超高層建筑內筒外框上下錯層同步施工技術

孫祖根

上海建工七建集團有限公司 上海 200050

1 工程概況

1.1 建筑概況

綠地中心·杭州之門項目（圖1）位于浙江省蕭山區錢江世紀城，規劃為集綜合商務辦公樓、五星級酒店及精品商業等功能為一體的綜合大型項目。

圖1 綠地中心·杭州之門項目效果圖

本項目的用地面積約為77 572 m2，總建筑面積約為513 226 m2。塔樓上部結構63層，建筑高度達302.6 m，項目落成后將以流暢的線條、獨特的造型成為杭州地標群中重要的組成部分，成為杭州市天際頂點。

1.2 結構概況

本工程東、西塔樓均采用“鋼骨混凝土柱＋鋼筋混凝土梁板＋鋼筋混凝土核心筒”的框架-核心筒結構形式，核心筒為鋼筋混凝土剪力墻，整體呈“八邊形”，外框為18根混凝土勁性鋼骨巨柱及鋼筋混凝土梁板，塔樓截面呈橢圓形，隨著高度不斷收進變化，標準層層高4.2 m。

2 施工難點分析

1）施工工期緊。本工程作為杭州市地標性建筑、浙江省重點工程以及2022年杭州亞運會配套項目，必須在亞運會開幕前完成工程竣工，因此，工期十分緊張。

2）工程體量大、施工工期長。作為杭州市的天際頂點，工程體量大，復雜程度不同于一般的建筑工程，在施工安全、質量控制、工程進度、大型機械設備布置、材料周轉倒運等各個方面均是一次考驗。

3）建筑外形不規則、造型多變。本工程東、西塔樓均呈不規則橢圓形，建筑形態隨著高度不斷收進變化，傳統的爬架設計難以滿足施工生產及安全防護要求。

3 設計思路

如何在保證安全可靠的前提下，高速高效地進行超高層建筑施工，一直是超高層建筑的一項研究課題。其中“鋼骨混凝土柱＋鋼筋混凝土梁板＋鋼筋混凝土核心筒”的框架-核心筒結構，由于外框梁板為鋼筋混凝土結構，不適合核心筒先行4～5層的施工工藝，因此，通常采用傳統的同層施工。

傳統的同層施工工藝在超大體量的超高層建筑施工中，存在如下弊端：

1）塔吊的利用率不高。考慮到需要塔吊完成垂直運輸的實物量巨大，且在實際施工中，塔吊吊運效率隨高度的增加而折減，單臺塔吊的理論吊次無法滿足實際需求，需要至少布置2臺大型塔吊。超過200 m的超高層建筑，采用附著式塔吊需要配備大量的附著桿件及錨固件，因此通常采用內爬式塔吊。內爬式塔吊的工作荷載很大，布置在核心筒外將不利于核心筒受力，應盡可能放置于核心筒內，以減小核心筒的負荷。受核心筒面積限制，核心筒內布置2臺大型塔吊時，塔吊標準節的安全距離較小，塔吊回轉吊裝活動將在很大程度上相互干涉，塔吊的利用率不高，在安全生產或是經濟效益上都不甚滿意。

2）模板體系不適用。采用同層施工工藝時，模板排架需散裝散拆，再經卸料平臺向上倒運，施工速度慢，材料周轉量及損耗大，人工投入高，且占用較多塔吊資源。同時，混凝土表面質量難以保證，垂直度控制難度大，因此不適用于超大體量的超高層建筑。

為避免以上弊端，在傳統施工方式的基礎上，借鑒“鋼框架-核心筒結構”核心筒先行的施工工藝，引入鋼柱筒架交替支撐式液壓爬升整體鋼平臺模架、可變單元式液壓提升操作防護屏、承插型盤扣式鋼管模板支架，結合獨立支撐早拆體系等先進施工技術，形成高效的工具化流水線超高層施工工藝，最終經過現場操作驗證，形成了新型施工工藝——超高層內筒外框上下錯層同步施工技術，在確保高空作業施工安全的前提下，將標準層施工周期由7 d一層縮短為5 d一層，顯著地提高了施工效率，縮短了施工工期。

4 施工部署概述

4.1 同步錯層施工開始時間節點

本工程自核心筒3層、外框2層以上開始采用內筒外框上下錯層同步施工工藝。核心筒豎向結構采用鋼柱筒架交替支撐式液壓爬升整體鋼平臺模架（以下簡稱鋼平臺）＋整體式鋼模板（以下簡稱鋼大模）進行施工，外框結構施工采用承插型盤扣式鋼管模板支架結合獨立支撐早拆體系，外框外立面防護設施采用可變單元式液壓提升操作防護屏（以下簡稱防護屏），在外框3層結構施工完成后進行安裝，如圖2所示。

圖2 內筒外框上下錯層同步施工剖面布置示意

4.2 鋼平臺概述

核心筒豎向結構施工引入鋼平臺的目的是在塔頂創造出一個高空堆場，充分提高塔吊的利用率，從而節省了1臺塔吊。

此外，在鋼平臺內安裝設置鋼大模，隨鋼平臺逐層爬升施工，有效保證了核心筒混凝土的垂直度和平整度，省去了模板排架材料反復搭拆、倒運的過程。在鋼平臺頂部布置1臺超長臂長固定式布料機及1臺移動式布料機，實現混凝土澆筑全覆蓋的路徑規劃。

鋼平臺模架體系主要包括五大系統，分別為鋼平臺系統、吊腳手架系統、筒架支撐系統、鋼柱爬升系統、模板系統，在核心筒3層結構施工完成后進行安裝，能實現鋼筋綁扎、模板安拆、混凝土澆筑及養護等流水施工，具有操作簡單、施工安全性高、混凝土成形效果好、施工效率高等優點[1-2]。

4.3 外框結構施工模板支架體系概述

由于外框結構在工程量方面不亞于核心筒結構，且核心筒引入了鋼平臺模架體系，施工周期短，故為保證內筒外框上下錯層能夠同步施工，使外框施工進度能層層匹配跟進核心筒施工，引入了承插型盤扣式鋼管模板支架結合獨立支撐早拆體系。

該模板支架早拆體系便于模板支架快速地搭建和拆卸，能有效縮短結構施工周期：

1）減少了一半的鋼管材料使用量，可以人工向上傳遞材料，減少塔吊吊次，加快材料倒運速度。

2）結合獨立支撐早拆體系，原先需配備3套模板排架，現在僅需配備2套，降低了工程成本。

3）能夠保證模板平整、不漏漿，利于樓板面標高控制、樓板平整度控制，有效控制現澆混凝土樓板質量。

4）盤扣架與木工字梁本身的高承載力，也提高了模板支架的安全性。

4.4 防護屏概述

根據本工程上部結構平面形狀層層變化的特殊性，外防護設施爬升、周轉材料運輸和立體作業安全管理等必須考慮層高和平面形狀的制約。鑒于上述原因，外框外立面防護設施采用可變單元式液壓提升操作防護屏，在外框3層結構施工完成后進行安裝，提供了外框外立面臨邊防護及施工操作平臺，解決了平面形式為橢圓形且層層變化的超高層主體結構施工防護技術難題[3]，如圖3所示。

圖3 防護屏剖面布置示意（標準層）

5 內筒外框上下錯層同步施工工藝

5.1 標準層施工流程

1）初始狀態：外框混凝土施工至n層，剪力墻混凝土施工至n＋1層，外框及核心筒混凝土處于養護階段，鋼平臺位于剛澆筑完成的n＋1層核心筒混凝土頂面，防護屏防護高度高于n層外框混凝土6 m。

2）混凝土初凝后進行外框梁板測量放線，核心筒鋼大模退模，勁性鋼骨柱吊裝。

3）混凝土強度達到10 MPa后，鋼平臺爬升，鋼管模板進行翻運。

4）鋼平臺牛腿支撐，鋼柱回升，核心筒鋼筋吊運至鋼平臺操作面。

5）核心筒剪力墻、連梁鋼筋綁扎，外框同步排架由外向內搭設，勁性鋼骨柱柱筋綁扎。

6）外框混凝土強度達到15 MPa，整體提升式防護腳手架爬升。

7）核心筒各項施工措施、預埋件安裝，外框同步排架模板鋪設。

8）核心筒隱蔽驗收完成，鋼大模提升合模，外框同步梁板鋼筋綁扎。

9）機電安裝、鋼結構預埋及隱蔽驗收完成。

10）模板排架驗收及混凝土泵管布置。

11）混凝土澆搗養護。

5.2 非標準層施工流程

當整體鋼平臺模架遇到結構層高為非標準層高時，由于工具式鋼柱高度的限制，對于層高較大的樓層，鋼平臺無法一次提升到位，因此，可采用分次提升、分次施工的方法來解決非標準層結構施工的問題。施工時，根據非標準層的高度進行合理劃分，在分次施工過程中，鋼平臺按照劃分層爬升相應高度，隨后按照標準層施工方法進行相應高度的混凝土結構施工。

以本項目6.00 m層高為例，可分2次完成6.00 m層高的結構施工。第1次鋼平臺爬升4 200 mm，導軌立柱提升4 200 mm，按照標準層施工方法進行4 200 mm高的混凝土結構施工；第2次鋼平臺爬升1 800 mm，導軌立柱提升1 800 mm，按照標準層施工方法進行1 800 mm高的混凝土結構施工，至此非標準層施工完成。

5.3 混凝土澆筑順序

本工程塔樓采用內筒外框上下錯層同步施工工藝，核心筒剪力墻領先外框梁板柱1層。于鋼平臺上中央位置設置1臺布料半徑為32 m的固定式液壓電控布料機，再設置1臺布料半徑為21 m的移動式液壓電控布料機，用于塔樓上部結構混凝土澆筑。

5.3.1 混凝土澆筑順序

混凝土澆筑順序為：核心筒剪力墻與梁板交界處900 mm墻根部位及連梁的高強度等級混凝土澆筑→待根部混凝土澆筑完成后，再重復澆筑順序進行核心筒剪力墻高強度等級混凝土澆筑至梁底→外框勁性柱高強度等級混凝土澆筑至板頂→外框梁板低強度等級混凝土澆筑。

5.3.2 混凝土澆筑工藝

由于節點構造復雜，鋼筋綁扎密集，且都是高空作業，特別是墻、柱鋼筋縱橫交錯，給施工造成許多麻煩，稍有疏忽就難以保證質量。

梁柱節點處主梁鋼筋綁扎時，在梁柱節點附近離開柱邊≥500 mm，且≥1/2梁高處，沿45°斜面從梁頂面到梁底面用2 mm網眼的密目鋁絲網分隔（作為高低強度等級混凝土的分界），鋁絲網綁扎在φ12 mm鋼筋上，鋼筋數量同梁箍肢數。

梁與墻、柱不同強度等級的混凝土分別澆搗，梁柱節點核心區的混凝土澆搗方法為：不論柱頂留或不留施工縫，均分層振搗，在樓面梁板處留出45°斜面。在混凝土初凝前，泵送澆筑樓面梁板的混凝土。采用這種方法澆搗樓層柱、墻、梁、板混凝土時，應重點控制高低強度等級混凝土的鄰接面，不能形成冷縫，故宜在柱頂梁底處留設施工縫，以縮短節點核心區高強度等級混凝土的澆搗時間，避免高低強度等級混凝土的鄰接面形成冷縫。同時，采用小型插入式振搗器對梁柱節點鋼筋密集的核心區加強振搗，杜絕漏振死角，確保節點核心區混凝土的密實性和設計強度。梁板的混凝土采用二次振搗法，即在混凝土初凝前再振搗一次，增強高低強度等級混凝土交界面的密實性，減少收縮。

5.4 后施工水平結構鋼筋預留措施

1）核心筒內后施工梁與核心筒剪力墻連接節點位置，預埋插筋并留設等截面一級套筒。

2）核心筒內后施工板與剪力墻連接區域，預埋“7”字形鋼筋，預埋鋼筋采用HPB300鋼筋，鋼筋需加大一個規格（如φ8 mm變為φ10 mm，以此類推），待水平樓板施工時，鑿除保護層，調直預埋“7”字形鋼筋后，進行100%搭接施工。

3）在外框梁部分梁高大于900 mm的情況下，將部分位于900 mm高度以下梁鋼筋，采用預埋插筋并留設等截面一級套筒的方式進行處理。

4）板預留“7”字形鋼筋不能使用時，采用同設計鋼筋的種筋處理，種筋深度15d（d為鋼筋直徑）。

6 結語

本文以綠地中心·杭州之門工程為例，創新提出了新型施工工藝——超高層內筒外框上下錯層同步施工技術。不但能夠加強對核心筒垂直度的控制，保證超高層建設過程中的施工安全，而且將標準層施工周期由7 d一層縮短為5 d一層，有效地加快了施工進度。相對于一般的施工模式，超高層內筒外框上下錯層同步施工工藝使工程質量、安全及進度管控等得到了極大的改善，可為類似超高層工程項目提供良好的借鑒。