超高层塔冠结构建造难点及其解决方案.pdf

沈阳恒隆广场项目关键建造技术 Construction Difficulties and their Solutions of Super Tall Buildings which we summarized in Forum 66- Shenyang CITAB-CTBUH Award 2016 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 第一部分 前言 Part 1 Foreword 第二部分 工程概述 Part 2 Project Overview 第三部分 工程建造难点及其解决方案 Part 3 Construction Difficulties and their Solutions 目录 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 第一部分 Foreword 前言 Part 1 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 1.关于我们-About us Council on Tall Buildings and Urban Habitat Council on Tall Buildings and Urban Habitat Council on Tall Buildings and Urban Habitat 广州国际金融中心广州国际金融中心 深圳京基金融中心深圳京基金融中心 南京绿地紫峰大厦南京绿地紫峰大厦 香港环球贸易广场香港环球贸易广场 上海环球金融中心上海环球金融中心 台北台北101 101大厦 大厦 广州周大福中心广州周大福中心 天津高银天津高银117 117大厦 大厦 武汉绿地中心武汉绿地中心 上海中心大厦上海中心大厦 深圳平安金融中心深圳平安金融中心 迪拜哈利法塔迪拜哈利法塔 以承建“高高、、大大、、新新、、尖尖、、特特、、重重”工程著称于世，并创造了国内钢结构施工史上““最早最早””、、 ““最高最高””、、““最大最大””、、““最快最快””的业绩。在钢结构施工中有着丰富的技术及经验积累，并将其运用 到沈阳市府恒隆广场项目中。 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 第二部分 Part 2 Project Overview 工程概述 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 官方名称 Official Name 沈阳Forum 66 Forum 66-Shenyang 其他名称 Other Names 沈阳市府恒隆广场 Shenyang Hang Lung Plaza 建筑高度 Hight 350.6m 结构类型 Structure Type 劲性钢砼结构 reinforced concrete structures 状态 Status 已建成 Completed 城市 City 沈阳 Shenyang 功能 Function 酒店/办公/居住 hotel / office / residential 结构材料 Structural Material 钢结构钢筋砼 Composite 环保标准 Energy Label LEED金奖 LEED Gold 1.项目简介 Overview Council on Tall Buildings and Urban Habitat 建设单位 恒隆地产 规划顾问 KPF事务所 建筑顾问 王董国际 结构顾问 奥雅纳 造价顾问 威宁谢 监理单位 北京帕克 合作设计单位 中建东北院 钢结构单位 中建钢构 2.项目合作伙伴 Our partner 三家国际 顾问公司 香港业主 内地监理 内地设计 内地施工 大 牌 云 集 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 沈阳市府恒隆广 场项目集世界级购物 中心、甲级办公楼、 六星级酒店及服务式 寓所于一身。 项目主塔楼地下 4层，地上68层，建 筑总高度350.6米， 是目前已建成的沈阳 第一高楼。 3.建筑设计特点 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 主体结构主体结构地下4层，地上68层，建筑总高度350.6米，采用型钢 骨混凝土框架核心筒结构体系。塔楼共设三道加强层，东西两 侧为弧线，南侧整体倾斜，顶部为皇冠结构（约50m高）。 压型钢板压型钢板采用缩口型镀锌钢板GC50-155，本工程压型钢板使用 面积约20万平米。 防火涂料防火涂料采用火力克（Monokete）厚型防火涂料，施工方法为 喷涂法，喷涂厚度一般为18-25mm。 4.结构设计特点 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 倾斜 本工程单侧倾斜角度为3.82， 倾斜总高度达350.6米，为国内外 单侧倾斜高度最高的建筑。 4.结构设计特点 350.6m 3.82 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 内外筒构造 4.结构设计特点 The image cannot be displayed. 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If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. 加强层 加强层 加强层 标准层 Council on Tall Buildings and Urban Habitat L41-L43层 L59-L61层 L59-L61层 塔楼加强层 分别位于L23-L25层、 L41-L43层、 L59-L61层 ，由腰桁架和伸臂桁架 组成。 4.结构设计特点 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 塔楼屋顶皇冠 位于塔楼顶部297.5m （L67M层）至346.8m标高处， 造型总高度约50m，钢结构用 量约1200吨，为空间网架结 构，是塔楼后续施工的难点。 屋顶皇冠造型 L67层 L67M 4.结构设计特点 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 5.施工部署 300米以上超高层建筑塔吊附着方式 一般采用外爬及内爬布置；300米以下超 高层建筑塔吊附着方式一般采用外附及 内附布置。 本项目采用1台内爬ZSL2700动臂塔 吊和1台外爬ZSL750动臂塔吊进行施工。 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 目前应用超高层建筑核心筒施工的模板系统主要有爬模系统及顶模系统。 5.施工部署 深圳平安项目爬模系统实景图 北京中国尊项目顶模系统实景图 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 5.施工部署 采用“不等高同步攀升”流水 施工作业。核心筒采用爬模施工。 核心筒钢柱安装 外框钢柱安装 楼层钢梁安装 压型钢板施工 土建钢筋绑扎 土建混凝土浇筑 核心筒混凝土浇筑 2层 6-8层 3层 2层 2层 1层 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 天津高银117项目栈桥式钢平台实景图 北京中国尊项目综合性钢平台实景图 5.施工部署 超高层建设过程中通常面临周边用地较少，钢结构堆场面积不足的问题。 为解决上述问题可采用设置栈桥式钢平台、纯堆场式钢平台、综合钢平台或加 固楼板作为钢结构堆场的方式以上问题。 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 本项目塔楼西侧设置钢结构高空堆料平台主平台长度63米，宽度19米，高 度24米。设计重量1000余吨。兼顾满足裙楼商场开业后，钢平台下部行车的安 全防护需求。 沈阳恒隆项目钢平台实景图 5.施工部署 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 第三部分 Part 3 Construction Difficulties and their Solutions 工程建造难点及其解决方案 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 倾斜的建筑造型会给人以强烈的视觉震撼，以西班牙马德里“欧洲之门”双斜塔各 自向对方倾斜15和我国的CCTV新台址主楼双向向内倾斜6为代表,这些形式复杂的 建筑是对地球引力的公然对抗。 施工过程中结构在自重和附加弯矩的共同作用下，内力的发展和位形的变化都非常 复杂，采用不同的施工方案，其竣工后结构成型状态的内力和位移也不尽相同。 1. 单侧倾斜塔楼施工位形控制难题及其解决方案 “欧洲之门” 姊妹塔倾斜 总高度114m CCTV央视新 台址倾斜总高 度为234m Council on Tall Buildings and Urban Habitat 沈阳市府恒隆广场工程建筑立面造型独特, 结构南侧整体向北倾斜，倾斜角度为倾斜角度为3.823.82， 施工过程中结构在自重和附加弯矩的共同作用 下，内力的发展和位形的变化都非常复杂，同 时结构将无可避免的向北侧产生弯曲。 目前，国内对复杂高层钢结构施工过程模 拟分析方法的研究比较少，且可借鉴的工程经 验不多。如何做好施工过程位形控制是本工程 的一大技术难题。 1. 单侧倾斜塔楼施工位形控制难题及其解决方案 Council on Tall Buildings and Urban Habitat  以清华大学郭彦林教授团队针对“CCTV新台址双向倾斜塔楼施工”的研究结论为理论 基础;  联合东北设计研究院、奥雅纳结构顾问以及当地高校，成立科研小组，对沈阳恒隆项 目倾斜塔楼施工特点的分析和计算，形成具体的施工预调方法。 奥雅纳工程顾问 1. 单侧倾斜塔楼施工位形控制难题及其解决方案 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 倾斜预调原理的简化模型如下倾斜预调原理的简化模型如下 即采用计算机模拟计算出施工过程中每一个步骤结构倾斜变形的量差，然后在实际 安装过程中按照量差进行反向倾斜，结构在自重作用下将朝着设计位形变化，理想情况 下，结构建成后将与设计位形相符。 无预调情况下 各阶段的变形 设计位形 P1 P2 P3 P4 P5 P1 P2 P3 P4 P1 P2 P3 P1 P2 P3 P4 P5 P6 倾斜塔楼悬臂“倒拆” 模型示意图 预调值 “倒拆法”确定预调 值原理示意图 无预调情况下各个施工 阶段的位形分析示意图 1. 单侧倾斜塔楼施工位形控制难题及其解决方案 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 该解决方案的难点在于预调值的确定需要进行大 量的迭代计算，并且在计算结果的基础上区综合考虑 多种施工及材料因素的影响。通过该方案的实施，项 目建成后的造型与理想一致，完美实现了设计师的设 计的意图。 除此之外，在深化时将连接板加大，采用双排螺 栓；施工时采用先外后内的焊接顺序。多角度多层次 保证单侧斜塔的施工精度。 1. 单侧倾斜塔楼施工位形控制难题及其解决方案 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 沈阳市府恒隆广场项目采用带加强层的劲性钢骨混凝土框架-核心筒结构体系。在 水平荷载起控制作用的超高层建筑中，设置伸臂桁架可以提高结构的整体工作性能，从 而提高结构的抗侧刚度，控制结构的顶部位移，降低核心筒所承担的倾覆力矩。 2. 内外筒不均衡变形所产生的问题及其解决方案 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 但是,伸臂桁架在施工阶段,由于内外筒施工不同步，结构布置不对等等原因，会导 致施工过程中内外筒的变形存在一定差异,如果盲目施工,将会造成在伸臂桁架内部过早 产生较大应力,导致结构成形后整体受力性能与原结构设计模型不符。 2. 内外筒不均衡变形所产生的问题及其解决方案 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 为了使伸臂桁架相连的内外筒在施工阶段竖向能够相对自由变形（沉降），本工程 通过专家研讨、方案比对、专家论证设计了一种由“钢垫板U型节点”组成的开放式连 接节点，即“延迟连接”节点。 2. 内外筒不均衡变形所产生的问题及其解决方案 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 该节点的特点是在伸臂桁架施工过程中，先对核心筒一侧节点进行焊接，然后焊 接伸臂桁架与U型节点，U型节点与外框柱牛腿之间暂不焊接。随着工程的进展，根据监 测得到的内外筒变形差值调节U型节点上下钢垫板的数量，从而使结构的竖向荷载得以 有效传递。待结构封顶且内外筒的变形差稳定之后，再对外框架一侧的伸臂桁架“延迟 连接”节点进行焊接固定。该项技术经鉴定达到国际领先水平。 2. 内外筒不均衡变形所产生的问题及其解决方案 ②号焊缝①号焊缝 焊接约束板 11 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 根据应力应变监测数据分析结果显示，伸臂桁架“延迟连接”技术能真实的模拟结 构力学模型，伸臂桁架基本未受到内外筒变形差的影响，有效保证了伸臂桁架施工与使 用阶段的结构性能。 2.超高层内外筒不均衡变形所产生的问题及其解决方案 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 3.超高层塔冠结构建造难点及其解决方案 沈阳市府恒隆广场主塔楼的屋顶造型设计取义于古代贵族所戴的皇冠，结构前高后低， 左右均衡，整体环形抱箍于297m至308m高的塔楼顶部，悬挑着向上向外倾斜延伸直至350m 高空。由于皇冠钢结构用量达2000吨，造型总高度达52.75m，犹如华冠高耸，气势雄浑有 力。 沈阳市府恒隆广场项 目塔冠结构 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 3.超高层塔冠结构建造难点及其解决方案 高层建筑的顶部，作为高层建筑的重要组成部分，对高层建筑具有特殊的造型和功 能意义。在当前结构技术和计算机技术的帮助之下，建筑师开始打破对高层建筑顶部的 传统界定，将建筑顶部造型和建筑楼身形体进行一体化设计，通过扭曲、斜切、错位等 一系列手法，创造出具有颠覆性和充满动势的高层建筑顶部设计。但是，奇特的造型设 计为塔冠结构的施工带来了一系列前所未有的挑战。 深圳平安金融中心 项目塔冠结构 武汉中心项 目塔冠结构 天津周大福项 目塔冠结构 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 1、超高空安装，方案科学合理性要求高 2、塔尖操作空间小，安全风险大 3、造型奇特，结构传力复杂 4、全过程伴随大型塔吊拆除 5、经常存在后装区域 6、塔冠区域各专业集中，协调设计要求高 3.超高层塔冠结构建造难点及其解决方案 建 造 难 点 深圳平安金融中心项目 武汉中心项目 天津周大福项目 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 塔冠部位作为整个办公楼的一个核心区域，集结了几乎整个办公楼的所有复杂系统。 本工程在项目建设过程中全面采用建筑BIM技术，整合各个专业资源，形成以BIM为平台的管 理方式，最终帮助工程人员解决在设计、深化设计和到施工过程中遇到的协同工作问题。 可视化建模 施工模拟 3.超高层塔冠结构建造难点及其解决方案 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 塔冠BIM建筑 信息模型 3.超高层塔冠结构建造难点及其解决方案 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 在塔冠施工过程中采取了大量的施工模拟、施工计算及施工措施，确保了施工方 案的可行性、科学性，同时避免了盲目施工所带来的结构安全和质量隐患的全过程。 ①安装准备（①安装准备（下部主体下部主体结构安装）结构安装） ②塔冠底部框架②塔冠底部框架 支撑胎架安装支撑胎架安装 ③上部复杂空间结构安装③上部复杂空间结构安装 ④后装区域补④后装区域补装装 塔吊分级拆除塔吊分级拆除 ⑤临时支撑胎架卸载⑤临时支撑胎架卸载 临时加固结临时加固结 构拆除。构拆除。 三三 维维 动动 画画 模模 拟拟 施施 工工 施工阶段模拟分析施工阶段模拟分析 临时支撑一体化设临时支撑一体化设 计及承载力验算计及承载力验算 施工变形计算分析施工变形计算分析 后装缺口变形控制后装缺口变形控制 及加固分析及加固分析 临时支撑卸载计算临时支撑卸载计算 分析分析 3.超高层塔冠结构建造难点及其解决方案 大大 型型 塔塔 吊吊 分分 级级 拆拆 除除 Council on Tall Buildings and Urban Habitat Step1 Step4 Step6 Step8 Step10 Step12 Step14 Step15 塔冠施工的模拟分析一般采用正装分析法，即一次性建立整个模型，再根据实际的 施工顺序将整个模型划分为若干个现阶段，然后再通过人为指定“生死”单元的方法对 实际施工过程中荷载随施工逐渐累加效果进行模拟。 3.超高层塔冠结构建造难点及其解决方案 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 塔冠结构一般在形成整体之前稳定性较差，在结构施工过程中，选择不同的施工方法和施工顺序会对结构 的内力和变形产生较大影响。通过施工模拟分析 1.确定合理的施工顺序及施工方法； 2.做好施工变形分析及变形控制； 3.进行临时支撑胎架、临时连梁等施工措施的设计； 4.确保施工方案的可行性、科学性，避免盲目施工所带来的结构安全和质量隐患。 沈阳恒隆塔冠结构施工模拟 3.超高层塔冠结构建造难点及其解决方案 武汉中心塔冠施模拟 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 3.超高层塔冠结构建造难点及其解决方案 钢结构安装主要采用安装于核心筒中部的 ZSL2700ZSL2700塔吊塔吊和核心筒东北角的ZSL750ZSL750塔吊塔吊进行施 工。当皇冠底部框架部分安装完成之后，ZSL2700ZSL2700 塔吊塔吊拆除；随后ZSL750ZSL750塔吊塔吊独立工作，直至完成皇 冠第十层结构安装，然后在L67层北侧安装一台 M370RM370R塔吊塔吊，用于ZSL750ZSL750塔吊塔吊的拆除，同时完成 ZSL750ZSL750塔吊塔吊影响区域后装构件的补装。 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 本工程塔冠造型整体外挑，最大悬挑水平投影约13米。因此在开始施工阶段，塔冠 结构无法自成稳定体系。为了保证塔冠结构的正常施工，本工程在皇冠底部合理设置临 时支撑，并对支撑底部L67层钢梁整体进行了加固，等皇冠安装至形成稳定的结构体系后， 再对支撑进行卸载。 3.超高层塔冠结构建造难点及其解决方案 1TA 1TB 1TD 1TG 1TF 1TE 1TD 1T41T31T2 1T5 1T1 塔冠临时支撑布置图 塔冠支撑设置照片 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 塔冠临时支撑的设计总体上按“设计”与“复核”两阶段进行  设计阶段，对结构进行施工阶段模拟验算，提取胎架支撑点的反力，进行胎架结构 及截面的设计。  复核阶段，将设计完成的胎架及结构整体导入计算模型，进行细致的安装、卸载等 全过程验算，进一步复核胎架设计。 3.超高层塔冠结构建造难点及其解决方案 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 由于本工程地处寒冷的东北地区，冬季施工长达5个月，室外最低温度可达零下 30C ，工程采用Q345C和Q345GJC钢材，涉及最大板厚90mm，结构个别部位焊缝密集、 焊接填充量近500Kg。如何解决东北地区零下30C超低温厚钢板焊接施工是本工程的一 大技术难题。 4.零下30℃超低温焊接难题及其解决方案 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 通过工程研究与实践，本工程创新提了零下30C超低温厚钢板焊接施工技术，通过 采用先进的加热保温措施，努力改善焊接环境和结构构件的实际温度，合理安排焊接及安 装顺序，优化焊接工艺，强化焊接防护等出一系列措施，有效的解决了低温厚板焊接问题。 4.零下30℃超低温焊接难题及其解决方案 90mm厚钢板-30℃候条件焊接温度曲线图 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 5.超高层建筑施工安全及其解决方案 本工程结构独特，设计理念新，个别施工阶段荷载工况复杂，结构自 身处于不稳定状态甚至是“微变”状态。因此保证工程施工过程中结构的 稳定性及安全性是一大关键。 同时由于本程体量大，工期长，贯穿整个施工过程长达6年的安全风险 管控同样是一大难题。除此之外，本工程位于沈阳市政府对面，市府广场、 辽宁大剧院、辽宁省博物馆旁边，随时都可能面临安全投诉和安全警告， 因此项目安全管理压力巨大。 Council on Tall Buildings and Urban Habitat a标准化焊接操作平台（安全标配一）项目自主研制出多功能标准化操作平台， 该平台大小可缩放，搭设方便快捷，防滑、接火效果佳，标准化、模块化设计。 5.超高层建筑施工安全及其解决方案 多功能标准化操作平台效果图 多功能标准化操作平台实景图 Council on Tall Buildings and Urban Habitat b标准化水平通道（安全标配二）自主研发快捷安拆式标准化水平通道，该通道 具有重量轻、不积雪（防滑）、接头安拆快捷、模块化（方便大量制作）。 5.超高层建筑施工安全及其解决方案 标准化水平通道实景图（一） 标准化水平通道实景图（二） Council on Tall Buildings and Urban Habitat c标准化下拉水平安全网（安全标配三）项目按照公司要求，采用下拉式水平安 全网，对采购的安全网进行高空坠物试验。 5.超高层建筑施工安全及其解决方案 标准化下拉水平安全网效果图 标准化下拉水平安全网实景图 Council on Tall Buildings and Urban Habitat d标准化外挑网（安全标配四）项目根据前期现场经验，优选Φ48mm、壁厚 4.5mm的无缝钢管进行外挑网的制作，有效解决了外挑网容易受积雪压弯变形的问 题。 5.超高层建筑施工安全及其解决方案 标准化外挑网效果图 标准化外挑网实景图 Council on Tall Buildings and Urban Habitat e安全应急救援演练活动形式多样项目持续开展各类应急救援演练活动，切实提 升了项目人员的安全意识和技能。 5.超高层建筑施工安全及其解决方案 高空 消防 应急 演练 消防 应急 救援 演练 触电 应急 救援 演练 火灾 事故 应急 演练 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 结语 沈阳市府恒隆广场项目获省级工法7项，国家级期刊发表论文15篇，科学 技术奖2项，全国质量信得过班组，全国工人先锋号，AAA安全文明标准化诚 信工地等数十项奖励表彰。 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 沈阳市府恒隆广场城市中新的焦点和中国优秀建筑建造的典范。本工 程技术难度极大，工程所涉及单侧倾斜塔楼施工过程位移控制模拟分析及施 工预调、超高层伸臂桁架延迟连接、超高层屋顶复杂皇冠钢结构施工技术、零 下30C低温厚钢板焊接等施工技术等多项高难度施工技术，在国内均属罕见。 中建钢构有限公司秉承“铁骨仁心”的信念，攻坚克难，勇于突破创新， 圆满的完成了建设任务，受到业主方的高度肯定。 结语 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 演讲人 瞿海雁 博士 中建钢构有限公司北方大区副总工、中国尊项目总工 中建钢构超高层建筑研究所所长 高级工程师 华北理工大学建筑工程学院兼职副教授、硕士生导师。 联系方式 电话18618265926 邮箱317022788 Council on Tall Buildings and Urban Habitat 汇报完毕，汇报完毕， 谢谢大家谢谢大家 2 0 1 62 0 1 6 年年 0 50 5 月月 Council on Tall Buildings and Urban Habitat