如何做好超高層施工部署?
施工部署包括施工順序、流水分段、塔吊選型、施工電梯布置等方面。施工順序上,應該采用先塔樓後裙樓的安排,在場地狹小的前提下,為了便於平面布置,裙樓地下室宜采用逆作法施工。
流水分段上,對於勁性鋼骨柱、普通現澆樓板的框筒或框剪結構,樓板與剪力墻同時逐層施工,所以可以按標準層結構統壹整體分段,對於核心筒剪力墻-外鋼柱組合樓板的框剪結構,應按先核心筒,後外框的順序組織流水施工,各分項工程的先後順序為:核心筒勁性鋼柱—核心筒剪力墻—筒外鋼柱—鋼框架梁—樓板施工,每個工序相差3層。
塔吊選型上,鋼構件的截面尺寸和結構布置為關鍵控制因素,欲選塔吊先確定構件分節,構件分節考慮3點。
(1)分節後的構件數量(即吊次)對工期的影響或與其他工藝時間的匹配。
(2)分節後的焊接量對鋼結構安裝帶來的成本增加。
(3)運輸車輛的長度限制和場內場地限制。在這些問題確定後,可初步選擇塔吊型號,另外必須考慮在塔吊位於高空吊裝超重構件時的容繩量問題,容繩量的不足導致塔吊不能在高倍率的狀態下工作,會嚴重影響吊重。
施工電梯布置上,超高層項目交叉作業較多,主體、砌築、裝修會同時施工,所以電梯需求量較大,雖核心筒內不是必須布置直達核心筒作業面的電梯,但如果全部布置在建築物外側的話,又會影響幕墻施工進度,所以最好是建築內外同時布置,並以高區、低區或停層區分。電梯宜從地下室生根,可以解決電梯減震器的高度影響,便於上下料,但是應做好未封閉地下室的排水工作。
超深基坑及地下室施工技術
順作法施工
順作法是遵循先深後淺的原則,地下室全部采用從下至上的施工步驟,地下室結構完成後再開始上部結構施工。
順作法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
半逆作法是主體塔樓區域采用順作法,周邊裙房采用逆作法,先期完成塔樓區域地下室施工,在主體塔樓施工時再采用逆作法施工周邊地下室。
半逆作法優點是建築物上部結構的施工和地下基礎結構施工平行立體作業可有效縮短工期,缺點是需采用雙層圍護結構,施工成本高。
全逆作法施工
全逆作法是主體塔樓區域及裙房區域全部采用逆作法,基坑支護及樁基完成後首先開始首層施工,首層施工完成後同時向上施工主樓,向下施工地下結構。
半逆作法優點是施工周期大大縮短,缺點是前期建築物荷載需通過鋼結構立柱傳力,且地下室梁柱等節點混凝土澆築困難。
超高層基坑深度超深且多處於繁華地帶,基坑支護壹般采用地下連續墻+支撐(內支撐或環形支撐);地下連續墻+拉錨;排樁+支撐;排樁+錨索等支護形式。
部分處於大型整體地下室中的超高層基坑采用坑中坑設計,即大基坑采用壹種支護形式,坑中坑采用壹種支護形式。如十字門大基坑采用樁錨支護形式,坑中坑采用樁撐支護形式。
高承載力大直徑樁基施工技術
隨著建築物高度的不斷攀升,樁基承載力要求越來越高,樁長也越來越長,施工難度也越來越大(如十字門塔樓樁基直徑達2.4m,持力層達到微風化花崗巖,單樁承載力設計值達65900kN)。部分超高層工程樁基直徑可達4m。
大直徑嵌巖樁壹般可采用旋挖成孔、沖孔成孔、潛孔錘成孔技術。
沖孔成孔適應性強,可以適應多種復雜地質情況,但遇孤石或嵌巖較深時,施工速度慢。可采用水下(地下)爆破技術對孤石及巖層進行爆破後再沖孔施工,可大幅提高工作效率。
嵌巖旋挖需采用特種大功率設備,潛孔錘需采用多孔組合施工,施工難度大,且施工成本高。
大直徑灌註樁鋼筋籠鋼筋規格及數量遠遠超過普通灌註樁,且樁長長,采用孔口鋼筋籠對接,需采用特殊措施及鋼筋連接工藝進行施工。
高強混凝土超高泵送施工技術
混凝土澆築機械選擇:超高層每層混凝土澆搗方量較大,混凝土澆築壹般采用二泵二管壹泵到頂的施工技術。
應用雙泵技術在1組出現故障時,另1組仍可繼續進行工作,避免輸送中斷造成質量事故。
高度較高的巨高層建築壹般會增加備用泵及管路系統。
超高層高壓泵帶有專項管道水洗技術,利用該專項技術的混凝土活塞、自動補償磨損間隙的眼鏡板、切割環及管路的良好密封性。采用水洗技術,直接用混凝土泵泵送水洗,使其能夠做到泵送多高,水洗多高。水洗輸送管可以最大限度利用管道中的混凝土,減少混凝土浪費和對施工環境的汙染。
垂直運輸技術
多吊機廻轉平臺
超高層建築塔機布置,常規采用外掛、內爬等形式附著於建築主體結構,塔機位置固定,吊裝範圍有限,爬升工藝復雜。為滿足吊裝需要,施工單位往往會投入數部大型塔機,且附著、爬升耗時費力,投入大、工效低,成為制約超高層建築施工的關鍵技術難題。
為攻克這壹技術難題,提出建造多吊機廻轉平臺。該平臺由支撐頂升系統、廻轉驅動系統、鋼桁架平臺系統和塔機組成。塔機置於廻轉平臺系統上,依托平臺廻轉驅動系統可進行360°圓周移位,實現塔機吊裝範圍對超高層建築的360°全覆蓋,並可根據吊裝需求選擇大小級配的塔機進行合理配置,充分利用每臺塔機的工作性能,節省30%~40%的費用支出。平臺支撐頂升系統為微凸支點形式,依托平臺可以實現多塔機整體、連續、快速、安全頂升,簡化各塔機附著、爬升工藝,每層可節省約20%的工期。
桁架吊裝
通道塔是壹種新興的超高層建築施工垂直運輸系統,包括通道塔基礎、塔體,塔體由多個層疊連接的標準節組成,塔體上設有附著連接支撐與建築水平結構連接。
項目采用通道塔設計為裝配式鋼結構,構件主要使用工字鋼、槽鋼和角鋼有利於工業化生產,除了部分柱截面分段變化和層高不同外,標準節采取工廠預制、現場預拼、整體吊裝的流水作業,效率高,後期拆除也方便。“通道塔”符合施工電梯支撐體系“輕量化、集中化、工業化”的發展新趨勢,實現了人、機、料的垂直運輸從過去的分散分布變成集中管控,便於動態分析和調配,其占用現場場地少,節約現場有限場地資源。
據了解,500m以上超高建築,超高層降效(即隨著摩天大廈施工高度的攀升,受高度、天氣、運力的影響,施工效率會降低)在40%左右,使用通道塔可以把降效降低到10%以內。
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、操作面狹小、傾斜及懸臂構件多、安裝順序復雜等諸多難度。超高層鋼結構均采用塔吊吊裝方式,塔吊的布置及選型完全取決於鋼結構安裝方案。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、多角度全位置異性鋼結構焊接技術是其關鍵技術。
因超高層混凝土核心筒與外框鋼結構采用錯層施工,且混凝土與鋼結構的收縮量並不相同,因此在每個施工階段以及施工結束後,結構外框巨型柱與核心筒之間存在豎向差值,且該差值會導致的水平構件(內外筒剛性連接梁與樓板、伸臂桁架等)產生的附加應力,需根據仿真計算結果進行修正並采取相應施工措施予以解決。
bim技術
專業交叉問題
使用Tekla Structure軟件對深化設計模型進行碰撞校核,檢測結構節點碰撞、預留管洞碰撞等信息。在檢測出碰撞後,經過與結構設計溝通和二次優化,加以合理調整。
該應用使得原本復雜的二維圖紙不能體現的問題直觀地以三維圖像顯示出來,便於各方協調處理,克服了信息交流障礙,避免返工,提高了施工效率。同時,為各方提供了良好的作業面。
材料管理問題
鋼結構BIM平臺,通過物聯網無線射頻識別技術,實時更新項目材料精確位置,優化排版取料順序,可直接降低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平臺可自動完成截面拆分,直接用於排版軟件套料。在提高材料周轉率的同時,實現自動化混合排料,使常規板材材料損耗控制在4%左右。
復雜鋼節點問題
應用BIM模型後,參與各方均可在模型中直觀地獲取相應信息,並協調更新模型。如,項目和深化人員在BIM模型中發現,伸臂桁架節點處托座眾多、焊接空間有限,若采用設計給出的全焊接形式,工藝難度極大且焊接質量難以保證,經與設計院溝通,將該節點優化為鍛鋼節點,不僅降低了工藝難度,而且使得質量易於把控。
進度風險控制問題
鋼結構BIM平臺可以跟蹤構件加工、運輸、安裝情況,通過工序拆分、編碼,配合掃描槍進行數據信息采集,實現施工全生命周期的工序管理。
通過施工全過程可視化應用,將各階段(深化設計、材料采購、加工制作、構件安裝)信息同步到BIM管理平臺,可實時掌握項目各階段的狀態信息。如使用掃描槍采集相應工序構件信息,自動反饋至BIM模型中,並以預先賦予的不同顏色反映。
模架施工技術
微凸支點智能控制頂升模架(以下簡稱“凸點頂模”)是第三代超高層施工頂升模架,具有承載力高、適應性強、智能綜合控制三大特點,顯著提高了超高層施工的機械化、智能化及綠色施工水平,使超高層尤其是近千米的超高層建築施工的安全、功效大幅提升。
優勢
與傳統超高層施工模架相比,凸點頂模為超高層建築施工裝備的集成及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、混凝土布料機、臨建設施、物料堆場等與模架的融合。在此基礎上,經過近兩年的研究試驗,在武漢綠地中心、北京中國尊項目,國際首創實現了頂模自帶大型塔機,將超高層建築施工的兩種大型施工裝備進行集成,實現了塔機與模架壹體化的安裝與爬升,顯著提升了超高層建築施工工效。
構建塔機與模架壹體化
(1)塔機采用自立模式直接固定在“凸點頂模”桁架上,塔吊標準節與模架通過基座焊接連接。武漢綠地中心項目即將按照該方式把3臺塔機(1臺ZSL380塔機,2臺ZSL60塔吊)固定在頂模上,目前已投入安裝壹臺ZSL380塔吊。
(2)塔機通過“擡轎子”的方式支承在其周圍4個“凸點頂模”的支點上。塔機狀態類似於內爬塔機,采用3道附著框傳遞塔機的荷載,其中第二道附著直接支承在“凸點頂模”的支承系統上,傳遞塔機承受的豎向荷載,當頂模頂升時帶動塔機壹同向上運行。北京中國尊項目已按該方式投入安裝了兩臺M900D塔吊。
通過塔機與模架壹體化安裝與爬升,突出解決了塔吊爬升與模架頂升相互影響、爬升占用時間長、爬升措施投入大等制約超高層建築施工的關鍵因素。以北京中國尊項目自帶的兩臺M900D塔吊為例,相比常規塔吊安裝方式,可減少塔吊自爬升28次,節省塔吊爬升影響的工期約56d,減少塔吊預埋件400t。
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