高烈度区超高层全钢结构装配式建筑施工技术

李朝兵 仇 峰 邹晓军 陈 洋

中建科工集团有限公司 广东 深圳 518040

2018年12月24日，全国住房城乡建设工作会议上明确提出要“大力发展钢结构等装配式建筑”，在近3年的时间内，国务院、住房城乡建设部针对装配式建筑发展相关政策密集发布，全国30多个省市也出台了相关的政策措施。《装配式钢结构建筑技术标准》《装配式建筑评价标准》等标准的发布为钢结构装配式建筑的发展提供了技术保障。推广装配式钢结构建筑，有助于化解钢铁产能问题，有利于提升建筑产业现代化发展水平。装配式钢结构建筑体系，将集合成为一个新的循环型建筑工业化产业体系，有利于实现建筑产业转型升级。钢结构的装配式建筑将是今后房子发展的方向，其建筑体系符合绿色、低碳、环保、节能、减排、循环和可持续发展的要求[1-8]。

随着超高层建筑高度的增高，钢结构的使用比例有着一定的提升。传统的超高层建筑核心筒基本采用钢混凝土组合结构，结构设计特点对施工技术提出了较高的要求。本项目针对高烈度地区抗震设计要求，创新提出了核心筒全部采用钢结构的设计体系，减少了超高层建筑核心筒爬模、塔吊爬升、核心筒剪力墙浇筑混凝土等工序，提高了施工效率，缩短了施工周期。

1 工程概况

京东智慧城项目位于江苏省宿迁市宿豫区京东大道与洪泽湖大道交会处，项目所在地处于著名的郯庐地震带，结构抗震设防烈度8度（0.30g）。项目建成后将成为宿迁第一高楼，对京东产业及当地电子产业发展有着重要意义。

项目9#办公楼包含1栋塔楼、西裙房和北裙房，塔楼为钢框架-钢板组合剪力墙核心筒结构，如图1所示。地上33层，地下1层，结构高度157.85 m，外框由16根圆管柱组成，核心筒为钢板剪力墙结构，由20根箱型柱与8片钢板剪力墙组成；钢板剪力墙在地下室处为劲性结构，地上均为外露构件，1—33层均有分布，板厚从20 mm变为12 mm，为防止变形，钢板墙沿水平方向每隔1 500 mm布置竖向U形肋。

图1 京东智慧城项目9#楼结构设计模型

9#楼西裙房为钢框架结构，地下1层，地上7层，结构高度31.5 m，由20根箱型柱构成钢框架结构。9#楼北裙房为钢框架结构，地下1层，地上5层，结构高度21.6 m，由34根箱型柱及20根圆管柱构成钢框架结构。

2 结构设计特点

经设计前期对8种结构方案的对比，分析技术性与经济性差异，最终决策选择了采用钢管混凝土框架柱＋钢框架梁＋加劲钢板墙＋黏滞阻尼墙的结构体系，如图2所示。该体系为国内首次采用的新型工业化建筑结构体系，具有自重轻、构件尺寸小、抗震性能优，且便于快速施工等优点。

图2 结构设计模型及标准层结构布置

项目的装配式钢结构体系包括钢框架、核心筒，预制构件包括钢柱、钢梁、钢板剪力墙、钢支撑、钢楼梯、钢筋桁架板等。

项目的结构设计特点决定了其完全符合标准化设计、工厂化生产、装配式施工、信息化管理等特点。

为进一步提升结构抗震性能与建筑整体品质，设计中大量应用黏滞阻尼墙这一减震新技术。经计算分析，其消能减震作用明显，结构基底剪力降低约15%。同时阻尼墙提供的附加阻尼比，有效降低了楼层层间位移角、结构顶点位移与加速度响应幅值。可在地震作用后较短时间内，使结构振动响应趋向稳定，从而极大地提升了高烈度区震后建筑的使用品质，保护主体结构免遭破坏，确保结构安全。

3 施工工艺流程及关键技术

3.1 钢框架-钢板墙核心筒施工流程

总体施工顺序：先地下后地上，塔楼和裙房同步施工。本项目塔楼核心筒由外露钢板剪力墙加钢柱组成，可以实现外框和核心筒同步施工，如图3～图8所示。

图3 外框钢结构与核心筒平面布置

图4 核心筒钢柱安装

图5 核心筒钢梁和钢板剪力墙（阻尼墙）安装

图6 外框架钢柱安装

图7 外框架剩余钢柱、钢梁安装

图8 形成标准层钢结构稳定体系

标准层钢结构形成稳定体系后，开始铺装钢筋桁架楼承板、浇筑混凝土等工序，从而实现了搭积木式的快速安装（图9）。

图9 外框架-核心筒全钢结构装配式建筑施工现场

3.2 高烈度区超高层建筑黏滞阻尼墙施工技术

本项目应用黏滞阻尼墙的消能减震技术，阻尼墙主要由悬挂在上层楼面的内钢板、固定在下层楼面的2块外钢板以及内外钢板之间的高黏度黏滞液（烃类高分子材料）组成。地震时上下楼层产生相对速度，从而使得上层内钢板在下层外钢板间的黏滞液体中进行剪切运动，产生阻尼力，达到消能减震的效果。

塔楼核心筒内部采用的黏滞阻尼墙相关参数如表1所示。

表1 核心筒内部采用的黏滞阻尼墙相关参数

此种黏滞阻尼墙具有耗能减震效率高、安装简便、构件厚度较小、形状规则、节省建筑空间、耐久性好、复位性好、可循环重复利用等优点，如图10所示。

图10 速度相关型非线性黏滞流体阻尼墙

阻尼墙在施工过程中需注意防水保护，阻尼墙上半部分不能进水淋湿。阻尼墙堆放及倒运时需保持直立，特殊情况可以短时间倾斜，不可长时间倾斜平躺，以免内部性能发生变化。阻尼墙安装完毕以后，待主体结构完工以后，将阻尼墙两边的临时固定措施及吊耳板配件进行拆卸。

阻尼墙本体钢板较薄，焊接过程易产生变形，且属于隐蔽构件，通过驻场抽检及100%进场验收等严格的程序，保证焊缝及油漆质量。项目部管理人员在阻尼墙安装过程中全程旁站监督，100%检查，严控安装偏差。

3.3 钢板墙应力监测施工技术

作为侧力系统的钢板墙在零竖向压应力下具有极佳的抗震性能，但在结构的实际施工过程中，钢板墙无法避免因重力荷载作用产生的压应力。结构设计采用钢板墙滞后主体结构焊接固定的技术措施，基于施工模拟分析结果判定出相对合理的施工步骤，期望以此降低压应力对钢板墙承载力与延性性能的影响。

本项目钢板墙共计选择51个应力监测点，1层测点21个，8层测点8个，11层测点14个，22层测点8个。

监测分为施工阶段监测和运营使用阶段监测，监测内容及工艺流程如下：

1）安装1—2层、7—8层、11—12层的应变传感器。

2）待主体钢结构施工至21层，且混凝土楼盖施工至16层，每层钢板墙焊接完成，就开始采集该层应变数据，置零。

3）钢板墙安装至22层时，安装传感器，钢板墙焊接完成后，就开始采集该层应变数据，置零。

4）对于主体钢结构与混凝土楼盖，每施工2层监测采集应力数据1次。

5）对于幕墙、隔墙，每施工10层监测采集应力数据1次。

6）对于混凝土楼面装修，每施工5层监测采集应力数据1次。

7）南北侧机电房间（11—12层、22—23层）内监测点保留至建筑运营阶段1.5 a，每3个月监测采集应力数据1次，如图11所示。

图11 钢板墙结构应力监测

钢板剪力墙构件设计流程表明，钢板墙能够为外框架的侧向稳定提供支承作用。钢板剪力墙构件在重力荷载压力状态、弯曲状态、抗剪状态、压弯剪耦合状态作用下，承载力均满足规范要求。

4 结语

本项目采用国际先进的性能化设计方法进行抗震设计，且应用了先进的抗震技术及新型结构体系，是技术先进、结构体系新颖、抗震性能优异、具有示范意义的高烈度地区钢结构工程。根据设计体系特点选择合理的施工方法，在合理的劳动力和机械设备投入前提下，极大地节省了工期，创造了一定的社会与经济效益。本项目采用的超高层全钢结构装配式建筑设计与施工一体化技术适用范围广、指导性强，在相关工程中具有一定的应用价值。