498 m超高层斜墙段施工关键技术应用研究

唐 博，鲁洪征，杜 凯，侯瀚林

(中建八局第一建设有限公司,山东 济南 250000)

1 工程概况

中国国际丝路中心大厦位于西安市西咸新区核心区域,建筑总面积38万m2,建筑高度498 m,其中地下4层,地上100层。

核心筒剪力墙从第一道伸臂桁架后,39层—44层外墙设计为斜墙,核心筒截面尺寸从39层底部33 m收缩至44层顶部27 m。内墙不变,外墙每层向内收缩0.5 m,内外墙相连腹墙逐层缩减,最终完成整个截面的收缩变化[1-2]。内收示意图见图1(虚线为38层墙体,实线为44层墙体)。斜墙内收给钢筋绑扎、模板支设、钢柱焊接及平台顶升施工造成极大困难,顶升平台如何拆改转换是斜墙段施工一大难点。

2 核心筒斜墙施工难点分析

2.1 斜墙施工难点分析

初始平面由内外两圈墙体组成,有2种典型平面,经历1次较大变化:结构转换变化为外墙斜向内缩,跨越39层—44层,6个楼层,每层收缩约0.5 m,单侧总计内缩3 m。结构尺寸从39层33 m×33 m变化到44层27 m×27 m。外墙内收给核心筒墙体钢筋绑扎、模板支设等连续施工带来巨大难度。

2.2 应对措施

39层—44层为斜墙段,总层高25.2 m,此处涉及平台爬升后期拆改,钢骨焊接、钢板剪力墙安装、模板支设及外挂架悬臂特殊处理,为关键点。

塔楼涉及四次伸臂桁架及位移阻尼器部位处理,需结合爬升规划,考虑斜墙特殊模板工艺、外挂架避让处理、内外挂架拆改。

3 核心筒斜墙施工工艺

3.1 智能化顶升平台应用

3.1.1 平台整体应用原理

塔楼核心筒施工采用智能化顶升平台,平台由桁架系统、支撑动力系统、挂架及模板系统、智能监测系统、设备集成系统组成。动力系统基于尺蠖原理附着于墙面,上下支撑交替顶升实现层层爬升。平台从上至下共计4层,分别为钢结构焊接层、钢筋绑扎层、混凝土浇筑层、混凝土修补养护层,平台示意图见图2。

3.1.2 挂架系统

挂架主要由标准挂架单元、非标准挂架单元、顶平台防护体系、底部兜底防护体系、伸臂桁架处可翻转单元、挂架外防护及上下通道等几部分组成。挂架采用2.0 m标准单元配合特殊单元拼装而成,挂架高度15.04 m,共7步,步距2.1 m,走道宽度0.8 m,距墙0.5 m,设置翻板。挂架底部采用花纹钢板做全封闭兜底防护,外立面防护冲孔钢板网,开孔率不小于40%。挂架剖面图见图3。

3.1.3 模板系统

顶升平台钢模板位于墙体挂架内侧,通过吊索、滑轮、电动葫芦、滑梁等连接构件与平台桁架相连接,滑轮在滑梁上移动,带动模板移动,合模时作业人员通过调节电动葫芦带动吊索调整模板高度,从而满足施工需求,模板示意图见图4。

3.2 斜墙外挂架设计

外挂架立杆通过滑轮同挂架梁连接,墙体截面变化时,挂架立杆可通过滑轮向内滑动适应截面变化。38层混凝土浇筑完成后,平台进行顶升,外挂架梁采用Q345B,HN200×100×5.5×8H型钢加长,与内挂架进行连接,外挂架整体向内滑移500 mm,39层外挂架内侧增加一排立杆及448 mm宽走道板后进行钢筋绑扎,钢筋绑扎完毕后调整滑梁钢模板葫芦位置,进行模板提升并合模[3-4]。

40层—44层每浇筑完一层混凝土后进行顶升,每次顶升完毕外挂架均进行向内滑移,每次滑移500 mm,滑移完毕合模前对钢模葫芦进行位置调整,保证其提升过程中无阻碍。外挂架设计示意图见图5。

3.3 斜墙内挂架设计

内挂架立杆通过螺栓与挂架梁连接,脚手板通过横梁固定在立杆上,每跨脚手板通过槽钢及螺栓连接。内挂架拆改设计先拆第一跨,再拆二、三、四跨,39层混凝土浇筑完成后40层进行钢筋绑扎,顶升前拆除靠外墙第一跨第五层平台板及立杆,立杆截面位置比第六层平台高1.2 m,拉双面角钢固定焊接在桁架下弦,翻板内移安装,然后进行顶升。

40层—44层,每层浇筑完混凝土,平台进行顶升前,拆除上一层内墙第一排立杆及脚手板,下部立杆通过钢丝绳与旁边一跨立杆进行斜拉连接,保证下部立杆纵向刚度。内挂架拆改示意图见图6。

3.4 斜墙角部挂架设计

角部挂架在拆除过程中在4个外筒角筒各增加两根同原设计相同的两根立杆,每根立杆总长15 m,用于加固,立杆材质Q235,70 mm×50 mm×3 mm。立杆同挂架翻板交接处在立杆长边两侧焊接30 cm长L63×5角钢,用于支撑翻板。立杆增加时,先在原翻板上开洞,然后安置立杆,随后在立杆上焊接角钢支撑翻板。角部挂架设计示意图见图7。

3.5 斜墙钢模板设计

39层斜墙开始,靠近和翼墙相连的腹墙通过设置5×500 mm+450 mm宽调节模板,替换第38层2 950 mm宽标准板。每爬升一次,减少一块500 mm宽调节模板,最后减掉450 mm宽调节模板,通过标准模板搭配模板使用,实现腹墙收缩时钢模板安装为整体。

斜墙段核心筒四个大角,原有钢模板角模继续使用,中间钢模板无法继续使用的部位,采用木模板和钢模板拼接,对拉螺栓+钢管固定。螺栓间距不大于460 mm,需要根据螺栓位置在钢骨柱上开螺栓孔。

腹墙和核心筒外墙(39层—44层为斜墙)相接部位,设置异形角模,方便钢模板安装连接成整体。核心筒施工时,斜墙层钢模板合模后,先浇筑核心筒内部的腹墙混凝土,腹墙和翼墙相接处留设施工缝,施工缝位置为距离翼墙150 mm左右处。腹墙混凝土强度达到一定强度后,安装固定支撑翼墙模板的斜撑。斜撑一端固定在已浇筑混凝土的腹墙钢模板上,一端和翼墙钢模板相连。异性角模示意图见图8。

3.6 斜墙钢模板加固设计

东西侧斜墙在每个井筒间均有连梁洞口,模板面积较小,东西侧斜墙模板利用顶撑顶在相邻腹墙钢模板上,每块大钢模板设置两道斜撑,每道上下共顶撑两次,南北向斜墙由于钢模板跨度较大,需要采用顶撑顶在对面腹墙钢模板上,对称由直径60 mm钢管制作而成,两头设置丝杆,可旋紧。顶撑顶在已浇筑的混凝土的腹墙钢模板上,斜墙与直墙接缝位置,模板不能下包,上口不能上包,在浇筑38层混凝土时,需要38层顶浇筑200 mm高斜墙段导墙,方便斜墙段钢模板安装。斜墙部位对墙体纵筋采用直径16 mm的钢筋进行“之”字形焊接,形成钢筋桁架网,加强模板稳定性[5-6]。墙长方向每隔五道立筋加强一次,即钢筋桁架间距为1 000 mm。斜墙模板加固及加强示意图见图9。

3.7 斜墙平台设计

斜墙段平台拆改设计施工环境为外墙斜向内缩,跨越39层—44层,6个楼层,每层收缩500 mm,单侧总计内缩3 000 mm。尺寸从34.6 m×34.6 m变化到26.8 m×26.8 m。39层之前完成对桁架外围第二圈的封闭加补,混凝土结构施工至45层以后,待挂架加补完成后对平台进行拆除。平台拆改设计截面确定形式:平台桁架在斜墙段前的基础上,由于钢骨柱的设计变更,进行38层—44层钢骨柱平面布置图平面碰撞检查,将多余桁架进行拆除,再进行Midas应力验算,最终确定平台拆改设计平面图,平台拆改设计见图10。

平台拆改工艺流程:39层之前完成平台外围的封闭→44层进行角部和空缺位置的加补→平台安全防护和密目网的搭设→挂架、模板分离及修补→平台板及桁架分离→用角钢进行拉结→外围四个角部进行拆除(对称拆除原则)→外围中间部分进行拆除。

桁架拆除部分,首先弹出拆除边缘线,线条明晰,采用专用标志,防止工人错拆。

将拆除部分通过Tekla模型计算重量、重心,并根据计算结果布置吊点,焊接吊耳。

拆除工作全程需要塔吊对拆除构件在托吊状态下进行,为防止桁架在分离瞬间出现晃动,对施工人员造成伤害,拆除前将拆除部分的桁架设揽风绳,桁架上下弦与留置部分的桁架上下弦采用L70×8的角钢进行拉接,角钢与弦杆采用段焊,拆除部分与留置段完全脱离,施工人员都离开工作区,采用气割将角钢切断,开始吊装作业。

4 结语

中国国际丝路中心大厦核心筒施工采用自主研发的智能化顶升平台进行施工,整个平台分为四层,每一层均能满足不同功能性施工需要。在核心筒39层—44层斜墙转换层施工时,通过对智能化平台桁架、挂架及模板进行拆改设计,保证在每一层顶升后能满足钢筋、钢柱及混凝土浇筑施工顺利,拆改容易,安全可靠,适用性高,该斜墙转换层施工技术为以后类似工程提供了宝贵经验。