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【摘 要 】文章通过对高层建筑施工技术的分析,介绍了我国超高层建筑施工中逆作法、整体钢平台模板体系、超高层建筑的混凝土泵送技术、钢结构施工技术及钢—混凝土组合施工技术及他们的应用情况.
【关键字】高层建筑；施工技术；钢结构 ；应用情况
超高层建筑是现代工业化、商业化和城市化的必然结果.在土地资源十分宝贵的城市,尤其是人口众多、居住面积少的我国,修建适量的超高层建筑是发展的必然方向.当前,随着超高层建筑的日益增加、工程规模日益扩大和结构日趋复杂,导致了施工难度不断增加,施工环节增多,同时也促进了超高层建筑的施工技术不断革新.
1.高层建筑施工技术分析
目前建设部重点推广的建筑业十项新技：包括深基坑支护技术、高强高性能混凝土技术、高效钢筋和预应力混凝土技术、粗直径钢筋连接技术、新型模板和脚手架应用技术、建筑节能和新型墙体应用技术、新型建筑防水和塑料管应用技术、钢结构技术、大型构件和设备的整体安装技术、企业的计算机应用和管理技术.这一系列新技术的出现,不但解决了过去传统施工技术无法实现的技术瓶颈,推广和引导了新的施工设备和施工工艺的出现,而且新的施工技术使得施工效率得到了空前的提高.
2.我国超高层建筑的施工技术探讨
2.1 逆作法
逆作法是近年来发展起来的一种新兴的施工工艺.逆作法是采用地下连续墙或排桩等作为基坑的支护体系,地下连续墙也可作为地下结构的外墙,采用地下结构的各层楼板结构作为支护体系的支撑,使地下结构从上至下的一种反向施工法.它具有缩短工期、降低造价、减小基坑变形、减小地下结构施工队周边环境的影响等优点.
逆作法以刚度极大的地下结构梁板作为永久支撑结构,与传统的支护体系相比,可将基坑变形降为最低.相对常规顺作法而言,逆作法可以地下连续墙作为基坑围护,该地墙又可直接作为地下室外墙,而将地下结构梁板作为永久支撑结构,又省去了庞大的支撑费用.另外,它还节省挖土栈桥、排架支撑、地下室外墙防水以及土方开挖后的回填费用,匡算可节省地下结构总造价的15%~20%.上海长峰商城、上海环球金融中心的裙房区基坑围护工程都采用逆作法施工.
2.2 整体钢平台模板体系
整体钢平台模板体系是适应超高层建筑核心筒的施工而发展起来的一种新型模版体系.整体钢平台模板体系有5部分组成：钢平台、内外吊脚手架、劲性构架、升板机动力部分和钢大模.其基本原理是：将劲性构架浇注在核心筒剪力墙体中,劲性构架上配置升扳机,用升扳机整体提升钢平台,而吊脚手架则随钢平台同时上升,钢大模由设于脚手架上的倒链提升.整体钢平台模板体系用料少,只需安装一次,提升快捷、方便,混凝土墙面质量好,经济效益显著,是一中很有推广使用价值的超高层建筑施工的模板体系.
2.3 混凝土泵送技术
超高层建筑的混凝土强度高,体量大,国内均为泵送混凝土.随着混凝土泵制造工艺的发展,泵的输送距离已经完全能满足“一泵到顶”的要求.为保证浇筑功效,不仅要求泵送混凝土具有恰当的配合比,还必须使用相当数量的混凝土泵机和布料机.配合比设计上需采用粉煤灰及矿渣微粉双掺技术,以减缓水泥水化过程中放热速度,同时提高混凝土的后期强度,增强抗裂性.超高层泵送混凝土技术的关键是使混凝土泵送到规定高度的同时保持泵送混凝土各项指标的匀质性.上海环球金融中心和南京紫峰大厦均实现了大体积超高泵送混凝土技术.
2.4 钢结构施工技术
广州新电视塔的主体结构为钢结构,施工过程中综合应用了钢结构施工技术.广州新电视塔有一座454m的塔身和156m的钢结构桅杆组成,总高610m.塔身有钢结构外框筒和钢筋混凝土核心筒构成.内外框通过楼层结构相连,但楼层缺失一半.功能层分段分布,外框筒由24根钢柱和46个钢椭圆环及斜钢撑组成,由下到上,截面有大变小,再由小变大,扭转而成,钢柱截面由2000mm渐变到1200mm.核心筒结构高达448m,截面呈椭圆形,外壁壁厚由1200mm随高度减小到400mm,混凝土由C80变化到0,内置14根工字形截面的劲性柱.24根外框筒柱呈空间三维倾斜,且环间距离高达10余米,采用低收缩的C60混凝土.钢外筒自上而下扭转45°,施工变形控制难度大；底座与核心筒偏心9.3m,顶部钢结构与底座偏位9m,结构复杂,斜撑、异型构件多,施工难度大.
广州新电视塔工程的最大特色和难点就是钢结构施工工艺,由于结构高度额形体上的特殊性,钢结构施工的吊装、测量、焊接、变形控制等方面都存在很多的难题.
2.4.1 测量技术
测量控制技术必须精准,该工程通过使用GPS定位系统进行测量基线网的测设,以高精度全站仪为重要手段,进行构件空中三维坐标定位,保证了测量的准确精度.
2.4.2 焊接技术
钢结构外筒均采用钢管构件,高空节点均为等强焊接连接.采用了二氧化碳气体保护半自动焊为主,手工焊为辅,进行钢结构节点高空全位置焊接的焊接技术,对节点采用对称分布焊接的焊接顺序,焊接单元内按立柱—斜撑—环梁的顺序控制,同环内节点采用对称分布、交错焊接,最大限度的控制焊接变形的不利影响.
2.4.3 施工仿真分析技术
通过采用先进的软件平台MIDAS和ANSYS对施工全过程的工况进行仿真分析,了解结构在重力作用下的变形规律,同时对温度以及风荷载对施工各阶段的影响进行评价和分析,确定了关键的工艺过程和方案,并确保最后施工完毕时,达到变形不超差、内力不超限的要求.
2.4.4 预变性技术
通过严谨分析计算,制定了以阶段调整、逐环复位为特征的预变性方案,进行钢结构在恒载作业下的变形补偿.
2.4.5 实时监控技术
制定了以无线传输、实时检测结构温度的检测系统,进行结构的环境温差条件下的温度监测方案.同时也布置了少量应力传感器对结构内力变化情况进行监控,确保工程目标的实现.
2.4.6 气象保障措施
该广州新电视塔在施工过程中委托广州市气象站负责工程周边地区的近地和高空的气象监测,对风力、温度、湿度和异常气候条件进行近期、中期及长期的气象预报；同时建立了严密的防雷、防风、风雨措施,形成了以气象预测为主要手段,以防风、遮雨、避雷击为重点的全天候应对保障系统.
2.4.7 天线桅杆整体提升技术
广州新电视塔156m高的天线桅杆,重约1800t左右,分成格构段和实腹段,设置于454~610m的高空,施工难度大.因此制定了以计算机控制、液压整体提升技术完成超高空桅杆的安装就位的技术方案.
2.5 钢—混凝土组合施工技术
钢—混凝土结构很好地利用了高强度钢与混凝土的各自特性,使构件截面减小而结构整体强度提高,有钢管混凝土、型钢混凝土等多种形式.国内常用钢管混凝土结构,钢管混凝土具有复合受力,各展其长的特点：混凝土在钢管柱的约束下,呈三向受力状态,抗压能力得到大幅度的提高；而钢管内混凝土的存在也使得钢结构的稳定性得到提高,有利于充分发挥钢材的高强度性能.广州新电视塔即采用了钢管混凝土施工技术.
3.结语
近20年来,我国超高层建筑得到飞速发展,与国际水平的差距也越来越小.以上海金茂大厦为代表的20世纪晚期的超高层建筑,以及以上海环球金融中心为代表的21世纪初期的超高层建筑,均充分体现了我国现代建筑及其施工技术的科技水平,尤其是我国超高层建筑的现代施工技术,已逐步形成一系列的成熟工艺,并在海内外得到广泛应用.