钢框架-钢筋混凝土核心筒结构同步施工技术

肖 闯，王 勇，王东宛，朱井学，胡 闯，冯泽权

（中建八局第一建设有限公司，山东 济南 250100）

随着建筑行业地飞速发展，建筑设计外观的多样化、结构设计的多元化也随之而来，建筑结构形态已不仅限于规则的、普通的钢筋混凝土结构，异形核心筒钢板剪力墙，异形外幕墙钢结构等设计形式异军突起，随之而来的是对其施工技术、施工工艺等进行除旧更新。

1 工程概况

中部国际设计中心项目由被称为“解构主义大师”的普利兹克建筑奖获得者扎哈·哈迪德及其团队设计，一期总建筑面积13.3 万m2，由裙房和3栋塔楼组成，地下2 层，地上11 层，建筑形态以“郁金香”花朵为设计意向，塔身赋以白色线条勾勒出花朵经络，呈现弧形花萼的形态。建筑造型设计轻盈曼妙、流畅自然、浑然天成、独具神韵，建筑效果图如图1 所示。结构形式为高层钢框架-钢筋混凝土核心筒结构，塔楼钢框架自1～4 层逐渐外扩，4 层往上逐渐向内收缩，外扩和收缩的变化通过钢框架外围的大截面斜钢管柱实现。钢框架为不规则的多边形，没有标准层，每层均不一样，楼板采用钢筋桁架楼承板。核心筒-2～4 层有钢板剪力墙，4 层以上为型钢暗柱，结构模型图如图2 所示。

图1 工程效果图

图2 结构整体模型

2 钢框架核心筒同步施工技术研究

2.1 传统施工方法的局限

传统的钢框架与钢筋混凝土核心筒施工时，核心筒施工领先于钢框架5～6 层，待核心筒混凝土达到设计强度后开始钢框架安装。本项目地上仅11 层，由3 栋“郁金香”花型塔楼组成，塔楼采用“花型”钢框架与钢筋混凝土剪力墙结构，按照常规核心筒首先施工再进行钢框架施工的方法不利于现场工期控制要求，同时外围钢框架采用钢筋桁架楼承板，楼承板垂直于桁架方向的钢筋需在核心筒部分楼板施工时预留甩筋，不利于钢板剪力墙的合模，同时安全隐患较大。因此传统的钢筋混凝土核心筒领先于钢框架施工的方法不适用于本项目施工。

2.2 同步施工技术的研究与应用

项目伊始就决定成立攻关小组解决钢筋混凝土先于钢框架同时施工造成施工进度慢，施工工艺复杂的难题，经过综合研究与分析决定采用花型钢框架-钢筋混凝土核心筒结构同时施工的工序，经过结构受力软件分析，咨询专家、与设计单位沟通，先后解决了“花型”外展及收缩过程中梁柱受力问题，形成了“花型钢框架-钢筋混凝土核心筒结构同时施工建造工法”的完整工艺。

花型钢框架外围钢柱均为斜柱，花型外展时斜柱通过钢梁与核心筒钢板墙连接，如何保证结构体系稳定，是施工的关键，同时花型收缩过程中核心筒为纯混凝土剪力墙，钢梁通过预埋与剪力墙连接，在施工工程中预埋件无法受力，如何保证钢梁与钢柱连接段高强螺栓不受剪，楼板浇筑过程中钢梁不下挠，以及桁架楼承板与木模板接触面拼缝严密型的研究和探索，通过对钢板剪力墙封闭环的加固，以及钢梁的临时支撑，并对楼承板与木模板的搭接确保了结构的安全性及施工质量的可控性。

2.2.1 主要技术难点

1）斜柱对接焊缝受剪，不利于结构安全，安装就位需及时通过钢梁与核心筒钢板剪力墙连接。

2）钢板剪力墙不封闭，一边受力容易造成墙体变形。

3）钢梁预埋件无法受力，易造成钢梁下挠及固定端高强螺栓剪坏。

4）桁架楼承板如何与木模板搭接位置已出现薄弱点不利于混凝土浇筑。

2.2.2 解决方案

1）斜柱安装前先完成核心筒方向的钢梁安装。

2）通过增加型钢拉结梁使钢板核心筒形成封闭箍。

3）钢梁悬臂段增加临时支撑，保证钢梁不下挠，高强螺栓不受剪。

4）楼承板与木模板搭接位置用钢管支撑加固。

2.2.3 主要技术措施

根据目前现状和理论，通过结构计算软件验算斜柱自重对对接焊缝受剪的影响，钢板剪力墙形成环形封闭箍需要增加钢梁的位置、数量及截面大小，与设计单位人员保持沟通，通过验算，此方案符合现场施工参数，设计院出具计算书。

1）使用Tekla 软件对核心筒钢板墙及外钢框架进行建模，通过模型对构件进行深化设计。

2）钢框架外侧钢柱为斜柱（向外倾斜），通过钢梁对钢柱进行拉结，转换至中间钢框柱再转换至核心筒钢板墙暗柱上。因核心筒混凝土未浇筑，抵抗侧向力差，为增大核心筒内的钢板墙、暗柱、暗梁的整体稳定性适当进行加固。

3）钢框柱内斜对内侧钢柱受力小，核心筒内无钢板墙，因核心筒混凝土未浇筑，内侧钢柱同核心筒之间的钢梁需要增设临时支撑，钢梁通过预埋件与核心筒连接。

2.2.4 施工要点

1）钢板墙之间增加连梁，形成封闭箍。原设计图纸中，两根型钢柱之间的部分连接梁为混凝土梁，为了让核心筒钢骨架形成较为稳定单元，增设型钢梁，形成“封闭箍”，如图3 所示。

图3 核心筒钢板墙之间增设型钢梁

2）外框架梁柱进行安装，钢梁直接跟核心筒内的型钢柱连接，如图4、图5 所示。

图4 外框架钢柱钢梁安装

图5 钢梁连接钢柱与核心筒钢柱

3）外框架钢柱、钢梁安装完成后，核心筒内钢筋绑扎，模板支设，同时开始楼承板铺设（图6）。楼承板与钢板剪力墙之间的搭接节点如图7所示。

图6 楼承板安装完成

图7 楼承板与核心筒连接节点

4）梁下临时支撑设置。因核心筒混凝土没有浇筑，预埋件与钢柱间的梁还无法承担自重及上部荷载，需要在核心筒与钢柱间的钢梁下方设置临时支撑，设置区域如图8 所示。钢梁与预埋件刚接完成，预埋与核心筒钢筋固定完成，核心筒区域可以进行封模。

图8 需要设置临时支撑的区域

5）钢梁与核心筒预埋件铰接，预埋件与核心筒钢筋固定，如图9 所示。

图9 钢梁与预埋件铰接

6）核心筒钢筋绑扎完成，钢梁预埋件固定，钢梁与核心筒预埋连接完成，核心筒与整体楼板混凝土整体浇筑，如图10 所示。

图10 混凝土整体浇筑

3 同步施工技术总结

3.1 创新与突破

1）核心筒与钢框架同时施工有利于缩短工期。

2）核心筒与钢框架同时施工，核心筒无须搭设外架。

3）核心筒与钢框架同时施工，避免核心筒楼板甩筋造成合模困难。

4）减少施工缝，有利于结构安全。

3.2 经济效益分析

1）工期成本：优化后的施工工艺方法每栋楼施工工期为节约工期60 天，按3 栋塔楼施工计算：60×3=180 天。

2）人工成本：按照每工日200 元计算，每栋楼需要工人60 人，共可节约2 160 000 元。

3）管理成本：项目及劳务共安排管理人员40 人，按每天250 元计算，共可节约1 800 000元。

4）核心筒甩筋合模及二次浇筑凿毛成本：每层人工10 人，每工日200 元计算，3 栋塔楼，每栋11 层，共可节约66 000 元。

合计节约成本402.6 万元。

4 结语

通过高层钢框架—钢筋混凝土核心筒结构同步施工技术的应用，节约了工程施工成本，缩短整个项目的建设工期，取得了较好的经济效益和社会效益，本技术具有一定的推广价值。