如何做好超高層建設的部署?
施工部署包括施工順序、流水分段、塔吊選擇、施工電梯布置等。在施工順序上,應先布置塔樓,後布置裙房。在空間狹小的前提下,為便於平面布置,裙房地下室宜采用逆作法施工。
對於剛性鋼柱和普通現澆樓板的框筒或框剪結構,樓板和剪力墻是同時逐層施工的,所以可以按標準樓板結構整體分段。對於核心筒剪力墻外鋼柱的組合樓板框剪結構,應按先核心筒後外框的順序組織流水施工,各分項工程的順序為:核心筒剛性鋼柱-核心筒剪力墻-鋼柱外管-鋼框架梁-樓板施工。
在塔式起重機的選型中,鋼構件的截面尺寸和結構布置是關鍵的控制因素。選擇塔吊,首先確定構件分段,構件分段考慮三點。
(1)構件分割數量(即吊裝次數)對工期的影響或與其他工序時間的匹配。
(2)鋼結構安裝成本因分段後的焊接量而增加。
(3)運輸車輛長度限制和場地限制。這些問題確定後,就可以初步選擇塔吊的型號了。此外,還必須考慮塔吊在高空吊裝超重構件時的繩索能力。繩索能力不足導致塔吊無法高倍工作,會嚴重影響起吊重量。
在施工電梯的布置上,超高層工程交叉作業多,主體、砌築、裝修會同時施工,所以電梯需求量大。雖然不壹定要在核心筒內直接布置電梯到核心筒工作面,但如果全部布置在建築外,會影響幕墻施工進度,所以最好布置在建築內外,以高區、低區或停層區分。電梯要從地下室紮根,可以解決電梯減震器的高度影響,方便裝卸,但未密封的地下室要做好排水。
超深基坑和地下室施工技術
分流施工法
順法是遵循先深後淺的原則,地下室采用自下而上的所有施工步驟,待地下室結構完成後再開始上部結構施工。
正向施工法的優點是施工工藝成熟簡單,缺點是施工周期長。
半逆作法施工
半逆作法是主塔區采用逆作法施工,周邊裙房采用逆作法施工,先完成塔區地下室施工,再在主塔施工時采用逆作法施工周邊地下室。
半逆作法的優點是建築上部結構施工與地下基礎施工平行立體作業,可有效縮短工期,缺點是需要雙層圍護結構,施工成本高。
全逆作法施工
逆作法是主塔區和裙房區都采用逆作法。基坑支護和樁基完成後,先開始首層施工,然後向上施工主樓,向下施工地下結構。
半逆作法的優點是工期大大縮短,缺點是建築前期的荷載需要通過鋼結構柱傳遞,地下室梁柱等節點處混凝土澆築困難。
超高層基坑深且多在繁華地段,基坑支護壹般采用地下連續墻和支撐(內支撐或環形支撐);地下連續墻+錨桿;排樁+支撐;樁排+錨索等支護形式。
位於大型整體地下室的部分超高層基坑采用坑中坑設計,即大型基坑采用壹種支護形式,坑中坑采用壹種支護形式。如十字門大型基坑采用樁錨支護形式,坑內坑采用樁錨支護形式。
高承載力大直徑樁基施工技術
隨著建築物高度的增加,對樁基承載力的要求越來越高,樁長越來越長,施工難度也越來越大(如十字門塔樁基直徑為2.4m,持力層為風化花崗巖,單樁承載力設計值為65900kN)。部分超高層工程樁基直徑可達4 m。
大直徑嵌巖樁壹般可采用旋挖鉆、沖孔和DTH錘鉆孔。
沖孔適應性強,能適應多種復雜地質條件,但遇到孤石或深埋巖石嵌入時施工速度較慢。水下(地下)爆破技術可用於沖孔施工前爆破孤石和巖層,可大大提高工作效率。
嵌巖旋挖需要專用大功率設備,DTH錘需要多孔組合施工,難度大,成本高。
大直徑灌註樁鋼筋籠規格和數量遠超普通灌註樁,樁長。利用孔口鋼筋籠進行對接,需要采取特殊措施和鋼筋連接技術進行施工。
高強混凝土超高泵送施工技術
混凝土澆築機械的選擇:超高層建築每層混凝土澆築體積大,混凝土澆築壹般采用兩泵兩管壹泵到頂的施工工藝。
當1組出現故障時,另壹個1組可以繼續工作,避免運輸中斷造成質量事故。
高度較高的高層建築壹般會增設備用泵和管道系統。
超高層高壓泵配有特殊的管道沖洗技術,采用該特殊技術的混凝土活塞、雙孔板、切割環和管道具有良好的密封性能。采用水洗技術,直接泵送混凝土進行水洗,做到盡可能高的泵送。沖洗輸送管可以充分利用管道中的混凝土,減少混凝土的浪費和對施工環境的汙染。
垂直運輸技術
多吊車旋轉平臺
超高層建築的塔吊布置通常以外吊內爬的形式附著在建築主體結構上。塔吊位置固定,吊裝範圍有限,爬升過程復雜。為了滿足吊裝需要,施工單位往往投入數臺大型塔吊,附著和爬升費時費力,投資大,效率低,成為制約超高層建築施工的關鍵技術難題。
為了克服這壹技術難題,提出了壹種多起重機平臺。該平臺由支撐頂升系統、旋轉驅動系統、鋼桁架平臺系統和塔式起重機組成。塔吊放置在轉臺系統上,依靠轉臺驅動系統可以360度左右移動,實現塔吊對超高層建築吊裝範圍的360度全覆蓋,並可根據吊裝要求選擇不同尺寸的塔吊進行合理配置,充分利用每臺塔吊的工作性能,節省30%~40%的費用。支撐自升式系統的平臺呈微凸支點形式。依托該平臺,多臺塔吊可整體、連續、快速、安全吊裝,簡化了每臺塔吊的附著和爬升過程,每層節省20%左右的工期。
桁架吊裝
檢修塔是壹種新型的超高層建築施工垂直運輸系統,包括檢修塔基礎和塔身。塔體由多個標準節分層連接而成,塔體上設有附著連接支架,與建築物的水平結構連接。
項目所用的槽鋼塔設計為裝配式鋼結構,構件以工字鋼、槽鋼、角鋼為主,有利於工業化生產。除了部分立柱的截面變化和高度不同外,標準節采用工廠預制、現場預組裝、整體吊裝的流水線作業,高效方便後期拆除。“通道塔”順應了施工電梯支撐系統“輕量化、集中化、產業化”的發展新趨勢,實現了人、機、物的垂直運輸從過去的分散分布到集中控制,便於動態分析部署,占地少,節約有限的場地資源。
據了解,500m以上超高層建築的效率降低(即隨著摩天大樓建築高度的上升,受高度、天氣、運輸能力的影響,施工效率會降低)約為40%,使用接入塔可將效率降低降低至10%以下。
超高層鋼結構施工技術
超高層鋼結構具有安裝高度高、構件重量大、操作面窄、傾斜和懸挑構件多、安裝順序復雜等諸多難點。超高層鋼結構全部采用塔吊吊裝,塔吊的布置和選型完全取決於鋼結構的安裝方案。超高層鋼結構安裝技術、空間結構施工技術、大懸臂安裝技術、異型鋼結構多角度全位置焊接技術是其關鍵技術。
由於超高層建築的混凝土核心筒和鋼框架結構是錯層施工,混凝土和鋼結構的收縮不壹樣,所以在每個施工階段和施工結束後,結構外框的巨型柱和核心筒之間存在豎向差異,水平構件(內外筒與樓板之間的剛性連梁、伸臂桁架等)中存在由這種差異引起的附加應力。)需要根據模擬結果進行修正,並采取相應的施工措施加以解決。
Bim技術
跨學科問題
使用Tekla Structure軟件對深化設計模型進行碰撞檢查,檢測結構節點、預留管孔等信息的碰撞情況。檢測到碰撞後,通過與結構設計的溝通和二次優化進行合理調整。
該應用使原本復雜的二維圖紙中無法體現的問題以三維圖像直觀地展現出來,便於各方協調處理,克服了信息交流的障礙,避免了返工,提高了施工效率。同時為各方提供了良好的工作面。
材料管理問題
鋼結構BIM平臺可以通過物聯網的無線射頻識別技術,實時更新項目材料的確切位置,優化排版和取料順序,直接減少30%以上的找料工作量。
工藝排版是合理利用材料,提高生產效率必不可少的環節。鋼結構BIM平臺可以自動拆分截面,直接用於排版軟件套料。同時提高物料周轉率,實現自動混合出料,使常規板材的物料損耗控制在4%左右。
復雜鋼節點問題
應用BIM模型後,所有參與者可以直觀地獲得模型中的相應信息,並協調更新模型。比如在BIM模型中,項目和深化人員發現伸臂桁架的節點處有很多支架,焊接空間有限。如果采用設計中給出的全焊接形式,工藝難度極大,焊接質量難以保證。經與設計院溝通,節點優化為鍛鋼節點,既降低了工藝難度,又使質量易於控制。
進度風險控制問題
鋼結構BIM平臺可以跟蹤構件的加工、運輸、安裝,通過工序拆分編碼,用掃描槍采集數據信息,實現整個施工生命周期的工序管理。
通過施工全過程的可視化應用,可以將各階段(深化設計、材料采購、加工制造、構件安裝)的信息同步到BIM管理平臺,實時掌握工程各階段的狀態信息。比如用掃描槍采集相應的工藝構件信息,自動反饋到BIM模型中,用事先給定的不同顏色體現出來。
模板施工技術
微凸支點智能控制頂升模板(以下簡稱“凸頂模板”)是第三代超高層建築頂升模板。具有承載力高、適應性強、智能綜合控制三大特點,顯著提高了超高層建築施工的機械化、智能化和綠色施工水平,大大提高了超高層建築特別是近千米超高層建築施工的安全性和效率。
優勢
與傳統的超高層建築模板相比,凸頂模板為超高層建築施工設備的集成和智能監控提供了重要媒介,實現了施工電梯直達平臺、卸料平臺、混凝土分配器、臨建設施和材料堆場與模板的集成。在此基礎上,經過近兩年的研究和試驗,在綠色中心、北京華尊項目中,在國際上首次為頂層模板配備大型塔吊,集成了超高層建築施工的兩種大型施工設備,實現了塔吊和模板的壹體化安裝爬升,顯著提高了超高層建築的施工效率。
建築塔吊與模板壹體化
(1)塔吊以自承方式直接固定在“凸頂模板”桁架上,塔吊標準節通過臺座與模板焊接。武漢綠色中心項目即將按此方法在頂模上固定三臺塔吊(1臺ZSL380塔吊,2臺ZSL60塔吊),其中壹臺ZSL380塔吊已投入安裝。
(2)塔吊以“擡轎子”的方式支撐在周圍四個“凸頂模”的支點上。塔式起重機的狀態類似於內爬式塔式起重機。三個附著架用於傳遞塔吊的荷載,第二個附著架直接支撐在“凸頂模”的支撐體系上,傳遞塔吊所承受的豎向荷載,帶動塔吊在頂模提升時壹起向上移動。兩臺M900D塔式起重機已在北京中國尊項目中采用這種方法安裝。
通過塔吊與模板壹體化安裝爬升,解決了塔吊爬升與模板頂升相互影響、爬升時間長、爬升措施投入大等制約超高層建築施工的關鍵因素。以北京中國尊項目帶來的兩臺M900D塔吊為例,與常規塔吊安裝方式相比,可減少塔吊自爬28次,節省因塔吊爬升影響的工期約56d,減少塔吊預埋件400t。
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