上海中心大厦地下超大型劲性混凝土结构施工关键技术.pdf

上海中心大厦地下超大型劲性 混凝土结构施工关键技术 徐 磊 上海建工一建集团有限公司 上海 2 0 0 1 2 0 摘要以上海中心大厦地下结构工程为背景，采用理论分析和试验研究相结合的方式，对超大型劲性混凝土结构施工 的钢筋工程 、模板 工程 、混凝土工程进行 了研 究。研 制出基于强约束条件 下高抗 裂性能的混凝土 ，并形成 了超大型墙 柱一体劲性混凝 土结构 的成套施工技术 ，满足了工程施工要求 ，取得了较好 的效果 ，为类似工程的实施提供 了借鉴 。 关键词 上海中心大厦 劲性结构 钢板剪力墙 高性能混凝 土 中图分类号T U 9 7 4 文献标识码B 文章编号1 0 0 4 1 0 0 1 2 0 1 4 0 5 0 5 2 2 0 3 Ke y Co n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y f o r Ul t r a L a r g e Un d e r gr o u n d Re i n f o r c e d Co n c r e t e St r u c t u r e o f Sh a n g h a i T o we r Xu L ei S h a n g h a i C o n s t r u c t io n N o ． 1 Gr o u p C o ． ， L t d ． S h a n g h a i 2 0 0 1 2 0 Ab s t r a c t Ba s e d o n Sh a n g h a i T o we r u n d e r g r o u n d s t r u c t u r a l e n g i n e er i n g ， t h e p a p e r i n t r o d u c e s a r e s e a r c h o n t h e l a r g e r e i n f o r c e d c on c r e t e s t r u c t u r e c on s t r u c t i o n ， t h e f o r mwo r k c o n s t r u c t ion a n d t h e c o n c r e t e wo r k s b y a c o mb i n e d wa y o f t h e o r e t ic a l a n a ly s is a n d e x p e r ime n t a l s t u d y ． A k i n d o f c o n c r e t e wit h h i g h c r a c k r e s i s t a n c e u n d e r s t r o n g c o n s t r a i n t s h a s b e e n d e v e l o p e d ， wh ic h h a s b r o u g h t a b o u t a c o mp le t e s e t o f c o n s t r u c t i o n t e c h n o lo g y f o r t h e u l t r a - lar g e r e i n f o r c e d c o n c r e t e wa l l s an d s t u d s ． As a r e s u l t ， it me e t s t h e co n s t r u c t i o n r e qu i r e me n t s ， a c h i e v e s t h e g o o d r e s u lt s a n d p r o v id e s r e f e r e n c e f o r s i mi l a r p r o j e c t s ． K e y wo r d s S h a n gh a i T o we r r e i n f o r c e d s t r u c t u r e s t e e l p l a t e s h e a r wa ll h ig h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e 1 工程概述 上海 中心大厦工程位于上海市 陆家嘴金融贸 易区， 占地面积约3 ． 4万m ，总建筑面积约5 8万m 。主楼地上 1 2 5层 ，总高度6 3 2 m，地下5层。主楼区域地下室主体结 构 由核 心筒、巨型柱 、角柱、翼墙组成 ，其 中竖向结构均 为超大型劲性混凝土结构 图1 。巨型柱位于核 心筒 四 周 ，截面尺寸为3 7 0 c m5 3 0 c m；角柱位于结构的角部， 截面尺寸为2 4 0 c m5 5 0 c m。核心筒 由内墙及外墙组成 ， 其 中外墙厚度为1 2 0 c m，内墙厚度 为9 0 c m。翼墙厚度为 2 0 0 c m，两端分别与巨型柱 、核心筒翼墙相连。巨型柱和 角柱 内设有钢结构组合柱 ，核 心筒墙体和翼墙 内设有钢柱 和剪力钢板。核心筒剪力墙 内设置最厚达7 5 mm的单层钢 板 ，翼墙内设置最厚达1 O 5 mm的双层钢板。 2 超大型劲性混凝土结构钢筋施工技术 劲性混凝土结构施工中普遍存在的难点是钢筋与钢结 一 作者简介徐磊 1 9 7 2 一，男，博士，高级工程师。 通讯地址上海市福山路3 3 号 2 0 0 1 2 0 。 收稿日期2 01 4 一 O 4 2 7 522l 建 筑 施 工第 3 6 卷第 5 飘 图1地 下室巨型结构三维模型透视示意 构之间往往存在位置关 系的矛盾 ，造成钢筋绑 扎困难 。 。 。 柱 、墙内存在大量钢结构 ，使得钢筋绑扎过程主要面临三 大问题 第一 ，钢结构纵横分布 、连续布置 ，钢结构与钢 筋的空间位置关系复杂，钢筋难 以穿越钢结构 ；第二 ，节 点处钢结构密集，纵筋及箍筋的配筋量大 ，使得钢筋的绑 扎、锚固处理困难 第三 ，双层钢板剪力墙厚2 0 0 c m，钢 板间的距离为1 O O c m，钢板上密布栓钉 ，扣除剪力墙两侧 栓钉后的净距为6 8 c m，操作空间狭小，2层钢板之间配置 双层双向通长钢筋及拉结筋 图2 ，钢筋绑扎极 为困难 ， 必须制定合理的施工工序。 Tl Ⅲ I] i 。 I] ’ 一 I - I a rr ⋯I ⋯ l i一 丁～ w r r P ⋯’r ’ ． ．．． ．J． ．．。 ． } l l J l i d 1 l L l d l l i 上 ． ． ． 1J ． ． ． ． ． ． fJ ． ． ． l J ． ．．． ． J ． ．．． ．L 1 ． -． ．． 图2双层钢板剪力墙配筋示意 2 ． 1基于三维模型的钢结构与钢筋一体化深化模拟 为提早发现钢筋绑 扎施工中与钢结构 的位置矛盾，采 取数字化三维建模技术 ，利用专业建模软件建立钢结构深 化设计模型 ，将钢筋、钢结构开洞进行综合设计。针对钢 筋穿过钢结构困难、难 以锚 固的问题进行 了针对性研究 ， 通过整体模型的引入，提出了焊接套筒连接、直锚钢筋开 洞穿过、钢筋弯锚3种解决方案 ，在具体实施过程中都得 到了应用，取得 了较好的效果。 2 ． 2 钢筋施工技术 主楼区采用顺作法施工 ，主楼地下室结构施工期间， 主、裙楼之间的地下连续墙及围檩 尚未拆除 ，因此在围檩 一 圈的地下结构 留设了竖向施工缝 ，预 留水平梁板结构钢 筋 ，以便将来同周边裙楼地下室结构钢筋连接。 钢筋绑扎遵循以下施工顺序 墙柱模板控 制线弹线 一墙柱插筋校直 模板 限位钢筋头焊接 一墙柱竖向钢筋 安装 包括直螺纹连接 一墙柱横 向钢筋安装一混凝土保 护层垫块安装一钢筋验收一模板封 闭、加固、验收、校正 一梁、平 台板钢筋安装一插筋固定一 混凝土浇筑。钢筋运 输采用布置在主楼底板上的2台M1 2 8 0 D 塔 吊、1台机动进 场的5 0 0 k N 汽车吊进行 ，钢筋 吊运至地下室后 由人工分散 搬运至安装点。 通过模拟试验 ，确定了钢筋绑扎工序 先绑扎型钢暗 柱部位的墙体暗柱钢筋 ，随后绑扎2道钢板之间的墙体钢 筋 ，最后绑扎钢板外侧墙体钢筋。绑扎时先把墙体水平纵 向钢筋按设计要求的间距搁置在钢板 的栓钉内侧 ，并进行 临时绑扎固定 ，随后安装墙体竖向钢筋 ，竖向筋全部绑扎 完成后 ，取下预先搁置在钢板栓钉上的水平纵 向钢筋 自上 而下逐皮绑扎 ，同时跟进绑扎墙体双层钢板之间的拉结钢 筋 3模板工程施工技术 主楼地下室核心筒剪力墙、巨型柱 、角柱及翼墙采用 散拼散拆的模板 的方案，面板采用七夹板 ；竖向内楞采用 6 O mm1 5 O mm木方，间距2 0 O mm；水平围檩采用双榀 8 槽钢，离地3 0 0 mm，竖向间距1 0 0 0 mm对拉螺栓采用 1 5 mm高强螺栓 ，水平间距1 0 0 0 mm，对拉螺栓外侧与 双榀槽钢螺帽连接 ，内侧与焊接在墙内钢板上的接驳器连 接。巨型柱及翼墙的一体化模板的平面、剖面布置见图3 。 墙柱 四角腋角部位模板围檩采用转角件拉结件进行加强 防止模板产生较大的变形。 呷l 。。I I l l I。I 嚼 l 8 4 I I 1 l I 甜 一 图3 巨型柱及翼墙的一体化模 板布置 由于翼墙内存在2道抗剪钢板 ，如采用常规墙体模板 工程的布置形式 ，则对拉螺杆 无法穿过抗剪钢板 ，为保证 对拉螺栓受力连续 的问题 ，在双层抗剪钢板之间现场增设 传力拉杆方案 ，可保证对拉螺栓受力的连续性 ，对控制抗 剪钢板 、模板体系的变形也较为有利 。具体做法是在对拉 螺杆相应位置的双层抗剪钢板之间设置1 4 mm5 0 mm的 传力钢板条，钢板 的间距与对拉螺杆相 同，沿墙竖向和水 平方向均为1 m，传力钢板条的两端与抗剪钢板之间采用高 8 mm焊缝四面围焊连接。 为此，采用S A P 2 0 0 0 通用有限元软件 建立了三维有限 元模型对上述问题进行受力性 能分析 ，计 算结果验证 了配 模方案合理、可靠 ，混凝土浇捣期间受力、抗变形能力均 满 足要 求 4 基于抗裂控制的强约束高强混凝土配置技 术 4 ． 1 高强高性能混凝土配置技术 对工程用高强混凝土进行了配置技术及试验研究。为 降低混凝土的收缩 ，通过掺加聚羧酸 系减水剂控制混凝土 的用水量 。为降低混凝土的温度收缩 ，胶凝材料配置采用 5 2 5 级高强水泥、 9 5 级矿粉、I I 级粉煤灰的双掺 ，控制水 泥用量 ，减小混凝土内部的绝热温升 ，粉煤灰的掺入还 可 提高混凝土的可泵性。在混凝土配置研制过程中 ，考虑到 为解决高含钢量 的劲性混凝土浇捣困难的问题 ，将混凝土 划分为免振的 自密实混凝土、低流态混凝土及普通混凝土 3种，分别予以研制 ，形成适用于结构不 同施工部位 的混 凝土。其中C 7 0 高强 自密实混凝土 的早期 收缩量与无减缩 剂混凝土相 比减少幅度在5 0 ％ 9 0 ％之间 ，大幅抑制了混凝 土的干燥收缩 ，能明显抑制高强混凝土的早期收缩 ，有效 增强了混凝土的早期抗裂性能。 4 ． 2 混凝土分阶段浇捣技术 以主楼区B 5 层为例进行介绍施工工艺 ，主楼区B 5 层地 下结构施工布置1 2台汽车泵 臂长5 6 m汽车泵 4台、臂长 4 8 m汽车泵8台 和4台固定泵进行混凝土浇筑 ，每台固定 泵分别对应 1 台布料机 ，布料机的臂长分别为1 3 m 2台， 2 0 1 4．5 Bl m d i l l g c。 n s t r u c t i 。 n f 5 2 3 分别位于核心筒 内南北两侧 、1 0 m 2台，分别位于核 心筒内东西两侧 ，其 中臂长5 6 m汽车泵布置在4个取土 栈桥平 台上 ，其余8台汽车泵和4台固定泵间隔布置于圆形 基坑边同时进行浇筑。 4 ． 2 ． 1 第一阶段 浇捣 先采用4台臂长5 6 m汽车泵 编号分别为4 、8 、1 2 和 1 6 直接布料 、4台固定泵通过布 料机 间接布料 的方 式，浇捣核 心筒钢板剪力墙 的C 6 0 高强 自密实混凝土至连 梁梁底标高 ；同B ,3 8台臂长4 8 m汽车泵通过直接布料的方 式浇筑 巨型柱、角柱、翼墙 的C 7 0 高强 自密实混凝土至梁 底标高。随后按照相同的施工部署 ，将C 6 0 高强 自密实混 凝 土更换为C 6 0 高强低流态混凝土继续浇筑至核 心筒板面 标高 ，将高强自密实c 7 O 混凝土更换 为高强低流态C 7 O 混凝 土继续浇捣至 巨型柱、角柱、翼墙的梁顶标高。第一 阶段 施工平面布置见图4 。 4 ． 2 ． 2 第二 阶段 浇捣 由1 2台汽车泵、4台固定泵直接布料，采用 由中心向 四周收头 的方式浇捣核心筒 以外梁板 及框架柱的C 5 0 混凝 土。C 5 0 高强混凝土 的总量为3 5 3 0 m ，按照每台汽车泵 6 O m ／ h 、每台固定泵3 5 m ／ h 的最大泵送速度计算，C 5 0 的 实际泵送速度约为6 0 0 m ／ h ，本阶段混凝土浇捣需用时约 9 h 。第二阶段混凝土浇捣平面布置见图5 。 图4第一阶段施 工平面布置 图5第二 阶段施工平面布置 4 ． 3 劲性混凝土结构混凝土浇筑针对性措施 根据主楼 区地下室钢结构的施工部署 ，抗剪钢板采用 一 层一吊的方式。巨型柱分为2段吊装 ，第1 段为B 2 层至B 5 层的3层高度 ，第2 段 为B O 层至B 2 层 的2层高度 ，因此巨型 柱中心空腔 内混凝 土浇筑 需采取合理的施工工序 ，为此采 取 了以下施工 方式进行混凝土浇筑 当B 4 层楼面结构混凝 土浇筑完成后 ，在B 4 层项板上搭设施工操作脚手架，采用 汽车泵直接布料的方式浇筑B 3 层至B 5 层高度范围内巨型柱 中心空腔 内的混凝 土。同理 ，当B 1 层楼面结构混凝土浇筑 完成后，在B 1 层顶板上搭设施工操作脚手架 ，采用汽车泵 直接布料的方式浇筑B O 层至B 2 层高度范围内巨型柱中心空 腔 内的混凝土 ，并将混凝土分别浇至8 2 层、B O 层顶板楼板 标高下1 m处，实施结果 良好，确保 了混凝土的浇捣质量。 超 大型钢筋弥补 劲性混凝土结构 的混凝 土浇捣是工 程的一个难题 ，采取 了在钢结构钢板上开设流淌孔和浇捣 52 4l 建 筑 施 工第 3 6 卷第 5 期 孔的技术措施。在抗剪钢板、内埋钢骨封 闭腔体的钢板上 预留D 1 5 O mm1 5 0 0 mm的流淌孔，在楼层标高下 方开设 D 2 5 0 mm的浇捣孔。流淌孔和浇捣孔呈梅花形布置 ，保证 钢板同一竖向截面内的流淌孔数量最少 ，钢板截面削弱率 控制在 1 5 ％以内，开孔位置钢板进行补强处理 ，补强方式 为在钢板两侧焊接厚1 5 mm、宽1 O O mm的钢板加劲环。 C 7 0 、c 6 O 混凝土浇筑过程中，必须使C 7 0 、C 6 0 混凝土 溢出至周边的梁、板宽5 0 0 mm范围，以此来保证柱 、墙在 梁板 的高度范围内混凝土强度满足设计要求 ，为此竖向结 构四周外侧的5 0 0 mm范围内设置钢丝网片隔离，以防止高 强度混凝土流入梁板 内。 5 结语 对上海 中心大厦主楼区地下室超大型劲性结构 的施工 难题进行 了研究 ，提 出了相关系列施工技术方案 如建立 综合钢结构、钢筋、浇捣孔等于一体的三维模型进行空间 关系模拟 ，提出了钢筋穿越钢结构节点的3种处理 方式 ， 分别为焊接套筒连接 方式、直锚钢筋开洞穿过方式 、钢筋 弯锚方式 ；建立足尺模型进行钢筋施工工艺模拟 ，提 出双 层钢板剪 力墙 内钢筋的绑扎施工工艺设计 出超大型墙柱 一 体超大型劲性混凝 土结构的模板配置技术 ，并进行模板 体 系的有限元计算 分析 ，计 算结果表明模板体 系的承 载 力、变形均满足要求；研制出低收缩高强高性能混凝土 ， 满足 了强约束混凝土的抗裂控制要求，提出大体量 的多标 号混凝土一次施工的技术方案。研究成果在上海中心大厦 施工中取得较好的效果 ，可为类似工程的实施提供借鉴。 9 0 0 0 [ 1 】 李洪毅， 赵光明， 高文光． 国家大剧院H 型钢劲性柱施工[ J ] ． 施工技术， 2 0 0 3 5 1 3 ， 【 2 】徐峰．超 高层建筑姊妹楼连接体劲性结构施工技术【 J ] ． 建筑施工， 2 0 0 9 5 3 5 6 3 5 7 ． 【 3 】郭彦林，董全利翎板剪力墙的发展与研究现状[ J ] 翎 结构， 2 0 0 5 1 1 6 ． 【 4 ] 范重， 刘学林， 黄彦军． 超高层建筑剪力墙设计与研 究的最新进展f J ] ． 建筑结构，2 0 1 1 4 3 3 4 3 ． [ 5 ]沈金干钢，童根树钥 板剪力墙设计与施工的工程实例【 J ] ． 建筑结构， 2 0 1 3 1 5 1 9 2 2 ． [ 6 ]任常保， 周文瑛， 葛冬云， 等天津津塔钢板剪力墙与钢管混凝土柱 复杂节点深化设计研 究[ J ] ． d_ r - 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