超高層建筑核心筒施工工藝的應用

（中國建筑第二工程局有限公司 西南分公司,重慶 400023）

高層建筑不斷發展,建筑工程量不斷增大,施工工序與施工結構愈發復雜,核心筒作為建筑中央結構,關系著結構承載力,影響著整個結構質量,所以,核心筒施工工藝的應用成為關鍵。

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,地下一層為娛樂場所,二三層為停車場。整個工程建筑采用鋼混結構,筒中筒體系。建筑外形獨特,規則中展現不規則,展現了城市新氣象,該建筑建成之后,必然會成為城市標志性建筑之一。因此,作為城市對外門面,保障整個建筑工程質量非常重要。該建筑作為超高層綜合體建筑,為保障整個工程結構的穩定性,需要利用核心筒結構增強承載力、抗震能力,保障整個建筑的穩定性與抗震性。在本次工程施工中,核心筒的外側豎向墻體變截面共經歷5 次,由原先的1 200mm 轉變為600mm,核心筒兩筒內各布置動臂塔機1 臺,中間筒的兩側,在電梯井內設置電梯1 臺,用于工作人員與貨物上下,爬模架體上設置布料機2 臺,在中間水平結構板上設置泵管3 套,垃圾收集通道2 套。整個工程的核心筒系平面見圖1。

圖1 高層建筑核心筒平面圖

2 核心筒施工工藝概述

核心筒結構,位于建筑中央部分,是一種綜合性結構,由樓梯、電梯井道、電纜井、通風井、公共衛生間、部分設備圍護結構等構成,約占建筑總面積的20%,其與建筑外圍框架結合,成為一個完整外框內筒結構,即框架核心筒結構。核心筒結構體系,有利于提升整個建筑結構受力性能,增強高層建筑的抗震性能。因此,該結構框架被廣泛應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,核心筒承擔的水平荷載不斷增大,核心筒施工工藝的重要性越發凸顯,若施工工藝不達標,框架核心筒結構承擔的水平荷載超出所承受范圍,極易導致坍塌事故,帶來嚴重威脅。對此,在核心筒施工工藝應用中,為有效發揮核心筒結構效果,提高整個建筑工程質量,核心筒的周邊柱距應控制在8～12m,外框架由柱與周邊梁組成,核心筒應貫穿整個建筑高度,核心筒長短邊應與整個建筑平面的長短邊方向保持一致,核心筒寬度不應低于整個筒體高度的1/12。同時,施工工藝應用中,應做好各方面計算,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建筑水平荷載,且抗震等級達標。如此,嚴格控制施工工藝,保障核心筒施工質量,為整個建筑工程的質量與安全奠定堅實基礎。

3 超高層核心筒施工工藝的實踐要點

3.1 塔機的選擇和爬升

在超高層建筑施工中,塔機上升時效與上部施工空間直接關系著工程施工進度。為保障施工效率,相關人員應對塔機的裝設時間、錨固、混凝土強度、提示頻率等綜合分析,在錨固安裝塔機時,利用承重鋼梁直接將塔機自身重量、吊物荷載向兩側剪力墻、鋼骨連梁傳遞,減小塔機對核心筒的壓力,保障核心筒工程質量良好。在本次建筑施工中,主要采用2 臺塔機,塔機臂長60m,有效臂長48m,吊重20t,2 臺塔機直接將整個樓層全部覆蓋,為核心筒施工的順利進行提供了幫助。在塔機安裝中,為避免塔機傾斜、倒塌等,應每隔15m 錨固一次,3 道錨固點循環,保障塔機有效爬升。塔機的重量約280t,通過錨固4 個受力點,對結構受力情況分析,確定受力部位,做好結構加固工作。

3.2 核心筒鋼結構安裝

在整個工程建設中,鋼結構安裝作為核心筒施工工藝中的重點,首先應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。本工程所用組鋼板長約18m,可直接采用1 臺起重機起吊,而鑄鋼棒本身易變形,安裝精度難以保障,應在鑄鋼棒中部位置設置吊點,以150t 起重機輔助吊裝,降低鑄鋼棒的變形量。在鑄鋼棒吊裝完畢后,應對鑄鋼棒臨時固定,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,進度領先外框結構約6～8 層,鑄鋼棒處于核心筒結構剪力墻四角,臨時固定盡可能選擇兩個方向剪力墻之上,避免使用纜風繩作為臨時固定。而在臨時固定時,臨時支撐選擇?218mm×10mm 圓管,鑄鋼棒和H 型鋼柱的連接點,設置連接耳板。其次,應做好環帶鋼板貫通梁的裝設。在H 型鋼柱安裝完畢后,應及時將貫通梁插入柱間,以此提高核心筒框架穩定性。常規的鋼梁裝設僅需要在梁端焊接靠板,以此對鋼梁臨時固定。在本次核心筒施工中,貫穿梁厚100～140mm,高500～1 000mm,貫穿梁的對接處選擇全焊接,與常規構件相比,在工作人員焊接中,變形概率更大,控制更加困難。對此,為避免貫通梁在焊接時出現變形,提高安裝穩定性,在貫通梁兩側、上部應及時安裝耳板,發揮臨時固定作用,提高貫通梁的穩定性。

3.3 鋼板剪力墻施工技術

在超高層建筑核心筒施工中,鋼板剪力墻作為重點施工對象,應首先做好鋼板剪力墻的分段與分節,針對節段科學深化設計,以此為基礎,做好加工、運輸與吊裝等作業。另外,針對構件可能變形問題,應提前制定防變形對策,降低焊接與螺栓連接等對鋼結構帶來的影響,提高鋼板剪力墻的施工質量,制定完善的安全體系,為核心筒施工工藝順利進行提供幫助。在鋼板剪力墻施工中,施工人員應做好前期準備工作。

1）根據核心筒施工設計方案,將鋼板剪力墻科學分段與分節,提前制定吊裝順序。

2)在交叉作業時,充分考慮作業施工要點,針對可能出現的問題制定注意事項,對交叉作業的節點有效協調并深化設計。

3)確定鋼板剪力墻的橫豎向連接方式、連接工藝,并在施工前評定現場焊接工藝,做好抗滑移系數與螺栓緊固軸力等試驗工作。

4)在鋼板剪力墻運輸、存放時,應在剪力墻下放置墊枕木,預防剪力墻因自重下撓變形。若鋼板剪力墻上有十字柱,應在十字柱的轉角位置設置臨時支撐,通過隔段設置,降低十字柱內外變形。

5)為保障施工人員安全,推動工程順利進行,應專門設置相應操作平臺與防墜器,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。

在鋼板剪力墻實際施工中,因剪力墻面積較大,鋼板容易出現變形,增大了施工難度,鋼板剪力墻的安裝質量受到影響。對此,鋼板剪力墻作為核心筒重要工藝,應明確施工流程,做好各施工流程的質量管控,并在最終做好質量評定、校正與驗收工作,保障整個剪力墻施工質量,提高整個高層建筑整體水平。鋼板剪力墻與整個核心筒的構架如圖3 所示。

圖3 鋼板剪力墻與核心筒組成架構

3.4 加強混凝土結構施工

在超高層建筑開展核心筒施工中,混凝土結構施工作為重點工程,施工質量直接影響著整個核心筒的質量,進而關系著整個工程的順利進行、后續應用。在鋼筋施工中,應做好鋼筋綁扎工作,在標準層,鋼筋作業量應由下至上之間由150t 減小到60t,依照工作量情況,合理安排勞動力,并將各標準層綁扎時間有效控制。本工程采用的核心筒墻體為弧形,墻內含有鋼結構,增大了鋼筋裝設難度,鋼筋制作時,依照部位下料控制,做好編號,制作定位箍,有效控制線形。在鋼筋和鋼結構的節點連接時,一端采用套筒、一端焊接連接板,以此保障鋼筋和鋼筋結構連接質量,提高鋼筋施工效率。在爬模施工中,模體體系設置應將核心筒的截面尺寸、尺寸變化等考慮其中,并重視內置鋼板墻體、模板之間拉結。在核心筒外墻施工中,變截面共5 次,在內墻施工中,變截面共3 次,將前期預留截面變化板拆除,以此實現變截面。在非標準層施工中,對于4.9m、5.3m 高的樓層,應在原有標準鋼框木模基礎上加高,分別加散拼模板400mm、800mm,實現混凝土一次澆筑。在核心筒墻體內部設置鋼板墻時,加固螺栓無法對拉。對此,深化鋼板墻設計,依照模板對拉的尺寸要求,在鋼板墻預先開孔,若無法開孔,應焊接螺母,以此實現模板加固。

3.5 核心筒檢驗

在工程項目回彈檢測中,必須嚴格依照《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》內規定數值,使用換算值和規程內最大強度換算值必須相同。同時,應根據工程情況靈活調整回彈法檢驗形式。為查清問題,降低隱患,在對核心筒混凝土全面回彈中,應通過抽芯操作,檢查混凝土強度,準確得出回彈數值。同時,核心筒檢驗應重視天氣因素。若被測區塊潮濕,極易因數據離散性導致核心筒回彈檢測無意義。此時,可利用鉆芯法檢驗,保障檢測強度準確性。最后,做好核心筒驗算工作。

3.6 核心筒施工安全風險識別

在整個鋼框架-核心筒結構施工中,不僅要重視各部分施工工藝的標準化,更要重視安全風險識別。在核心筒施工中,因工程整體較為復雜,施工難點較多,一旦某一環節出現問題,極易發生安全事故,威脅施工人員與后續人們的生命財產安全。對此,應對整個核心筒施工詳細分析,明確各個施工階段可能存在隱患并歸類,為后續安全風險識別與規避提供幫助,保障核心筒施工順利進行。作為一項復雜系統性工程,核心筒施工過程復雜,建設周期長,設計施工方法、施工工藝良多,致使施工安全風險因素的種類繁多,對此,文章通過對環境因素、管理因素與技術因素分析,掌握核心筒施工各階段的安全風險,以便快速識別風險。

1）環境因素 環境包含內環境與外環境,前者是指整個施工企業的工作氛圍,后者主要是指自然環境,內外環境對核心筒施工影響較大。但在實際工程中,部分項目負責人并不重視環境因素,在核心筒施工全過程中,忽視了內外環境變化,為工程施工帶來潛在影響。如：高層建筑生產環境,工程所在地為海洋氣候,雨水非常多,在核心筒地基施工中,應重視沉降問題、雨水滲透等,否則,極易為整個核心筒施工埋下隱患。

2）管理因素 核心筒工程作為一項綜合性建設項目,在工程全過程管理中,任何步驟出現問題,都可能致使項目失敗。在本工程中,核心筒較為復雜,諸多項目需要專業分包,增大了總承包管理的難度。同時,多個工種共同施工,交叉作業頻繁,增大了施工管理難度,致使危險事故發生。對此,在核心筒施工工藝中,必須做好施工安全管理,由項目經理作為第一負責人,由專業人士制定安全宣傳教育制度、人員管理制度、設備使用制度、應急風險管理等,全面提高安全管理水平,推動核心筒施工順利開展。

3）技術因素 在核心筒施工工藝中,對工作人員技術水平要求較高,若工作人員技術不達標,極易為工程埋下隱患,影響整個核心筒工程的質量。對此,在核心筒施工技術應用前,應保障技術可行性、技術安全性,之后考慮技術是否能夠滿足創新性、經濟性需求。如：在核心筒鋼框架連接時,焊接人員必須具備較高技術水平,能夠根據鋼材質量、強度選擇適宜焊接方式,保障鋼框架連接質量,為整個核心筒工程提供支撐。

4 結語

為滿足高層建筑質量需求,降低建筑質量隱患,核心筒施工工藝被廣泛應用。然而,在核心筒實際施工中,仍存在一定問題（如：安全質量不達標、技術水平不足等）,增大了核心筒施工難度。對此,全面掌握核心筒施工工藝,做好核心筒施工的安全管理,對整個核心筒施工的順利進行具有重要意義。