑其安全的反力要求非常大;

受结构自身承载性能和施工工况变化制约;

在广东地区还要考虑抵抗台风的能力;

所有工作均在高空操作完成,难度和风险均非常大。


西塔项目选用了三台澳大利亚进口的M900D塔吊,其最大起吊能力为64t,在西塔项目上除安装、爬升与拆除外,还进行了一次三台塔吊高空移位,70层上下更是根据结构变化情况设计为两种支撑体系,移位时还存在两种支撑体系的转换,整个过程需要进行详细、准确的分析、验算与反复论证,确保现场实施万无一失。


上海环球项目选用了一台M440D塔吊和一台M900D塔吊,在施工至89层高度时也存在一次高空移位。

大型构件整体安装技术。

该项技术主要是将构件在地面或胎架上拼装成型,而后利用塔吊或者集群穿心千斤顶整体提升就位,该技术的核心是保证拼装构件拼装完后整体性够强,验算吊装过程中与卸载后各构件应力变化,以此指导吊点布置和临时支撑设置,实施时采用同步控制系统保证各点同步提升。

一些电厂烟囱钢内筒提升倒装法、某些场管钢结构屋盖整体安装卸载、广州新电视塔顶部桅杆天线提升安装法均利用此项技术实施。


桅杆天线的安装:格构是单元吊装、实腹部分采用顶升或提升的方式由上至下逐段安装。

屋面塔吊拆除:小拆大



 九、组合楼盖


水平钢筋处理;

角部钢筋处理;

与幕墙埋件的配合;

受力功能设计探讨。


 十、钢结构防火


厚型放火涂料;

薄型防火涂料;

成品防火材料(防火板、防火毯等)

混凝土或砂浆防火。


 十一、虚拟仿真与测量监测


验算复核施工过程结构安全性;

验算复核施工过程压缩变形情况,指导现场变形预调;

验算复核施工过程各项重大措施安全性(包括结构承载能力和措施自身安全性)

验算复核施工过程中日照、温差、风等因素影响下的结构变形情况;

全过程监测复合,验证、修正计算结果。


施工过程虚拟仿真技术 


复杂空间结构三维深化设计技术

电脑模拟预拼装技术

实体控制点坐标逆向验收技术


中央电视台新台址主楼工程新技术应用情况主要包括以下几个方面:

1、超高层钢结构安装成套施工技术

2、倾斜塔楼和大悬臂的整体预调值计算

3、主楼施工阶段结构分析

4、施工过程结构变形监测技术

5、复杂超高层建筑的钢结构深化设计及加工技术

6、超厚、超大体积底板混凝土施工技术

7、钢纤维混凝土制备及施工综合技术……


上海环球工程新技术应用情况主要包括以下几个方面:

1、裙房地下室逆做法施工技术

2、M440D和M1280D大型塔吊的安装、爬升与拆除

3、底板大体积混凝土施工

4、超高层结构测量与施工过程结构变形监测技术

5、复杂超高层建筑的钢结构深化设计及加工技术

6、提模施工技术

7、预制组合力管整体吊装技术……


预制组合立管试吊(国内首次研制


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