超高层施工关键技术 - 图文

此采取架空基础的形式。

基础采用工字钢梁,一端固定于核心筒剪力墙上,另一端固定于井道边楼面结构梁上。施工前对于上述节点做法进行详细的受力性能计算,保证结构构件的受力要求,如个别位置结构梁荷载无法满足要求则可采取一定的加固处理措施,以保证电梯安装要求。具体做法如下图所示:

施工电梯基础钢梁示意图 施工电梯基础工程示例 图2-3-6 施工电梯基础做法示意图

2、2#、3#、7#施工电梯基础钢梁验算

因2#、3#、7#施工电梯安装高度较高,约为275米。

表2-3-18 2#、3#、7#施工电梯主要重量参数表

序号 主要项目 重量 合计(kg) 1 额定载 2000Kg×2 4000 2 护栏 1480kg 1480 3 吊笼 1800kg×2 3600 4 标准节 150kg×183节 27450 由以上数据算得施工电梯对钢梁基础的动载为: P=(4000+1480+3600+27450)×2.1×9.8N=721.3kN

按简支计算,采用488x300x11x18工字型钢梁作为基础钢梁,采用MIDAS软件验算模型如下:

图2-3-7 施工电梯基础钢梁强度验算结果示意

通过验算,最大挠度2.2mm,最大应力81.2Mpa,钢梁基础满足受力要求。

2.3.6 施工电梯与爬模架体的连接

为了解决核心筒爬模施工期间人员和材料的垂直运输问题,我们的施工电梯设计为直接到达爬模顶部电梯。

为此,我们对爬模架体的施工电梯附着系统做了专门的设计: 1、爬模上平台预留电梯洞口; 2、设置附加导轨架供施工电梯附着:

运行导轨架标准节与附加导轨架连接固定,附加导轨架与已浇筑的墙体、爬模架体附着,形成稳定受力体系。

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3、附加导轨架与爬模架体连接固定,爬升时,爬模架体承受附加导轨架的重力,拆除临时附着点后附加导轨架的稳定性:

通过爬锥及锚板装置,将水平力传递至墙体 通过固定框装置,由爬模架体承受附加导轨架重力 图2-3-8 附加导轨架固定做法示意图

4、为解决1#施工电梯运行导轨架悬臂高度过大的问题,我们设计了与附加导轨架连接的4

个临时附着点,同时附加导轨架通过3个临时附墙点与墙体及爬模连接,经国内专业厂家验算,满足受力要求!

图名 平面 立面 爬模平面关系施工电梯示意图 平面定位图 AA平面示意图 A-A剖面图 图2-3-9 施工电梯直达爬模上平台示意图 为达到施工电梯与爬模爬升协调统一,施工电梯加节、附着的主要工作流程如下:

表2-3-19 爬模爬升与施工电梯加节流程表

步骤 爬模对应状态 操作做法 1、提前用塔吊将施工电梯导轨架标准节加高 2、将电梯吊笼降至吊平台以下,并在吊平台位置安装临时限位 1 爬升前 3、拆除运行导轨架标准节与附加导轨之间的临时附墙架 4、拆除附加导轨架与核心筒墙体之间的固定装置 2 爬升中 附加导轨架与爬模架体共同爬升,附加导轨架重力由爬模架体承受 1、立即恢复所有导轨架标准节与附加导轨之间的临时附墙架 3 爬升完毕 2、立即焊接吊平台下部最近一道永久附墙架(爬模每爬升两次对应增加一道永久附墙架) 1、焊接附墙架完毕 4 爬升完后 2、拆除临时限位,将限位移至标准节顶端预定位置 3、检查所有连接,合格后恢复施工电梯的使用 2.3.7 施工电梯的安装、拆除、维护和转换

具体施工电梯的安装拆除、维护和转换等内容请详见第6章超高层垂直运输策划相关内容。

第4节 塔楼结构施工模拟计算及非荷载作用分析

2.4.1分析计算的目的及概况

高层建筑结构中,重力荷载占很大比例,重力荷载下的施工模拟计算是正确反映高层建筑结构重力荷载效应的基本前提。例如,某i层主体结构施工阶段的重力荷载只波及影响到i层及以下各层主体结构,并不影响到i层以上尚未形成的各层主体结构;另一方面,在主体结构施工到i层时,i层以上的主体结构尚未形成,不应该也不可能参与i层及其以下各层主体结构施工阶段

重力荷载下的协同工作。因此,需通过精确的阶段模拟反映出竖向荷载随施工过程分层施加于已建成结构上,才能得到重力荷载下实际的结构响应。

混凝土徐变、收缩是混凝土材料的长期固有特性。由混凝土徐变、收缩效应而产生的长期变形量通常可达到弹性变形的1~3倍左右。混凝土结构及其构件的徐变、收缩效应始终建筑结构

的整个施工、使用期,随着时间的延续,对结构构件长期的挠度变形、内力重分布、刚度等性质都有着不可忽视的影响。结构竖向构件在重力荷载作用下一般都处于长期受压状态,而高层建筑

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竖向构件又由于其竖向构件高度大,其徐变变形累计大;另外高层建筑结构重力荷载随施工逐层增加,大部分竖向构件承受的相当一部分压应力来到时,竖向构件混凝土龄期还不到28天养护期,此时徐变变形较大;尤其是高层建筑结构抗侧刚度构成和抗侧力、延性需要,要求部分主要抵抗水平力的竖向构件重力荷载下压应力水平低于其他竖向构件重力荷载下压应力水平,从而使竖向构件间累计徐变变形差异更大。所以,高层超高层钢筋混凝土建筑结构更应重视混凝土徐变影响,不应忽视,而钢筋混凝土筒体—钢框架高层超高层混合结构,钢框架结构自身无徐变,混凝土筒体徐变影响更显尖锐和重要。

华润大厦结构采用密柱钢框架-钢筋混凝土核心筒结构,地上66层,地下4层(含1层夹层),建筑高度400米,其中混凝土核心筒高331.5m、钢结构锥顶高68.5m。这样的超高层建筑,高度高,施工周期长,无论由重力荷载作用下产生的弹性压缩变形,还是由长期荷载作用下混凝土收缩和徐变产生的非弹性变形,其数值都较一般建筑大。因此需结合工程实际工期计划,从主体结构开始施工到建筑使用阶段,对竖向构件进行长期变形分析。根据分析结果,在施工阶段引入适当的变形容差以补偿预计的竖向构件变形,确保幕墙、隔墙、机电管道等非结构构件安全及电梯等设备的正常使用。另外,由于框架柱和核心筒重力作用下的压应力水平不同,使得框架柱和核心筒的竖向变形不同,该差异变形一方面影响楼屋面的水平度。同时,长期重力荷载作用下,混凝土收缩徐变会引起结构内力重分布和构件内应力重分布,设计需予以考虑。

基于上述考虑进行以下内容分析计算:

进行施工到使用阶段全过程结构在重力作用下的长期变形分析,给施工及使用期间竖向变形监测提供依据。根据分析结果,引入适当的变形容差以补偿预计的楼层标高预留高度,确保非结构构件安全及电梯等设备的正常使用,有利于控制和保证装饰工程质量。

本章节施工模拟计算及混凝土非荷载作用分析仅考虑地上塔楼部分,以第5章施工进度计划为依据,计划大致如下:

Ⅰ、基本施工进度:普通楼层6天一层,因无加强层等,设备及避难层仍按6天一层; Ⅱ、核心筒先于框架柱施工,施工进度按照第一条; Ⅲ、框架柱施工滞后核心筒12层;

Ⅳ、核心筒楼板及外框楼板滞后外框柱4层;

Ⅴ、幕墙施工和室内装修产生的附加恒载,滞后核心筒25层,每层按5天考虑; Ⅵ、第六条完成后,半年左右完成装修及设备安装,投入使用。 按以上施工进度进行分析计算,计算模型中典型施工阶段见下图:

外框开始施工 幕墙开始施工 核心筒大幅内收 核心筒施工完成 结构封顶

图2-4-1 典型施工阶段

2.4.2 竖向变形及补偿分析计算

1、影响因素

超高层结构竖向变形受到的影响因素繁多,根据我司多年来进行的超高层结构项目施工的经验积累和技术研究,总结出本工程超高层结构竖向变形主要有5大影响类别,约14个影响因素,如图2-4-2所示:

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主要影响类别主要影响因素本工程影响因素概况影响因素相关方及注意事项主要结构构件的竖向构件为型钢混凝土组强度、弹性模量合结构施工单位合理估算主要材料的基本性质材料性质混凝土材料的变竖向构件主要为C60、形特性C70高强混凝土施工单位对混凝土进行充分的试验检验型钢、钢筋、混凝土材料的组合组合结构节点处理施工单位合理深化组合结构节点性质控制施工质量华建筑、结构布置建筑设计平面布置及使用要求润使用荷载分布建筑装饰装修做法及机电设备设计单位合理进行建筑结构平面布置及机布置电布置大荷载分布施工期间施工荷合理选用施工主要机械器具、避厦载分布主要施工机械器具布置施工单位免对结构变形不利的施工荷载主塔结构竖向构件平外框组合巨柱-内钢板剪力墙楼面布置形式组合核心筒结构布置形式设计单位合理布置主塔楼结构形式竖向结构布置主塔楼主要的抗组合楼板及伸臂桁架结构力结构形式变体系设计单位合理布置主塔楼结构形式形伸臂桁架、V型合理确定约束构件锁定时间支撑、环梁布置量预装伸臂桁架再锁定措施设计单位及锁定措施施工单位配合设计确定约束构件锁定时间,并提出合理建议主楼组合结构施钢结构先行、钢筋混凝土跟随合理进行施工组织,在工期、成工步骤施工、组合楼板后施工施工单位本、现有条件的前提下合理安排施工步骤合理安排施工工期,在满足工程进度要工程施工工期平均9天施工一层施工单位求的前提下尽量优化工期减少主塔楼结构的竖向变形量施工组织主要施工措施及钢结构2层一节吊装焊接合理安排钢结构、混凝土结构施工配合方法混凝土结构爬模施工体系施工单位选择更有利于控制变形的施工措施竖向变形补偿措钢结构、混凝土组合补偿设计单位合理确定各个构件竖向补偿值施措施通过理论计算、现场测量等综合措施,施工单位配合设计确定竖向构件补偿值,并进行竖向构件的补偿措施环境温度及主楼深圳区域年平均气温22.3℃混凝土养护情况构件施工完成后及时采取养护措施环境情况环境湿度及主楼深圳区域干湿季节分明充分考察深圳实际情况,分季节混凝土养护情况构件施工完成后及时采取养护施工单位合理采取混凝土养护措施及其他措施相关措施降雨、强风、日照等其他环境情深圳区域降雨充沛、风力、日况照资源丰富且随四季变化分明

图2-4-2 超高层结构竖向变形影响因素

其中,材料性质、施工组织以及环境情况等较大影响类别中,有近9个主要影响因素是在结构建设施工阶段主要由施工单位进行管理和控制的。这些影响因素控制的好坏,对于超高层结构竖向变形的影响很大,因此,在进行超高层结构竖向变形计算过程中,应充分估计、计划并考察

上述影响因素的综合考虑实际情况,才能更加完善的对超高层项目竖向变形进行计算。

我公司参考本项目团队已经施工完成其他类似工程经验,综合多种计算方法对本工程的整体变形量进行预估,同时在钢结构施工过程中,应不断进行施工监测,及时反馈加工厂和现场安装对钢构件加工长度及安装及安装标高及时修正,确保结构安全,达到设计要求。

2、竖向变形及补偿计算

超高层建筑楼层施工完成后,在上部重力荷载作用下产生竖向压缩变形,上部荷载的施加来自两个阶段,一是施工阶段上部楼层的荷载,二是主体结构完工后施加的荷载,包括幕墙、装修等附加恒荷载及使用活荷载。与此同时,伴随混凝土的收缩徐变,产生相应的收缩和徐变变形。

无论是施工阶段还是正常使用阶段,每个分析阶段均进行两次计算,先进行弹性分析,考虑

每个阶段结构刚度、荷载作用,再进行收缩徐变效应非线性分析。荷载工况取1.0恒载+0.5活载,考虑混凝土收缩徐变,施工阶段设置按2.4.1施工步骤考虑,分析时间为施工开始至投入使用20

年。

a、收缩徐变模式

国内外经过几十年的深入理论分析和试验研究,提出了几十种不同的徐变收缩效应预测模

式,但只有几种模式方便应用并获得了普遍认同,被各国混凝土规范所采用,如ACI(92/82)、CEB-FIP 90等。

此次分析采用软件SAP2000 V15.2.1,收缩徐变模式采用CEB-FIP 90,简述如下: 1、混凝土收缩计算模式:

式中:

-混凝土名义收缩系数,表达式为?cso??S(fcm)?RH

考虑混凝土强度的影响:?S(fcm)?[160?10?sc(9?f6cm/fcmo)]?10? 其中,fcm -28天龄期混凝土平均抗压强度,MPa;

fcmo-3天龄期混凝土抗压强度,MPa;

?sc-水泥类型系数,慢硬水泥=4,普通水泥或快硬水泥=5,快硬高强水泥=8;

ts-考虑收缩开始时混凝土龄期(天);

?RH??1.55??sRH;

?sRH-考虑相对湿度的收缩效应系数,?sRH?1?(RH/100)3

RH-环境相对湿度,40%?RH?99%(空气中),RH?99%(在水中)

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