超大层高塔楼SRC外框结构上下同步施工关键技术

刘旭冉 任志平 戴 超 赵云鹏 王 丹 侯春明

中建三局集团有限公司西南分公司 四川 成都 610041

超高层建筑由于功能分区的不同，可能存在首层设置入户大堂、中间楼层设置酒店大堂或室内泳池等情况，该类结构楼层高度较高，最大单层高度可达十多米。目前，高度超过200 m的超高层建筑多采用核心筒＋外框SRC（劲性骨架混凝土）柱＋组合楼板的结构形式，为加快超高层塔楼施工进度，外框SRC柱钢骨、钢梁先于混凝土结构施工，然而超大层高SRC柱钢骨由于无侧向约束，受压计算长度较大，继续施工上部楼层钢柱、钢梁会导致超大层高处SRC柱钢骨受压失稳，从而造成外框结构的整体垮塌，存在极大的施工安全隐患[1-4]。为加快塔楼施工进度，确保超大层高混凝土结构及以上楼层外框钢结构继续插入施工，提出超大层高SRC外框结构同步施工的方法，对保证超高层建筑超大层高SRC外框结构的安全、快速施工有着重要意义。

1 设计概况

重庆来福士广场项目T4N塔楼地下3层，裙楼6层，地上68层（含机房层及停机坪），总高度368 m（含地下室），建筑北侧为弧形风帆造型，采用带腰桁架和巨柱外框架＋核心筒＋混合伸臂（连接核心筒角部和巨柱）的结构体系。42M层及43层为酒店和室内游泳池区域，结构形式为钢筋混凝土，框架柱仍为SRC柱，42—44层的层高达16 m，由于钢结构领先于混凝土结构施工，故42—44层SRC柱的钢骨中部无任何拉结。

2 超大层高SRC外框结构同步施工模拟分析

2.1 施工工况说明

1）当前施工工况：41—42层伸臂桁架（临时固定）、腰桁架安装完成，外框44层钢柱、钢梁安装完成；42层压型钢板铺设完成；核心筒混凝土浇筑至64层，外框41层楼板混凝土已浇筑，42层楼板未浇筑，SRC柱混凝土施工至41层。

2）同步施工工况：外框钢结构按施工计划继续向上施工，混凝土结构按顺序进行42M、43层施工，预计43层混凝土浇筑完成时，钢结构施工至53层。

2.2 同步施工临时加固措施

42M层及43层为泳池层，结构形式为钢筋混凝土结构，导致42—44层SRC柱钢骨高达16 m，SRC柱钢骨强弱轴方向均无任何有效拉结。综合考虑施工便捷性、爬架附着点及经济性，分别在42层往上6.5 m及13.2 m处增加2道H488 mm×300 mm×11 mm×18 mm临时钢梁对SRC柱钢骨弱轴方向进行环向加固（图1），钢梁材质为Q345，与SRC柱钢骨焊接固定，焊缝要求全焊透，焊缝等级为三级。

图1 SRC外框柱钢骨临时加固措施

2.3 同步施工工况模拟复核

为分析在增加钢梁后的结构安全性，建立ETABS模型，按实际情况建模分析结构安全性。分析的关键在于204～220 m之间一段高度约为16 m的钢骨柱（SRC柱钢骨）在承担上部施工荷载过程中的安全性。

2.3.1 分析模型及计算参数

1）分析模型取自原设计模型，截面参数、荷载等同原设计，可以反映实际构件受力情况。

2）42层以上荷载的模拟，保留原结构的钢构件，楼板上布置荷载（相当于压型钢板自重和临时的施工活荷载），以准确反映实际的荷载情况。

3）局部分析模型（图2）中，42—44层柱仅有钢骨（此时混凝土尚未浇筑），其他分析参数同原设计。

图2 局部分析模型

2.3.2 荷载取值及组合

1）施工活荷载：考虑上部楼层1 kN/m2的施工活荷载（偏安全考虑，实际施工活荷载不一定满布）。

2）风荷载：采用临时风荷载，考虑的年限较短，对规范风荷载可以折减，按10年一遇（偏大）基本风压为0.25 kN/m2，参照现行荷载规范计算风荷载，考虑风压高度变化系数、风振系数等，地面粗糙度B类。

3）地震作用：考虑10年一遇的地震作用折减。地震作用对临时钢柱的影响与风荷载类似，且地震作用较风荷载作用小。

4）温度作用：结合实际情况考虑±20 K的温差作用在临时结构上。由于临时工况下柱向上自由，侧向楼板尚未浇筑，柱受到的约束作用很小，因此温度内力较小。

5）42—44层层高较高，外框爬架无处附着，考虑临时加固钢梁作为爬架附着点位，验算过程中应考虑爬架附着处的竖向荷载及风荷载作用。

6）荷载组合：荷载组合参照设计规范，考虑荷载分项系数及温度作用下，共15种荷载组合。

2.3.3 结构分析

1）42—44层SRC柱钢骨数值模拟内力设计值包络如图3～图5所示。

图3 SRC柱钢骨轴力

图4 SRC柱钢骨弱轴弯矩

图5 SRC柱钢骨强轴弯矩

2）考虑塔楼北侧为弧形结构，结构分析时柱受施工过程和整体变形影响，构件内力（主要是轴力）在不同施工过程中会略有变化。因此，除采用数值模拟内力包络外，还按柱受荷面积近似手算柱轴力（边柱轴力设计值111.6 kN，角柱轴力设计值502 kN），综合二者包络值用于后续加固构件设计复核，更为安全可靠。

3）16 m高钢柱承载力及稳定性验算：在各种不利组合工况下，柱最大应力比0.83，多数构件应力比小于0.5，均小于1，满足规范承载力要求，表明增加2道连系梁后结构安全。

4）临时加固钢梁支撑验算：按钢结构规范计算钢梁支撑柱时的承载力，应力比为0.10，表明新增钢梁可以有效支撑钢柱，且具有较大的安全储备。

综上认为，在增加2道环向加固钢梁的情况下，SRC柱钢骨稳定性满足规范要求且有较高的安全储备，可实现超大层高层及以上楼层SRC外框结构上下同步安全施工。

3 超大层高塔楼SRC外框结构上下同步施工技术

3.1 施工流程

超大层高塔楼SRC外框结构上下同步施工流程为：下层环向加固钢梁安装→上层环向加固钢梁安装→44层以上SRC柱钢骨及钢梁分层吊装→整体提升爬架第1次爬升→42—44层SRC柱外包混凝土第1段浇筑→整体提升爬架第2次爬升→42—44层SRC柱外包混凝土第2、3段浇筑及泳池混凝土结构施工→整体提升爬架第3次爬升→42—44层SRC柱外包混凝土第4段浇筑→53层以上SRC柱钢骨及钢梁继续分层吊装→44—53层外框组合楼板混凝土逐层浇筑。

3.2 环向临时加固钢梁安装与拆除

3.2.1 环向临时加固钢梁安装固定

1）提前在SRC柱钢骨上拉设起重葫芦，并在加固钢梁两端的下翼缘安装位置焊接2块三角托板，作为加固钢梁的临时固定措施。

2）利用塔吊及起重葫芦，将加固钢梁吊装就位并临时固定。注意在吊装过程中需要将加固钢梁沿竖直方向稍微倾斜，以便将其放入相邻2根钢柱之间（图6）。

图6 环向临时加固钢梁安装

3）严格按图对加固钢梁进行全熔透焊接固定。

3.2.2 环向临时加固钢梁拆除

1）拆除时间。考虑到SRC柱钢骨外围混凝土浇筑完成并形成强度之前都需要可靠的临时加固钢梁支撑，因此待44层以下SRC柱混凝土浇筑完成并达到100%强度之后，临时加固钢梁方可拆除。

2）拆除顺序。混凝土达到强度后，SRC柱已形成可靠刚度，此时可将钢梁按照从上至下的顺序割除。

3）拆除步骤。混凝土达到强度后，采用割炬将混凝土外露钢梁部分割除，不得使用机械等器具大力敲击，以有效保护原结构。随后将剩余钢梁外露部分采用水泥砂浆抹平，确保钢结构不外露。

3.3 超大层高整体提升爬架附着技术

由于楼层较高，爬架无可靠附着，为此在爬架爬升过程中考虑将架体附着在临时加固钢梁上。该钢梁在计算过程中已经考虑爬架附着点处集中荷载，附着件采用槽钢抱箍形式与加固钢梁进行连接。

槽钢抱箍件为可拆卸式，由左右2块夹板及对拉螺杆、螺帽组成，夹板由若干段8#槽钢焊接而成，对拉螺杆采用M28螺杆，使用时先将左右夹板与上部螺杆连成整体，穿入钢梁后将下部螺杆固定牢固，再将槽钢抱箍件与爬架附着件通过高强螺栓连接。槽钢抱箍件构造及后期爬架附着如图7、图8所示。

图7 槽钢抱箍件构造

图8 超大层高爬架附着

4 结语

综合考虑施工的便捷性、爬架附着点以及经济性，分别在超大层高处SRC柱钢骨上增设2道环向H形临时加固钢梁，对SRC柱钢骨弱轴方向进行加固，有效地减小了受压计算长度，增加了钢骨的侧向约束，确保了超大层高混凝土结构及以上楼层外框钢结构安全，加快了塔楼的施工速度。