超高层建筑内筒外框上下错层同步施工技术

孙祖根

上海建工七建集团有限公司 上海 200050

1 工程概况

1.1 建筑概况

绿地中心·杭州之门项目（图1）位于浙江省萧山区钱江世纪城，规划为集综合商务办公楼、五星级酒店及精品商业等功能为一体的综合大型项目。

图1 绿地中心·杭州之门项目效果图

本项目的用地面积约为77 572 m2，总建筑面积约为513 226 m2。塔楼上部结构63层，建筑高度达302.6 m，项目落成后将以流畅的线条、独特的造型成为杭州地标群中重要的组成部分，成为杭州市天际顶点。

1.2 结构概况

本工程东、西塔楼均采用“钢骨混凝土柱＋钢筋混凝土梁板＋钢筋混凝土核心筒”的框架-核心筒结构形式，核心筒为钢筋混凝土剪力墙，整体呈“八边形”，外框为18根混凝土劲性钢骨巨柱及钢筋混凝土梁板，塔楼截面呈椭圆形，随着高度不断收进变化，标准层层高4.2 m。

2 施工难点分析

1）施工工期紧。本工程作为杭州市地标性建筑、浙江省重点工程以及2022年杭州亚运会配套项目，必须在亚运会开幕前完成工程竣工，因此，工期十分紧张。

2）工程体量大、施工工期长。作为杭州市的天际顶点，工程体量大，复杂程度不同于一般的建筑工程，在施工安全、质量控制、工程进度、大型机械设备布置、材料周转倒运等各个方面均是一次考验。

3）建筑外形不规则、造型多变。本工程东、西塔楼均呈不规则椭圆形，建筑形态随着高度不断收进变化，传统的爬架设计难以满足施工生产及安全防护要求。

3 设计思路

如何在保证安全可靠的前提下，高速高效地进行超高层建筑施工，一直是超高层建筑的一项研究课题。其中“钢骨混凝土柱＋钢筋混凝土梁板＋钢筋混凝土核心筒”的框架-核心筒结构，由于外框梁板为钢筋混凝土结构，不适合核心筒先行4～5层的施工工艺，因此，通常采用传统的同层施工。

传统的同层施工工艺在超大体量的超高层建筑施工中，存在如下弊端：

1）塔吊的利用率不高。考虑到需要塔吊完成垂直运输的实物量巨大，且在实际施工中，塔吊吊运效率随高度的增加而折减，单台塔吊的理论吊次无法满足实际需求，需要至少布置2台大型塔吊。超过200 m的超高层建筑，采用附着式塔吊需要配备大量的附着杆件及锚固件，因此通常采用内爬式塔吊。内爬式塔吊的工作荷载很大，布置在核心筒外将不利于核心筒受力，应尽可能放置于核心筒内，以减小核心筒的负荷。受核心筒面积限制，核心筒内布置2台大型塔吊时，塔吊标准节的安全距离较小，塔吊回转吊装活动将在很大程度上相互干涉，塔吊的利用率不高，在安全生产或是经济效益上都不甚满意。

2）模板体系不适用。采用同层施工工艺时，模板排架需散装散拆，再经卸料平台向上倒运，施工速度慢，材料周转量及损耗大，人工投入高，且占用较多塔吊资源。同时，混凝土表面质量难以保证，垂直度控制难度大，因此不适用于超大体量的超高层建筑。

为避免以上弊端，在传统施工方式的基础上，借鉴“钢框架-核心筒结构”核心筒先行的施工工艺，引入钢柱筒架交替支撑式液压爬升整体钢平台模架、可变单元式液压提升操作防护屏、承插型盘扣式钢管模板支架，结合独立支撑早拆体系等先进施工技术，形成高效的工具化流水线超高层施工工艺，最终经过现场操作验证，形成了新型施工工艺——超高层内筒外框上下错层同步施工技术，在确保高空作业施工安全的前提下，将标准层施工周期由7 d一层缩短为5 d一层，显著地提高了施工效率，缩短了施工工期。

4 施工部署概述

4.1 同步错层施工开始时间节点

本工程自核心筒3层、外框2层以上开始采用内筒外框上下错层同步施工工艺。核心筒竖向结构采用钢柱筒架交替支撑式液压爬升整体钢平台模架（以下简称钢平台）＋整体式钢模板（以下简称钢大模）进行施工，外框结构施工采用承插型盘扣式钢管模板支架结合独立支撑早拆体系，外框外立面防护设施采用可变单元式液压提升操作防护屏（以下简称防护屏），在外框3层结构施工完成后进行安装，如图2所示。

图2 内筒外框上下错层同步施工剖面布置示意

4.2 钢平台概述

核心筒竖向结构施工引入钢平台的目的是在塔顶创造出一个高空堆场，充分提高塔吊的利用率，从而节省了1台塔吊。

此外，在钢平台内安装设置钢大模，随钢平台逐层爬升施工，有效保证了核心筒混凝土的垂直度和平整度，省去了模板排架材料反复搭拆、倒运的过程。在钢平台顶部布置1台超长臂长固定式布料机及1台移动式布料机，实现混凝土浇筑全覆盖的路径规划。

钢平台模架体系主要包括五大系统，分别为钢平台系统、吊脚手架系统、筒架支撑系统、钢柱爬升系统、模板系统，在核心筒3层结构施工完成后进行安装，能实现钢筋绑扎、模板安拆、混凝土浇筑及养护等流水施工，具有操作简单、施工安全性高、混凝土成形效果好、施工效率高等优点[1-2]。

4.3 外框结构施工模板支架体系概述

由于外框结构在工程量方面不亚于核心筒结构，且核心筒引入了钢平台模架体系，施工周期短，故为保证内筒外框上下错层能够同步施工，使外框施工进度能层层匹配跟进核心筒施工，引入了承插型盘扣式钢管模板支架结合独立支撑早拆体系。

该模板支架早拆体系便于模板支架快速地搭建和拆卸，能有效缩短结构施工周期：

1）减少了一半的钢管材料使用量，可以人工向上传递材料，减少塔吊吊次，加快材料倒运速度。

2）结合独立支撑早拆体系，原先需配备3套模板排架，现在仅需配备2套，降低了工程成本。

3）能够保证模板平整、不漏浆，利于楼板面标高控制、楼板平整度控制，有效控制现浇混凝土楼板质量。

4）盘扣架与木工字梁本身的高承载力，也提高了模板支架的安全性。

4.4 防护屏概述

根据本工程上部结构平面形状层层变化的特殊性，外防护设施爬升、周转材料运输和立体作业安全管理等必须考虑层高和平面形状的制约。鉴于上述原因，外框外立面防护设施采用可变单元式液压提升操作防护屏，在外框3层结构施工完成后进行安装，提供了外框外立面临边防护及施工操作平台，解决了平面形式为椭圆形且层层变化的超高层主体结构施工防护技术难题[3]，如图3所示。

图3 防护屏剖面布置示意（标准层）

5 内筒外框上下错层同步施工工艺

5.1 标准层施工流程

1）初始状态：外框混凝土施工至n层，剪力墙混凝土施工至n＋1层，外框及核心筒混凝土处于养护阶段，钢平台位于刚浇筑完成的n＋1层核心筒混凝土顶面，防护屏防护高度高于n层外框混凝土6 m。

2）混凝土初凝后进行外框梁板测量放线，核心筒钢大模退模，劲性钢骨柱吊装。

3）混凝土强度达到10 MPa后，钢平台爬升，钢管模板进行翻运。

4）钢平台牛腿支撑，钢柱回升，核心筒钢筋吊运至钢平台操作面。

5）核心筒剪力墙、连梁钢筋绑扎，外框同步排架由外向内搭设，劲性钢骨柱柱筋绑扎。

6）外框混凝土强度达到15 MPa，整体提升式防护脚手架爬升。

7）核心筒各项施工措施、预埋件安装，外框同步排架模板铺设。

8）核心筒隐蔽验收完成，钢大模提升合模，外框同步梁板钢筋绑扎。

9）机电安装、钢结构预埋及隐蔽验收完成。

10）模板排架验收及混凝土泵管布置。

11）混凝土浇捣养护。

5.2 非标准层施工流程

当整体钢平台模架遇到结构层高为非标准层高时，由于工具式钢柱高度的限制，对于层高较大的楼层，钢平台无法一次提升到位，因此，可采用分次提升、分次施工的方法来解决非标准层结构施工的问题。施工时，根据非标准层的高度进行合理划分，在分次施工过程中，钢平台按照划分层爬升相应高度，随后按照标准层施工方法进行相应高度的混凝土结构施工。

以本项目6.00 m层高为例，可分2次完成6.00 m层高的结构施工。第1次钢平台爬升4 200 mm，导轨立柱提升4 200 mm，按照标准层施工方法进行4 200 mm高的混凝土结构施工；第2次钢平台爬升1 800 mm，导轨立柱提升1 800 mm，按照标准层施工方法进行1 800 mm高的混凝土结构施工，至此非标准层施工完成。

5.3 混凝土浇筑顺序

本工程塔楼采用内筒外框上下错层同步施工工艺，核心筒剪力墙领先外框梁板柱1层。于钢平台上中央位置设置1台布料半径为32 m的固定式液压电控布料机，再设置1台布料半径为21 m的移动式液压电控布料机，用于塔楼上部结构混凝土浇筑。

5.3.1 混凝土浇筑顺序

混凝土浇筑顺序为：核心筒剪力墙与梁板交界处900 mm墙根部位及连梁的高强度等级混凝土浇筑→待根部混凝土浇筑完成后，再重复浇筑顺序进行核心筒剪力墙高强度等级混凝土浇筑至梁底→外框劲性柱高强度等级混凝土浇筑至板顶→外框梁板低强度等级混凝土浇筑。

5.3.2 混凝土浇筑工艺

由于节点构造复杂，钢筋绑扎密集，且都是高空作业，特别是墙、柱钢筋纵横交错，给施工造成许多麻烦，稍有疏忽就难以保证质量。

梁柱节点处主梁钢筋绑扎时，在梁柱节点附近离开柱边≥500 mm，且≥1/2梁高处，沿45°斜面从梁顶面到梁底面用2 mm网眼的密目铝丝网分隔（作为高低强度等级混凝土的分界），铝丝网绑扎在φ12 mm钢筋上，钢筋数量同梁箍肢数。

梁与墙、柱不同强度等级的混凝土分别浇捣，梁柱节点核心区的混凝土浇捣方法为：不论柱顶留或不留施工缝，均分层振捣，在楼面梁板处留出45°斜面。在混凝土初凝前，泵送浇筑楼面梁板的混凝土。采用这种方法浇捣楼层柱、墙、梁、板混凝土时，应重点控制高低强度等级混凝土的邻接面，不能形成冷缝，故宜在柱顶梁底处留设施工缝，以缩短节点核心区高强度等级混凝土的浇捣时间，避免高低强度等级混凝土的邻接面形成冷缝。同时，采用小型插入式振捣器对梁柱节点钢筋密集的核心区加强振捣，杜绝漏振死角，确保节点核心区混凝土的密实性和设计强度。梁板的混凝土采用二次振捣法，即在混凝土初凝前再振捣一次，增强高低强度等级混凝土交界面的密实性，减少收缩。

5.4 后施工水平结构钢筋预留措施

1）核心筒内后施工梁与核心筒剪力墙连接节点位置，预埋插筋并留设等截面一级套筒。

2）核心筒内后施工板与剪力墙连接区域，预埋“7”字形钢筋，预埋钢筋采用HPB300钢筋，钢筋需加大一个规格（如φ8 mm变为φ10 mm，以此类推），待水平楼板施工时，凿除保护层，调直预埋“7”字形钢筋后，进行100%搭接施工。

3）在外框梁部分梁高大于900 mm的情况下，将部分位于900 mm高度以下梁钢筋，采用预埋插筋并留设等截面一级套筒的方式进行处理。

4）板预留“7”字形钢筋不能使用时，采用同设计钢筋的种筋处理，种筋深度15d（d为钢筋直径）。

6 结语

本文以绿地中心·杭州之门工程为例，创新提出了新型施工工艺——超高层内筒外框上下错层同步施工技术。不但能够加强对核心筒垂直度的控制，保证超高层建设过程中的施工安全，而且将标准层施工周期由7 d一层缩短为5 d一层，有效地加快了施工进度。相对于一般的施工模式，超高层内筒外框上下错层同步施工工艺使工程质量、安全及进度管控等得到了极大的改善，可为类似超高层工程项目提供良好的借鉴。