论文部分内容阅读
【摘要】以某工程为例介绍了一种塔楼先行施工的半逆作施工法以及该工程的关键结构设计要点。表明，采用塔楼先行的半逆作法施工，在合理缩短施工工期上具有较大优势，并可改进常规逆作法地下空间较小施工困难等缺点，可以为类似工程提供参考。
【关键词】塔楼先行；半逆作施工法；钢板剪力墙；U形钢包混凝土梁；地下室结构设计
【中图分类号】TU318，TU398
【文献标识号】A
近十年来，随着地下空间的发展，深基坑开挖工程逐渐增多，能解决深基坑的基坑变形地面沉降和减少工期的地下室逆作法技术得到广泛的应用和良好的发展，地下室逆作法设计技术和施工技术日益受到关注。传统逆作法存在部分缺点：支撑位置受地下室层高限制，无法调整高度；挖土作业空间狭小，不利于施工机械化，土方施工困难；结构接头处理复杂繁琐；对围护结构施工精度要求高。
本文以珠海某实例工程为例，探讨一种先开挖基坑，先行施工塔楼主体结构，再同时施工地下室混凝土结构和裙楼混凝土结构的新型半逆作施工法。
1、工程概况
某工程由两栋办公塔楼和一座商业裙房组成，见图1。其中商业裙房4层，建筑高度24米；东塔26层建筑高度119.8米，西塔15层建筑高度70.9米，中间由连廊和裙楼相连；地下商业及车库共5层，底板底标高-23.4米。本工程于2014年12月通过超限高层建筑抗震设防专项审查并通过施工图审查。2015年11月工程桩和支护桩施工完毕，地下室土方开挖到一半深度，应建设方要求，需配合工程交付节点进度计划修改设计并采用塔楼先行施工的半逆作法。
2、结构体系
本工程东塔、西塔均采用了钢管混凝土柱+钢梁——钢板混凝土核心筒结构体系，其中7层和10层设连接通道。结构的主要抗侧力体系为核心筒为主，外框架协同作用为辅，提供给结构足够的抗侧及抗扭刚度。核心筒墙厚为600～400mm，钢板壁厚8mm，暗柱采用方钢管混凝土柱，柱长宽与墙厚一样，壁厚底部为12mm，中上部为10mm，钢管柱直径为?1300～?900，外框梁分别为500X300 钢箱梁、450X200H 型钢梁，连梁采用方钢管梁，梁宽与墙厚一致，梁高取600mm 和1100mm，壁厚12～25mm。两塔之间连廊的连接体选用空腹桁架作為连接体结构方案。
本工程在地下室顶板无大洞口，设计时采用现浇梁板楼盖结构，楼板厚为180mm，采用双层双向配筋，配筋率大于0.25%；嵌固部位确定为地下室顶板。
地下室负一层～负四层平面采用密肋楼盖和普通混凝土梁板。
3、半逆作施工方案
工程打桩完成后，地下室阶段采用半逆作法施工，施工顺序：施工支护桩→土方开挖→施工支护及内支撑→钢管柱及核心筒钢板墙承台施工→在承台固定钢管柱、钢板墙定位器后，吊装竖向构件→安装柱间临时支撑→钢管柱、钢板墙内浇捣混凝土→施工首层部分梁板→继续向上施工塔楼结构→地下室及裙房从底到顶顺作施工。
技术关键要点如下：
（1）承台分三次浇捣，由于承台分层浇筑，需在承台内设置抗剪钢筋。
（2）安装柱间临时支撑，临时支撑布置设计时要结合基坑支护形式，避开支护内撑构件；
（3）钢管柱、钢板墙内浇捣混凝土。为提高混凝土的流动性和密实性，采用自密实混凝土，并做1：1模型以确定配比。
（4）施工首层部分梁板，首层梁板作为地上塔楼先行施工的平台。
（5）首层楼板混凝土强度达到80%后，开始上部钢结构和地下室同时施工。
本工程地下室施工从2016年4月开始，西塔于2016年11月18日封顶，东塔已于2017年1月9日封顶，地下室结构施工至地下三层，地下室施工比按正常顺作法施工工期减少6个月以上，整楼封顶比正常顺做法施工工期减少9个月以上。
本工程的塔楼先行半逆作施工法解决了常规逆作法地下室施工作業空间狭小，不利于施工机械化，土方施工困难等问题；而且结构简单明了，可以适合较多的同类工程参考使用。
4、地下室结构设计
采用半逆作法施工方案后，地下结构必须根据逆作法需要修改结构设计以配合施工安排，这是逆作法施工中最关键的结构设计。
（1）钢板墙和钢管柱采用埋入式柱脚，承台分三次浇筑，确保底板浇筑前承台能为竖向构件提供足够的约束。保证竖向构件支座有足够的刚度作为嵌固端，
（2）东塔、西塔核心筒边缘构件区改为钢板墙，核心筒范围内水平构件改为钢箱梁、钢筋桁架楼承板；
（3）对地下室内的各层柱均在各层楼面标高设置了拉杆作为临时支撑，减少计算长度，增强了稳定性，解决半逆作法过程中地下室各层钢管柱与钢板墙的稳定问题。
（4）首层加强措施：框架主梁采用600x600为主的U形钢梁，180mm厚钢筋桁架楼承板，并在塔楼范围内部分跨及塔楼之间连接的三跨平面内设置了多处斜撑，加强首层平面的刚度，确保首层刚度满足嵌固端及逆作法施工平台的要求。
（5）首层作为首层塔楼平面及塔楼之间三跨连接范围作为逆作法施工平台，在地下室及上部结构施工前先把首层钢结构部分施工完毕。
结论：
直至目前，本工程采用半逆作施工后，西塔已于2016年11月18日封顶，东塔已于2017年1月9日封顶，地下室结构施工至地下三层。比按正常顺作法施工工期减少6个月以上，对于整楼的施工封顶工期减少9个月以上。通过本项目的设计和施工实践，总结以下结论：
（1）采用地上钢结构主体先于地下室施工，塔楼先行的半逆作法可以合理地缩短施工工期。
（2）塔楼先行半逆作法解决了常规逆作法地下室施工作业空间狭小，不利于施工机械化，土方施工困难等问题；而且结构简单明了，可以适合较多的类似工程参考。
（3）阐述了实例工程的关键结构设计要点，尤其是对地下室配合半逆作法施工的结构设计要点进行了详细介绍，可供类似工程参考。
（4）探讨对于结构为钢框架-钢板剪力墙体系的工程，或是钢框架、多高层钢结构采取合理的结构设计对策和措施，可以采用本文所述的塔楼先行的半逆作法施工方案。
参考文献：
[1]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.
[2]JGJ 3-2015高层民用建筑钢结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.
[3]张立平，徐卫，黄瑞瑜.华策国际大厦结构修改设计[J].建筑结构，2016.46（21）：49.
[4]陈星，罗赤宇，向前，等.地下建筑逆作法与组合结构新技术工程应用[M].中国建筑工业出版社，2007.
【关键词】塔楼先行；半逆作施工法；钢板剪力墙；U形钢包混凝土梁；地下室结构设计
【中图分类号】TU318，TU398
【文献标识号】A
近十年来，随着地下空间的发展，深基坑开挖工程逐渐增多，能解决深基坑的基坑变形地面沉降和减少工期的地下室逆作法技术得到广泛的应用和良好的发展，地下室逆作法设计技术和施工技术日益受到关注。传统逆作法存在部分缺点：支撑位置受地下室层高限制，无法调整高度；挖土作业空间狭小，不利于施工机械化，土方施工困难；结构接头处理复杂繁琐；对围护结构施工精度要求高。
本文以珠海某实例工程为例，探讨一种先开挖基坑，先行施工塔楼主体结构，再同时施工地下室混凝土结构和裙楼混凝土结构的新型半逆作施工法。
1、工程概况
某工程由两栋办公塔楼和一座商业裙房组成，见图1。其中商业裙房4层，建筑高度24米；东塔26层建筑高度119.8米，西塔15层建筑高度70.9米，中间由连廊和裙楼相连；地下商业及车库共5层，底板底标高-23.4米。本工程于2014年12月通过超限高层建筑抗震设防专项审查并通过施工图审查。2015年11月工程桩和支护桩施工完毕，地下室土方开挖到一半深度，应建设方要求，需配合工程交付节点进度计划修改设计并采用塔楼先行施工的半逆作法。
2、结构体系
本工程东塔、西塔均采用了钢管混凝土柱+钢梁——钢板混凝土核心筒结构体系，其中7层和10层设连接通道。结构的主要抗侧力体系为核心筒为主，外框架协同作用为辅，提供给结构足够的抗侧及抗扭刚度。核心筒墙厚为600～400mm，钢板壁厚8mm，暗柱采用方钢管混凝土柱，柱长宽与墙厚一样，壁厚底部为12mm，中上部为10mm，钢管柱直径为?1300～?900，外框梁分别为500X300 钢箱梁、450X200H 型钢梁，连梁采用方钢管梁，梁宽与墙厚一致，梁高取600mm 和1100mm，壁厚12～25mm。两塔之间连廊的连接体选用空腹桁架作為连接体结构方案。
本工程在地下室顶板无大洞口，设计时采用现浇梁板楼盖结构，楼板厚为180mm，采用双层双向配筋，配筋率大于0.25%；嵌固部位确定为地下室顶板。
地下室负一层～负四层平面采用密肋楼盖和普通混凝土梁板。
3、半逆作施工方案
工程打桩完成后，地下室阶段采用半逆作法施工，施工顺序：施工支护桩→土方开挖→施工支护及内支撑→钢管柱及核心筒钢板墙承台施工→在承台固定钢管柱、钢板墙定位器后，吊装竖向构件→安装柱间临时支撑→钢管柱、钢板墙内浇捣混凝土→施工首层部分梁板→继续向上施工塔楼结构→地下室及裙房从底到顶顺作施工。
技术关键要点如下：
（1）承台分三次浇捣，由于承台分层浇筑，需在承台内设置抗剪钢筋。
（2）安装柱间临时支撑，临时支撑布置设计时要结合基坑支护形式，避开支护内撑构件；
（3）钢管柱、钢板墙内浇捣混凝土。为提高混凝土的流动性和密实性，采用自密实混凝土，并做1：1模型以确定配比。
（4）施工首层部分梁板，首层梁板作为地上塔楼先行施工的平台。
（5）首层楼板混凝土强度达到80%后，开始上部钢结构和地下室同时施工。
本工程地下室施工从2016年4月开始，西塔于2016年11月18日封顶，东塔已于2017年1月9日封顶，地下室结构施工至地下三层，地下室施工比按正常顺作法施工工期减少6个月以上，整楼封顶比正常顺做法施工工期减少9个月以上。
本工程的塔楼先行半逆作施工法解决了常规逆作法地下室施工作業空间狭小，不利于施工机械化，土方施工困难等问题；而且结构简单明了，可以适合较多的同类工程参考使用。
4、地下室结构设计
采用半逆作法施工方案后，地下结构必须根据逆作法需要修改结构设计以配合施工安排，这是逆作法施工中最关键的结构设计。
（1）钢板墙和钢管柱采用埋入式柱脚，承台分三次浇筑，确保底板浇筑前承台能为竖向构件提供足够的约束。保证竖向构件支座有足够的刚度作为嵌固端，
（2）东塔、西塔核心筒边缘构件区改为钢板墙，核心筒范围内水平构件改为钢箱梁、钢筋桁架楼承板；
（3）对地下室内的各层柱均在各层楼面标高设置了拉杆作为临时支撑，减少计算长度，增强了稳定性，解决半逆作法过程中地下室各层钢管柱与钢板墙的稳定问题。
（4）首层加强措施：框架主梁采用600x600为主的U形钢梁，180mm厚钢筋桁架楼承板，并在塔楼范围内部分跨及塔楼之间连接的三跨平面内设置了多处斜撑，加强首层平面的刚度，确保首层刚度满足嵌固端及逆作法施工平台的要求。
（5）首层作为首层塔楼平面及塔楼之间三跨连接范围作为逆作法施工平台，在地下室及上部结构施工前先把首层钢结构部分施工完毕。
结论：
直至目前，本工程采用半逆作施工后，西塔已于2016年11月18日封顶，东塔已于2017年1月9日封顶，地下室结构施工至地下三层。比按正常顺作法施工工期减少6个月以上，对于整楼的施工封顶工期减少9个月以上。通过本项目的设计和施工实践，总结以下结论：
（1）采用地上钢结构主体先于地下室施工，塔楼先行的半逆作法可以合理地缩短施工工期。
（2）塔楼先行半逆作法解决了常规逆作法地下室施工作业空间狭小，不利于施工机械化，土方施工困难等问题；而且结构简单明了，可以适合较多的类似工程参考。
（3）阐述了实例工程的关键结构设计要点，尤其是对地下室配合半逆作法施工的结构设计要点进行了详细介绍，可供类似工程参考。
（4）探讨对于结构为钢框架-钢板剪力墙体系的工程，或是钢框架、多高层钢结构采取合理的结构设计对策和措施，可以采用本文所述的塔楼先行的半逆作法施工方案。
参考文献：
[1]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.
[2]JGJ 3-2015高层民用建筑钢结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.
[3]张立平，徐卫，黄瑞瑜.华策国际大厦结构修改设计[J].建筑结构，2016.46（21）：49.
[4]陈星，罗赤宇，向前，等.地下建筑逆作法与组合结构新技术工程应用[M].中国建筑工业出版社，2007.