杭州來福士廣場
——錢塘江邊的扭轉(zhuǎn)雙子塔

尚建功

杭州來福士廣場位于杭州市江干區(qū)錢塘江北岸，錢江新城核心區(qū)（CBD）未來中央商務圈E-02地塊。東南面臨富春路，西南面隔新業(yè)路比鄰杭州市民中心、杭州大劇院及杭州國際會議中心，是文化與商業(yè)軸線的交匯點，未來錢江新城的城市新地標。項目總建筑面積395013.5m2，由地上部分的裙房商場、兩棟250m高辦公（酒店）塔樓、地下一層商場及地下二、三層汽車庫和輔助用房所組成。

杭州來福士廣場整合了都市與自然的關系，以現(xiàn)代美學的表現(xiàn)手法，在刻畫其恢宏有力建筑形態(tài)的同時，雕刻出極具視覺沖擊力的兩幢姊妹塔樓：回轉(zhuǎn)自如的曲線形態(tài)，優(yōu)美而流暢的天際線，兩塔樓造型各具特色，相互呼應又缺一不可，充分體現(xiàn)了歷史悠久的中國著名旅游城市杭州的兩大風景名勝—以大涌潮聞名的錢塘江、秀美西湖的特質(zhì)。建筑設計理念源于舉世聞名的自然景觀—錢江潮，中秋時分的錢塘江，潮起、潮涌，氣勢磅礴，呈現(xiàn)出雄偉、壯麗的自然奇觀，涌潮現(xiàn)象的優(yōu)美曲線及層層相疊的自然形態(tài)，給人無限的遐想。

一、樁土協(xié)同的承壓水控制技術

1.技術背景與難點

工程塔樓深坑坑底標高為-24～-25m，經(jīng)基坑底抗?jié)B流驗算，深坑施工過程中需考慮承壓水可能突涌的影響。根據(jù)深基坑施工工程經(jīng)驗，此類問題通常可以采用止水圍護結(jié)構(gòu)全部或部分隔斷承壓含水層、盡量切斷或減小基坑內(nèi)外水力聯(lián)系，結(jié)合深井降水措施降低承壓水水頭至安全高度的方法予以解決。

若采取用地下連續(xù)墻隔斷承壓水的方案，地下連續(xù)墻深度達到70m，相對局部深坑面積不大，單位造價過高；若部分隔斷或不隔斷承壓水，根據(jù)周邊工程經(jīng)驗，要將承壓水持續(xù)穩(wěn)定降深至安全水頭高度難度很大。為確?；邮┕ぐ踩?，我們創(chuàng)新的研發(fā)并采用了樁土協(xié)同的承壓水控制技術，解決了這一施工難題。

2.技術創(chuàng)新內(nèi)容

針對該承壓水控制問題，提出了在塔樓深坑周邊的止水帷幕和被動區(qū)采用二重管高壓旋噴樁加固土體，使落深坑以下5m的土體形成整體，與工程裙樁緊密咬合，充分利用工程樁的抗拔能力及工程樁與高壓旋噴樁間的摩阻力，形成協(xié)同受力體系，共同抵抗承壓水的技術路線。

同時對高壓旋噴樁施工的點位進行優(yōu)化調(diào)整，保證高壓旋噴樁連續(xù)施工，且與已有工程樁緊密結(jié)合，形成整體穩(wěn)定的協(xié)同受力體系。

同時輔以優(yōu)化的分塊限時基坑挖土與底板分塊施工流程，減少坑底的暴露時間。以經(jīng)濟高效的方式順利安全地完成了按部位的基坑施工，確保了基坑的安全。

高壓旋噴樁與工程樁緊密咬合

3.實施效果

塔樓深坑坑底土層為粘土經(jīng)過高壓旋噴樁加固處理后，整個坑底土層整體性提高，與工程樁的握裹力增強，有效形成了樁土協(xié)同受力、共同抵抗承壓水水頭的共同受力體。同時，在挖土及底板施工過程中通過合理安排施工流程，盡快形成了結(jié)構(gòu)底板，順利實現(xiàn)工程預期效果。

二、扭轉(zhuǎn)變平面超高層施工控制技術

1.技術背景與難點

本工程塔樓以回轉(zhuǎn)自如的曲線形態(tài)，刻畫其恢宏有力建筑形態(tài)的同時，雕刻出極具視覺沖擊力的兩幢姊妹塔樓。為表現(xiàn)扭轉(zhuǎn)多變的建筑立面，塔樓外框鋼管柱造型獨特，呈傾斜變斜率上升態(tài)勢，且每根鋼管柱傾角各不相同，最大傾角達到70度。

塔樓外框施工過程中，塔樓的鋼管柱被拆分為單根異形鋼管構(gòu)件，這些異形構(gòu)件在同一樓層內(nèi)不同位置、同一位置不同樓層均斜率、傾角各不相同。為確保形成優(yōu)美的建筑立面，需確保鋼管柱精確就位、可靠連接、合理施焊，最終滿足構(gòu)件安裝偏差及變形量均在允許范圍內(nèi)，不影響外立面幕墻的安裝。傾斜鋼管柱定位相比普通垂直鋼管柱定位多兩個自由度，且粗就位后的精確就位調(diào)整難度極大；相比規(guī)則的建筑平面，不規(guī)則建筑平面的鋼構(gòu)件安裝、施焊順序也應特別研究，以確保安裝殘余應力在允許范圍內(nèi)。

2.技術創(chuàng)新內(nèi)容

傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)工程施工控制主要從構(gòu)件加工精度控制、構(gòu)件安裝精度控制和焊接變形控制三個方面來，本項目中鋼結(jié)構(gòu)施工控制問題的研究依然從這三個施工階段入手，在每個階段都引入了創(chuàng)新的控制或者施工手段來進一步提高異形構(gòu)件的精度水平。

（1）模擬預拼裝

鋼構(gòu)件加工精度作為工程異形框架實體精度控制的第一步，需要采取先進的手段予以事前控制?？紤]到異形框架預拼裝的難度及效率，課題組經(jīng)研究采用計算機模擬預拼裝的方式對構(gòu)件精度進行檢查、修改。

首先，確定實體構(gòu)件的測量控制點，并對測量控制點進行數(shù)據(jù)采集。

其次，對測量控制點的實測數(shù)據(jù)進行擬合，形成實體構(gòu)件模型，并與原設計模型進行比較。

最后，發(fā)現(xiàn)偏差，進行修改。

（2）三維空間構(gòu)件三點定位法

異形鋼管柱制作時，在每節(jié)鋼柱的頂部和底部以樣沖眼標定鋼柱安裝方向，以粗略控制立柱水平面旋轉(zhuǎn)自由度。在鋼管柱頂部的牛腿、柱本體設置三個三維測量控制點，并給定控制坐標，粗就位后利用三點坐標精確調(diào)整立柱水平面旋轉(zhuǎn)自由度和豎直面轉(zhuǎn)動自由度方向上的偏差，最終完成鋼構(gòu)件的精確就位。

（3）異形框架施焊順序研究

外框架梁平面施焊順序與形成整體后的結(jié)構(gòu)內(nèi)應力密切相關，對于異形外框架梁的施焊順序必須針對具體結(jié)構(gòu)平面布置制定專屬的焊接方案。課題組經(jīng)研究分析，在確定“圍繞中心部位對稱焊接，避免集中于一處施焊”原則的基礎上，制定了平面施焊順序方案。

立面上采取先焊上層梁接頭，再焊下層梁接頭，其次焊接柱間接頭，最后焊接中層梁（三層一節(jié)）的焊接順序。

3.實施效果

通過從構(gòu)件加工精度控制、構(gòu)件安裝精度控制和焊接變形控制三個方面引入創(chuàng)新性的施工控制方法，為扭轉(zhuǎn)變平面超高層外框柱的施工控制提出了一個行之有效的技術思路。經(jīng)工程項目驗證，該系列施工控制方法行之有效，可以在后續(xù)建筑立面造型復雜的超高層建筑中推廣應用。

三、逆向施工加載條件下的懸掛結(jié)構(gòu)施工控制技術

1.技術背景與難點

本工程塔樓建筑線條多變，在兩棟塔樓位于裙房內(nèi)中庭的上空各有一異形懸掛結(jié)構(gòu)，因此在施工過程中關鍵環(huán)節(jié)，有必要結(jié)合相應的施工控制技術和數(shù)值模擬技術，對懸掛結(jié)構(gòu)整體施工工藝、變形控制技術、受力體系轉(zhuǎn)換、結(jié)構(gòu)監(jiān)測等各方面進行深入研究，以確保工程安全、順利地實施。

針對異形懸掛體系及與塔樓獨特造型的相互關系與施工工況影響，在綜合比較了順做與逆作法施工的優(yōu)劣后，綜合選定逆向施工法進行該部位的施工。逆向施工法，即為施工階段結(jié)構(gòu)受力方向與正常使用階段受力方向相反的施工方法，其核心技術涉及受力體系轉(zhuǎn)換及變形方向轉(zhuǎn)換條件下的應力與應變控制技術。

懸掛結(jié)構(gòu)附著于主樓之上，懸掛鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部各構(gòu)件之間相互作用復雜，且與主樓混凝土結(jié)構(gòu)組合受力，使懸掛鋼與混凝土結(jié)構(gòu)之間變形協(xié)調(diào)并在最終狀態(tài)保持結(jié)構(gòu)水平是本工程施工控制技術的關鍵點。

懸掛結(jié)構(gòu)示意圖

2.技術創(chuàng)新內(nèi)容

在建筑工程中類似于該體系的異型懸掛結(jié)構(gòu)在國內(nèi)非常少見，整個倒掛結(jié)構(gòu)外觀造型呈下端大上端小傾斜狀布置，最大懸挑距離13.3m?？傮w施工工藝的確定直接影響到結(jié)構(gòu)施工順序、機械設備的選擇以及預變形及施工控制等技術的實施。最終課題組選擇了逆向施工加載條件下采用預變形方法施工的施工工藝，創(chuàng)新性的引入臨時自承力桁架支撐結(jié)構(gòu)。即先施工下兩層懸掛結(jié)構(gòu)鋼梁，利用下兩層懸掛結(jié)構(gòu)鋼梁自身添加臨時桿件組成臨時桁架式懸挑支撐，然后逐層向上施工，待懸掛體系與主樓結(jié)構(gòu)固接后再將臨時桿件拆除，恢復原有結(jié)構(gòu)設計。

懸掛結(jié)構(gòu)附著于已經(jīng)施工完成的主樓上，為確保懸掛結(jié)構(gòu)自身施工精度以及與主樓變形的協(xié)調(diào)，課題組引入施工控制技術，結(jié)合有限元全過程仿真分析技術，對懸掛結(jié)構(gòu)預變形進行了精確分析，確保完工后結(jié)構(gòu)受力與變形均符合設計預期。

3.實施效果

本項目異形懸掛體系巧妙的采用逆序施工方案，及利用懸掛結(jié)構(gòu)自身形成支撐系統(tǒng)，順利解決了鋼結(jié)構(gòu)施工垂直運輸、吊裝和不能搭設重型臨時支撐的難題。懸掛結(jié)構(gòu)施工引入了施工控制技術，在施工前根據(jù)方案進行了全過程仿真分析，對結(jié)構(gòu)變形和受力情況進行精準預測，根據(jù)預測結(jié)果制定了具有針對性的措施，為懸掛結(jié)構(gòu)質(zhì)量和安全控制提供了技術保證。實施后的測量復核證實，懸掛結(jié)構(gòu)的變形量完全滿足幕墻板塊安裝的精度要求。

四、連續(xù)變曲率面外圍護殼體的一體化設計優(yōu)化與施工技術

1.技術背景與難點

本工程裙房外立面原設計為連續(xù)變曲率曲面殼體，兼有圍護、防水、保溫功能，曲面殼體面積約為5000m2，外覆三維造型鋁板。

曲面殼體位置示意圖

該殼體結(jié)構(gòu)為四塊三維連續(xù)變曲率曲面，單塊變曲率曲面長度約為80m，高度約為10～20m，每塊曲面殼體由南北裙房端部沿兩側(cè)向中庭區(qū)域變曲率延伸，曲率漸變至殼體與塔樓連接處達到極值。

曲面混凝土殼體表面為三維造型鋁板，造型鋁板基礎埋件為側(cè)埋式埋件，且埋件的準確性直接影響三維造型鋁板裝飾線條的整齊程度。故該三維造型鋁板對基底的曲面混凝土殼體的偏差度要求較高。基于現(xiàn)有混凝土模板技術水平的限制，變曲率曲面混凝土殼體的施工難度極大。

曲面外圍護殼體的防水也是一大難點，主要原因在于防水選型會遇到三個普通外圍護結(jié)構(gòu)不會遇到的新問題。

（1）曲面外圍護殼體的結(jié)構(gòu)迎水面極不平整，主結(jié)構(gòu)與圍護結(jié)構(gòu)間存在大量陰角，且施工高度高、施工腳手搭設困難，防水施工難以確保質(zhì)量，陰角處將成為滲漏水隱患點。

（2）基于結(jié)構(gòu)受力的考慮，主結(jié)構(gòu)與外圍護殼體結(jié)構(gòu)分階段施工，存在大量施工縫，從防滲漏水的角度來說，外圍護殼體結(jié)構(gòu)實際處于支離破碎的狀態(tài)，當建筑主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)差異沉降、冷熱交替引起的變形時，施工縫將會被拉裂而形成滲漏水隱患點。

（3）外覆三維造型鋁板總計有近2000個基礎埋件與曲面外圍護殼體預埋連接，所有刺穿防水層位置均為滲漏水隱患點。

基于以上難點，如何確保連續(xù)變曲率曲面外圍護殼體既能滿足外覆三維造型鋁板安裝精度的要求，又同時確保其實現(xiàn)外圍護、防水的建筑功能，成為項目成敗的一大關鍵點。

2.技術創(chuàng)新內(nèi)容

連續(xù)變曲率曲面混凝土殼體施工定位難度極大，限于模板工藝原因，施工偏差控制較難，經(jīng)研究，確定對原建筑方案進行設計優(yōu)化，優(yōu)化技術路線為：采用矩形平面模擬連續(xù)變曲率曲面，化曲面混凝土結(jié)構(gòu)為矩形折面混凝土結(jié)構(gòu)。模擬優(yōu)化的原則為：確保外覆三維造型鋁板的基礎埋件中心點對應的混凝土殼體表面的坐標在不影響外覆三維造型鋁板的前提下進行微調(diào)，將變曲率曲面優(yōu)化為矩形平面；曲率較大處采用三角形平面代替矩形平面模擬變曲率曲面。

針對防水選型的問題，課題組認為針對該復雜結(jié)構(gòu)選型的防水材料性能選擇應當考慮以下幾點：

（1）傳統(tǒng)的卷材鋪貼、涂刷的防水層不適合迎水面結(jié)構(gòu)不平整、施工作業(yè)條件惡劣的工程，應采用噴涂式防水。

（2）柔性防水，具有良好的斷裂延伸率及低溫彎折性。斷裂延伸率應在400%以上，低溫彎折無裂縫。

（3）施工搭接處防水應可靠，盡量做到無縫搭接，確保整個裙房屋面防水層是一個完整的整體。

據(jù)此，我們選用了一種雙組份機械噴涂的防水涂料，并在三維造型鋁板基礎埋件及外圍護殼體陰角處進行特殊防水處理，完美地解決了上述問題。

3.實施效果

采用平面模擬連續(xù)變曲率曲面外圍護殼體的解決方案不僅在BIM模型中具有可行性，在實際項目建造中也被證明是可行的，外圍護殼體的實際最大偏差量僅為15mm，完全處于外覆三維造型鋁板轉(zhuǎn)接件可以吸收的誤差范圍內(nèi)，同時噴涂防水涂料與結(jié)構(gòu)外表面緊密貼合，防水效果良好。