高烈度區超高層全鋼結構裝配式建筑施工技術

李朝兵 仇 峰 鄒曉軍 陳 洋

中建科工集團有限公司 廣東 深圳 518040

2018年12月24日，全國住房城鄉建設工作會議上明確提出要“大力發展鋼結構等裝配式建筑”，在近3年的時間內，國務院、住房城鄉建設部針對裝配式建筑發展相關政策密集發布，全國30多個省市也出臺了相關的政策措施。《裝配式鋼結構建筑技術標準》《裝配式建筑評價標準》等標準的發布為鋼結構裝配式建筑的發展提供了技術保障。推廣裝配式鋼結構建筑，有助于化解鋼鐵產能問題，有利于提升建筑產業現代化發展水平。裝配式鋼結構建筑體系，將集合成為一個新的循環型建筑工業化產業體系，有利于實現建筑產業轉型升級。鋼結構的裝配式建筑將是今后房子發展的方向，其建筑體系符合綠色、低碳、環保、節能、減排、循環和可持續發展的要求[1-8]。

隨著超高層建筑高度的增高，鋼結構的使用比例有著一定的提升。傳統的超高層建筑核心筒基本采用鋼混凝土組合結構，結構設計特點對施工技術提出了較高的要求。本項目針對高烈度地區抗震設計要求，創新提出了核心筒全部采用鋼結構的設計體系，減少了超高層建筑核心筒爬模、塔吊爬升、核心筒剪力墻澆筑混凝土等工序，提高了施工效率，縮短了施工周期。

1 工程概況

京東智慧城項目位于江蘇省宿遷市宿豫區京東大道與洪澤湖大道交會處，項目所在地處于著名的郯廬地震帶，結構抗震設防烈度8度（0.30g）。項目建成后將成為宿遷第一高樓，對京東產業及當地電子產業發展有著重要意義。

項目9#辦公樓包含1棟塔樓、西裙房和北裙房，塔樓為鋼框架-鋼板組合剪力墻核心筒結構，如圖1所示。地上33層，地下1層，結構高度157.85 m，外框由16根圓管柱組成，核心筒為鋼板剪力墻結構，由20根箱型柱與8片鋼板剪力墻組成；鋼板剪力墻在地下室處為勁性結構，地上均為外露構件，1—33層均有分布，板厚從20 mm變為12 mm，為防止變形，鋼板墻沿水平方向每隔1 500 mm布置豎向U形肋。

圖1 京東智慧城項目9#樓結構設計模型

9#樓西裙房為鋼框架結構，地下1層，地上7層，結構高度31.5 m，由20根箱型柱構成鋼框架結構。9#樓北裙房為鋼框架結構，地下1層，地上5層，結構高度21.6 m，由34根箱型柱及20根圓管柱構成鋼框架結構。

2 結構設計特點

經設計前期對8種結構方案的對比，分析技術性與經濟性差異，最終決策選擇了采用鋼管混凝土框架柱＋鋼框架梁＋加勁鋼板墻＋黏滯阻尼墻的結構體系，如圖2所示。該體系為國內首次采用的新型工業化建筑結構體系，具有自重輕、構件尺寸小、抗震性能優，且便于快速施工等優點。

圖2 結構設計模型及標準層結構布置

項目的裝配式鋼結構體系包括鋼框架、核心筒，預制構件包括鋼柱、鋼梁、鋼板剪力墻、鋼支撐、鋼樓梯、鋼筋桁架板等。

項目的結構設計特點決定了其完全符合標準化設計、工廠化生產、裝配式施工、信息化管理等特點。

為進一步提升結構抗震性能與建筑整體品質，設計中大量應用黏滯阻尼墻這一減震新技術。經計算分析，其消能減震作用明顯，結構基底剪力降低約15%。同時阻尼墻提供的附加阻尼比，有效降低了樓層層間位移角、結構頂點位移與加速度響應幅值。可在地震作用后較短時間內，使結構振動響應趨向穩定，從而極大地提升了高烈度區震后建筑的使用品質，保護主體結構免遭破壞，確保結構安全。

3 施工工藝流程及關鍵技術

3.1 鋼框架-鋼板墻核心筒施工流程

總體施工順序：先地下后地上，塔樓和裙房同步施工。本項目塔樓核心筒由外露鋼板剪力墻加鋼柱組成，可以實現外框和核心筒同步施工，如圖3～圖8所示。

圖3 外框鋼結構與核心筒平面布置

圖4 核心筒鋼柱安裝

圖5 核心筒鋼梁和鋼板剪力墻（阻尼墻）安裝

圖6 外框架鋼柱安裝

圖7 外框架剩余鋼柱、鋼梁安裝

圖8 形成標準層鋼結構穩定體系

標準層鋼結構形成穩定體系后，開始鋪裝鋼筋桁架樓承板、澆筑混凝土等工序，從而實現了搭積木式的快速安裝（圖9）。

圖9 外框架-核心筒全鋼結構裝配式建筑施工現場

3.2 高烈度區超高層建筑黏滯阻尼墻施工技術

本項目應用黏滯阻尼墻的消能減震技術，阻尼墻主要由懸掛在上層樓面的內鋼板、固定在下層樓面的2塊外鋼板以及內外鋼板之間的高黏度黏滯液（烴類高分子材料）組成。地震時上下樓層產生相對速度，從而使得上層內鋼板在下層外鋼板間的黏滯液體中進行剪切運動，產生阻尼力，達到消能減震的效果。

塔樓核心筒內部采用的黏滯阻尼墻相關參數如表1所示。

表1 核心筒內部采用的黏滯阻尼墻相關參數

此種黏滯阻尼墻具有耗能減震效率高、安裝簡便、構件厚度較小、形狀規則、節省建筑空間、耐久性好、復位性好、可循環重復利用等優點，如圖10所示。

圖10 速度相關型非線性黏滯流體阻尼墻

阻尼墻在施工過程中需注意防水保護，阻尼墻上半部分不能進水淋濕。阻尼墻堆放及倒運時需保持直立，特殊情況可以短時間傾斜，不可長時間傾斜平躺，以免內部性能發生變化。阻尼墻安裝完畢以后，待主體結構完工以后，將阻尼墻兩邊的臨時固定措施及吊耳板配件進行拆卸。

阻尼墻本體鋼板較薄，焊接過程易產生變形，且屬于隱蔽構件，通過駐場抽檢及100%進場驗收等嚴格的程序，保證焊縫及油漆質量。項目部管理人員在阻尼墻安裝過程中全程旁站監督，100%檢查，嚴控安裝偏差。

3.3 鋼板墻應力監測施工技術

作為側力系統的鋼板墻在零豎向壓應力下具有極佳的抗震性能，但在結構的實際施工過程中，鋼板墻無法避免因重力荷載作用產生的壓應力。結構設計采用鋼板墻滯后主體結構焊接固定的技術措施，基于施工模擬分析結果判定出相對合理的施工步驟，期望以此降低壓應力對鋼板墻承載力與延性性能的影響。

本項目鋼板墻共計選擇51個應力監測點，1層測點21個，8層測點8個，11層測點14個，22層測點8個。

監測分為施工階段監測和運營使用階段監測，監測內容及工藝流程如下：

1）安裝1—2層、7—8層、11—12層的應變傳感器。

2）待主體鋼結構施工至21層，且混凝土樓蓋施工至16層，每層鋼板墻焊接完成，就開始采集該層應變數據，置零。

3）鋼板墻安裝至22層時，安裝傳感器，鋼板墻焊接完成后，就開始采集該層應變數據，置零。

4）對于主體鋼結構與混凝土樓蓋，每施工2層監測采集應力數據1次。

5）對于幕墻、隔墻，每施工10層監測采集應力數據1次。

6）對于混凝土樓面裝修，每施工5層監測采集應力數據1次。

7）南北側機電房間（11—12層、22—23層）內監測點保留至建筑運營階段1.5 a，每3個月監測采集應力數據1次，如圖11所示。

圖11 鋼板墻結構應力監測

鋼板剪力墻構件設計流程表明，鋼板墻能夠為外框架的側向穩定提供支承作用。鋼板剪力墻構件在重力荷載壓力狀態、彎曲狀態、抗剪狀態、壓彎剪耦合狀態作用下，承載力均滿足規范要求。

4 結語

本項目采用國際先進的性能化設計方法進行抗震設計，且應用了先進的抗震技術及新型結構體系，是技術先進、結構體系新穎、抗震性能優異、具有示范意義的高烈度地區鋼結構工程。根據設計體系特點選擇合理的施工方法，在合理的勞動力和機械設備投入前提下，極大地節省了工期，創造了一定的社會與經濟效益。本項目采用的超高層全鋼結構裝配式建筑設計與施工一體化技術適用范圍廣、指導性強，在相關工程中具有一定的應用價值。