超高层建筑钢结构全逆作法施工关键技术分析

韩阳，张义，李珊

（中建三局第一建设工程有限责任公司，湖北 武汉 430024）

0 绪论

随着我国经济飞快发展，越来越多的超高层建筑出现在视野中，成为城市的活力之源。

为响应政策节能减排，实现绿色环保的施工理念，逆作法施工工程打破传统建筑思维，相比于传统施工模式，不仅可以节约成本和资源，而且达到绿色环保的要求。

本文结合南京金茂二期超高层建筑钢结构的全逆作法施工过程，介绍了塔楼核心筒及地下室“全逆作”施工特点及质量控制措施。

1 常见施工技术对比

深基坑工程施工技术有顺作法和逆作法两种方式，两种方式在施工流程、安全性、经济效益上有很大区别。

1.1 施工流程对比

顺作法施工是由上而下分层开挖，逐层来搭建水平支撑体系，底下底板完成后，再由下而上拆除水平支撑体系并施工。

逆作法施工是自上而下分层开挖，各层同步实施永久梁板支护，用作水平支撑体系，待底板达到设计强度时，底板封底，并且根据工程进度要求，进行上下部结构的同步施工。

1.2 安全性对比

图1 加强层桁架钢结构示意图

全逆作法施工方案须由三级安全总监参与讨论，方案保障手续齐全。逆作法利用永久梁板作为结构体系作为水平支撑，刚度较大，因此基坑变形较小，稳定性良好。

1.3 经济效益对比

全逆作法施工可使建筑物地面上部的施工和地面下部的施工同时，可节省大量工时，极大地利用地下空间，扩大地下室建筑面积等，极大程度地提高经济收益。

2 工程背景

2.1 工程概况

南京金茂广场二期项目，包含一座68层高，结构高度达308m的超高层塔楼，7层高的商业裙房，以及五层地下室。地面以上建筑面积约为197299.92m2，钢结构总用钢量约2.8万吨，塔楼外轮廓为梯形，尺寸为56m×69m×31m×69m。本工程结构形式为框架-核心筒结构体系，塔楼核心筒为全逆作，叠合墙内设置逆作SRC后叠合柱，单根最大重量为3.2吨；塔楼外框由20根100厚板变截面异形柱+巨型斜撑组成，外框柱在逆作分隔面由圆管柱转为十字柱。

2.2 桁架钢结构布置

塔楼共三道加强层桁架，分布在21、38、58层，主要由H型钢和箱型构件组成，杆件最大截面：H800×800×60×60，口750×750×50×50。

标准层主要由外框劲性十字柱（+1300×400×50×50）、H型钢梁（H2200×400×35×35）、核心筒劲性H型钢柱和劲性H型连梁组成，建筑面积约为2800㎡。

标准层主要由外框劲性十字柱（+1300×400×50×50）、H型钢梁（H2200×400×35×35）、核心筒劲性H型钢柱和劲性H型连梁组成，建筑面积约为2800㎡。

裙房转换桁架分布于结构四至六层，桁架自身高度11m，最大跨度约60m，组成构件类型为箱型构件，最大截面尺寸为□1000×600×40×40。

3 逆作法实施关键技术

图4 裙房转换桁架体系示意图

图5 叠合墙内SRC后叠合柱分布示意图

地下室采用全逆作法施工，施工技术要求较高，施工难点较大。在开始施工前要综合考虑全面因素，如：设计要求、结构自身特点、施工现场环境和进度工期安排等，确保安全可靠，项目顺利进行。

钢结构材料组织相对于混凝土材料均匀，各向同性均匀，因而在钢结构在应用期间，对钢结构进行模拟分析的理论结果会比较符合实际的受力情况，在施工过程中采用有限元模拟分析是关键的一环，可以模拟复杂受力条件下的变形情况，并实时监控，确保施工顺利进行。

钢结构施工主要包括复杂条件下叠合柱施工与变形控制技术、一桩一柱施工控制技术、复杂节点设计、加工及安装控制技术等3部分，采用的主要施工技术如下。

3.1 复杂条件下叠合柱施工与变形控制技术

本工程结构形式为框架-核心筒结构体系，塔楼核心筒为全逆作，叠合墙内设置逆作SRC后叠合柱，单根最大重量为3.2吨；塔楼外框由20根100厚板变截面异形柱+巨型斜撑组成，外框柱在逆作分隔面由圆管柱转为十字柱；核心筒内B5～L68层内含劲性钢骨柱，L67～Roof为塔楼顶部斜面造型。

逆作叠合柱截面尺寸：H500×300×30×30，单根最大重量为3.2吨，需单独设置生根位置，精准定位。

3.2 一桩一柱施工控制技术

本工程根据设计要求，一柱一桩的钢管垂直度必须控制在L/500，钢管柱基本位于地下，长度约30余米，施工仅能位于地上，无法直接观测；钢管柱与钢筋笼穿插3.5m～4.8m不等，处于地下-26m标高以下，无法直接保证顺利插入；钢柱柱底处于钢筋笼内，且周边为泥浆护壁的原状土，无法直接利用工具调整控制柱底平面定位。

①由于运输途中不确定因素较多，提前在制作厂中将钢柱变换成多段来制作完成，在运输途中将影响降到最低，待运输到施工现场中再组成一体结构。可以有效避免整体运输中的弯曲变形，进而在源头上把关控制好倒插柱的垂直度。

②待钢柱运送到现场后，进一步在施工阶段控制倒装垂直度，在水平胎架上拼装完成过程中，测量系统实时监控，待满足精度要求后，进入焊接工序。

③施焊前必须清除焊接部位及周边表面污质，需要进行焊前预热以及焊缝后热处理，严格控制焊接顺序。

3.3 复杂节点设计、加工及安装控制技术

逆作交界面厚板异形柱复杂节点、塔楼巨型斜撑节点、裙房大跨度桁架支撑等节点设计、加工及安装控制尤为关键。

进行施工前全过程的三位仿真数值模拟，利用ANSYS软件对节点部位受力验算和变形模拟，对接过程中、施工至加强层时对该部位进行应力及变形检测，专人驻厂监造，保证加工质量。

4 结论

通过南京金茂广场二期超高层建钢结构设计分析，在各方面的共同努力下，顺利完成。南京金茂广场二期项目钢结构工程结构体系复杂，逆作法施工难度较大，给施工带来极大的困难。通过考虑复杂条件下叠合柱施工与变形控制技术、一桩一柱施工控制技术和复杂节点设计、加工及安装控制技术，形成系统完善的超高层钢结构逆作法体系，顺利推动施工开展，兼具经济及社会价值，可为类似超高层建筑钢结构逆作法施工提供技术指导。