498 m超高層斜墻段施工關鍵技術應用研究

唐 博，魯洪征，杜 凱，侯瀚林

(中建八局第一建設有限公司,山東 濟南 250000)

1 工程概況

中國國際絲路中心大廈位于西安市西咸新區核心區域,建筑總面積38萬m2,建筑高度498 m,其中地下4層,地上100層。

核心筒剪力墻從第一道伸臂桁架后,39層—44層外墻設計為斜墻,核心筒截面尺寸從39層底部33 m收縮至44層頂部27 m。內墻不變,外墻每層向內收縮0.5 m,內外墻相連腹墻逐層縮減,最終完成整個截面的收縮變化[1-2]。內收示意圖見圖1(虛線為38層墻體,實線為44層墻體)。斜墻內收給鋼筋綁扎、模板支設、鋼柱焊接及平臺頂升施工造成極大困難,頂升平臺如何拆改轉換是斜墻段施工一大難點。

2 核心筒斜墻施工難點分析

2.1 斜墻施工難點分析

初始平面由內外兩圈墻體組成,有2種典型平面,經歷1次較大變化:結構轉換變化為外墻斜向內縮,跨越39層—44層,6個樓層,每層收縮約0.5 m,單側總計內縮3 m。結構尺寸從39層33 m×33 m變化到44層27 m×27 m。外墻內收給核心筒墻體鋼筋綁扎、模板支設等連續施工帶來巨大難度。

2.2 應對措施

39層—44層為斜墻段,總層高25.2 m,此處涉及平臺爬升后期拆改,鋼骨焊接、鋼板剪力墻安裝、模板支設及外掛架懸臂特殊處理,為關鍵點。

塔樓涉及四次伸臂桁架及位移阻尼器部位處理,需結合爬升規劃,考慮斜墻特殊模板工藝、外掛架避讓處理、內外掛架拆改。

3 核心筒斜墻施工工藝

3.1 智能化頂升平臺應用

3.1.1 平臺整體應用原理

塔樓核心筒施工采用智能化頂升平臺,平臺由桁架系統、支撐動力系統、掛架及模板系統、智能監測系統、設備集成系統組成。動力系統基于尺蠖原理附著于墻面,上下支撐交替頂升實現層層爬升。平臺從上至下共計4層,分別為鋼結構焊接層、鋼筋綁扎層、混凝土澆筑層、混凝土修補養護層,平臺示意圖見圖2。

3.1.2 掛架系統

掛架主要由標準掛架單元、非標準掛架單元、頂平臺防護體系、底部兜底防護體系、伸臂桁架處可翻轉單元、掛架外防護及上下通道等幾部分組成。掛架采用2.0 m標準單元配合特殊單元拼裝而成,掛架高度15.04 m,共7步,步距2.1 m,走道寬度0.8 m,距墻0.5 m,設置翻板。掛架底部采用花紋鋼板做全封閉兜底防護,外立面防護沖孔鋼板網,開孔率不小于40%。掛架剖面圖見圖3。

3.1.3 模板系統

頂升平臺鋼模板位于墻體掛架內側,通過吊索、滑輪、電動葫蘆、滑梁等連接構件與平臺桁架相連接,滑輪在滑梁上移動,帶動模板移動,合模時作業人員通過調節電動葫蘆帶動吊索調整模板高度,從而滿足施工需求,模板示意圖見圖4。

3.2 斜墻外掛架設計

外掛架立桿通過滑輪同掛架梁連接,墻體截面變化時,掛架立桿可通過滑輪向內滑動適應截面變化。38層混凝土澆筑完成后,平臺進行頂升,外掛架梁采用Q345B,HN200×100×5.5×8H型鋼加長,與內掛架進行連接,外掛架整體向內滑移500 mm,39層外掛架內側增加一排立桿及448 mm寬走道板后進行鋼筋綁扎,鋼筋綁扎完畢后調整滑梁鋼模板葫蘆位置,進行模板提升并合模[3-4]。

40層—44層每澆筑完一層混凝土后進行頂升,每次頂升完畢外掛架均進行向內滑移,每次滑移500 mm,滑移完畢合模前對鋼模葫蘆進行位置調整,保證其提升過程中無阻礙。外掛架設計示意圖見圖5。

3.3 斜墻內掛架設計

內掛架立桿通過螺栓與掛架梁連接,腳手板通過橫梁固定在立桿上,每跨腳手板通過槽鋼及螺栓連接。內掛架拆改設計先拆第一跨,再拆二、三、四跨,39層混凝土澆筑完成后40層進行鋼筋綁扎,頂升前拆除靠外墻第一跨第五層平臺板及立桿,立桿截面位置比第六層平臺高1.2 m,拉雙面角鋼固定焊接在桁架下弦,翻板內移安裝,然后進行頂升。

40層—44層,每層澆筑完混凝土,平臺進行頂升前,拆除上一層內墻第一排立桿及腳手板,下部立桿通過鋼絲繩與旁邊一跨立桿進行斜拉連接,保證下部立桿縱向剛度。內掛架拆改示意圖見圖6。

3.4 斜墻角部掛架設計

角部掛架在拆除過程中在4個外筒角筒各增加兩根同原設計相同的兩根立桿,每根立桿總長15 m,用于加固,立桿材質Q235,70 mm×50 mm×3 mm。立桿同掛架翻板交接處在立桿長邊兩側焊接30 cm長L63×5角鋼,用于支撐翻板。立桿增加時,先在原翻板上開洞,然后安置立桿,隨后在立桿上焊接角鋼支撐翻板。角部掛架設計示意圖見圖7。

3.5 斜墻鋼模板設計

39層斜墻開始,靠近和翼墻相連的腹墻通過設置5×500 mm+450 mm寬調節模板,替換第38層2 950 mm寬標準板。每爬升一次,減少一塊500 mm寬調節模板,最后減掉450 mm寬調節模板,通過標準模板搭配模板使用,實現腹墻收縮時鋼模板安裝為整體。

斜墻段核心筒四個大角,原有鋼模板角模繼續使用,中間鋼模板無法繼續使用的部位,采用木模板和鋼模板拼接,對拉螺栓+鋼管固定。螺栓間距不大于460 mm,需要根據螺栓位置在鋼骨柱上開螺栓孔。

腹墻和核心筒外墻(39層—44層為斜墻)相接部位,設置異形角模,方便鋼模板安裝連接成整體。核心筒施工時,斜墻層鋼模板合模后,先澆筑核心筒內部的腹墻混凝土,腹墻和翼墻相接處留設施工縫,施工縫位置為距離翼墻150 mm左右處。腹墻混凝土強度達到一定強度后,安裝固定支撐翼墻模板的斜撐。斜撐一端固定在已澆筑混凝土的腹墻鋼模板上,一端和翼墻鋼模板相連。異性角模示意圖見圖8。

3.6 斜墻鋼模板加固設計

東西側斜墻在每個井筒間均有連梁洞口,模板面積較小,東西側斜墻模板利用頂撐頂在相鄰腹墻鋼模板上,每塊大鋼模板設置兩道斜撐,每道上下共頂撐兩次,南北向斜墻由于鋼模板跨度較大,需要采用頂撐頂在對面腹墻鋼模板上,對稱由直徑60 mm鋼管制作而成,兩頭設置絲桿,可旋緊。頂撐頂在已澆筑的混凝土的腹墻鋼模板上,斜墻與直墻接縫位置,模板不能下包,上口不能上包,在澆筑38層混凝土時,需要38層頂澆筑200 mm高斜墻段導墻,方便斜墻段鋼模板安裝。斜墻部位對墻體縱筋采用直徑16 mm的鋼筋進行“之”字形焊接,形成鋼筋桁架網,加強模板穩定性[5-6]。墻長方向每隔五道立筋加強一次,即鋼筋桁架間距為1 000 mm。斜墻模板加固及加強示意圖見圖9。

3.7 斜墻平臺設計

斜墻段平臺拆改設計施工環境為外墻斜向內縮,跨越39層—44層,6個樓層,每層收縮500 mm,單側總計內縮3 000 mm。尺寸從34.6 m×34.6 m變化到26.8 m×26.8 m。39層之前完成對桁架外圍第二圈的封閉加補,混凝土結構施工至45層以后,待掛架加補完成后對平臺進行拆除。平臺拆改設計截面確定形式:平臺桁架在斜墻段前的基礎上,由于鋼骨柱的設計變更,進行38層—44層鋼骨柱平面布置圖平面碰撞檢查,將多余桁架進行拆除,再進行Midas應力驗算,最終確定平臺拆改設計平面圖,平臺拆改設計見圖10。

平臺拆改工藝流程:39層之前完成平臺外圍的封閉→44層進行角部和空缺位置的加補→平臺安全防護和密目網的搭設→掛架、模板分離及修補→平臺板及桁架分離→用角鋼進行拉結→外圍四個角部進行拆除(對稱拆除原則)→外圍中間部分進行拆除。

桁架拆除部分,首先彈出拆除邊緣線,線條明晰,采用專用標志,防止工人錯拆。

將拆除部分通過Tekla模型計算重量、重心,并根據計算結果布置吊點,焊接吊耳。

拆除工作全程需要塔吊對拆除構件在托吊狀態下進行,為防止桁架在分離瞬間出現晃動,對施工人員造成傷害,拆除前將拆除部分的桁架設攬風繩,桁架上下弦與留置部分的桁架上下弦采用L70×8的角鋼進行拉接,角鋼與弦桿采用段焊,拆除部分與留置段完全脫離,施工人員都離開工作區,采用氣割將角鋼切斷,開始吊裝作業。

4 結語

中國國際絲路中心大廈核心筒施工采用自主研發的智能化頂升平臺進行施工,整個平臺分為四層,每一層均能滿足不同功能性施工需要。在核心筒39層—44層斜墻轉換層施工時,通過對智能化平臺桁架、掛架及模板進行拆改設計,保證在每一層頂升后能滿足鋼筋、鋼柱及混凝土澆筑施工順利,拆改容易,安全可靠,適用性高,該斜墻轉換層施工技術為以后類似工程提供了寶貴經驗。