某高层建筑框架―核心筒―环带桁架结构施工实例分析

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【摘 要】湖南某建筑工程，为了满足工程预售的需要，经过多方论证，采用1～4层钢结构及外框楼板先行施工，后施工核心筒剪力墙体混凝土结构的方案。论文详细介绍了该方案的工艺原理和施工工艺流程及施工过程中的关键技术措施。

【关键词】高层建筑；钢结构；临时支撑；施工工艺

1、工程概况

湖南某建筑工程为双塔高层综合体建筑，塔楼地下4层，地上42层，总建筑高度173.16m，塔楼结构形式为框架-核心筒-环带桁架结构，由正四方形核心筒结构和20根型钢混凝土劲性柱组成，主楼结构平面如图1所示。

图1主楼结构平面示意

本工程底板开始浇筑时间为2012年6月中旬，此时业主为了满足工程预售的形象节点，提出在2012年10月25日之前（约4个月时间）完成塔楼地上4层结构施工（即塔楼地上4层混凝土楼板浇筑完毕）。按照正常的施工工艺，即：核心筒钢结构吊装核心筒钢筋绑扎核心筒爬模安装核心筒混凝土浇筑外框钢结构梁柱吊装外框柱施工外框混凝土楼板施工，需要近6个月时间才能完成，显然需要对施工工艺进行改进和创新。经过多方论证，最后采用1～4层钢结构及外框楼板先行施工，后施工核心筒剪力墙体混凝土结构的方案。

2、工艺原理

核心筒型钢柱从-7.100m开始安装，外框型钢柱从基础底板开始安装。-7.100m以下按正常施工工艺进行结构施工，核心筒混凝土结构施工至-7.100m标高后，主要进行塔楼钢结构吊装，在钢结构梁柱之间增加临时支撑梁以保证结构体系的稳定性。钢结构吊装至16.800m标高（地上4层），铺设地上4层外框压型钢板，并浇筑钢筋混凝土楼板。在钢结构吊装间隙，进行-7.100m以上核心筒及外框钢筋混凝土结构施工。

3、施工流程

3.1主楼-7.100m以下结构施工

本部分采用正常施工工艺，顺序如下：绑扎底板钢筋安放型钢柱预埋件浇筑底板混凝土安装型巨柱型钢柱柱脚灌浆混凝土结构施工。

3.2主楼-7.100～16.800m结构施工

1）钢结构

核心筒第1节（-7.100～4.100m）型钢柱吊装核心筒4.100m处临时支撑梁安装外框第2，3节型钢柱吊装核心筒型钢柱与外框第3节型钢柱临时支撑梁安装核心筒第2节型钢柱安装（4.100～19.200m）核心筒2～4层临时支撑梁安装外框第4节型钢柱吊装核心筒型钢柱与外框第4节型钢柱临时支撑梁安装外框3，4层压型钢板铺设。

2）混凝土结构

地下1层混凝土结构施工（上部钢结构吊装期间）地上1层混凝土结构施工（上部钢结构吊装期间）核心筒内爬模架安装地上4层外框混凝土楼板施工（压型钢板铺设后）地上3层外框混凝土楼板施工。

4、关键施工技术措施

4.1 钢结构部分

由于钢结构超前施工，钢结构吊装完成地上4层时，核心筒及外框混凝土结构仍在地下1层，这样的施工顺序与常规的先施工核心筒后施工水平构件的方法相比主要有以下3个难题需要解决。

1）如何保证上部钢结构在没有下部可靠刚性混凝土连接时的稳定性和安全性。

2）如何解决钢结构水平构件与核心筒的连接问题。

3）如何解决附加钢构件与混凝土结构钢筋的连接问题。为了解决以上难题，施工过程中主要采用了增加支撑柱、梁以及连接牛腿的施工方案。

4.1.1 2～4层核心筒及外框附加支撑钢梁的布置

原设计方案中核心筒剪力墙内只有局部有钢骨混凝土连梁，且未与钢结构柱连接成整体，由于钢结构需要超前施工，为保证4层以下钢结构在核心筒混凝土结构施工完成前的整体稳定性和安全性，在2～4层结构标高下155mm处的核心筒墙体内均增加了钢梁支撑；外框部分也增加临时拉接钢梁。核心筒内的附加钢梁在施工过程中不需拆除，与核心筒混凝土结构浇筑在一起，共同受力；外框临时拉接钢梁在混凝土结构施工至该层时拆除。由于核心筒混凝土结构尚未施工，外框水平钢梁在核心筒一端无法与核心筒连接，核心筒内增加临时钢梁的另一个作用是作为外框钢梁提供刚性连接。具体做法为在核心筒内附加的临时钢梁上焊接连接牛腿取代原设计中的预埋件作为连接件（见图2），这样在核心筒尚未施工的情况下可以把外框钢梁安装就位，为铺设压型钢板以及优先浇筑外框板混凝土提供工作面。

图2核心筒附加钢梁牛腿示意

4.1.2核心筒内附加支撑柱

原设计图纸中，在核心筒周边剪力墙中设有型钢柱，但在核心筒内井字形剪力墙处没有设计型钢柱，新的方案在核心筒内侧井字形剪力墙交界处设置了4根型钢柱为核心筒内部的附加钢梁提供支座，如图3所示。

图3新加型钢柱示意

4.1.3防止支撑钢梁变形过大的技术措施

原设计方案中外框部分的钢梁连接在核心筒剪力墙的预埋件上。增加支撑钢梁后，外框部分的钢梁通过钢牛腿连接在附加钢梁上，从而造成支撑钢梁单侧受力，形成附加弯矩。为防止支撑钢梁变形过大，造成外框结构钢梁移位下沉，在支撑钢梁内侧增加拉接钢筋（见图4），焊接在核心筒墙体钢筋上，并通过花篮螺栓施加预应力。测量人员对已安装好的钢梁进行监测，对变形数据做好记录，把变形控制在规范允许范围内。

图4拉接钢筋示意

4.1.4钢结构细部节点做法

该施工工艺增加了大量临时支撑钢梁、钢柱，但原设计方案中未考虑新加构件对梁、柱、墙体钢筋绑扎的影响，因此需要对一些重要施工节点的做法进行细化。

1）混凝土梁与型钢柱连接位置在型钢柱上焊接连接钢板，梁的纵筋焊接在连接钢板上。

2）柱纵筋、剪力墙竖向钢筋遇到附加钢梁时在钢梁上焊接连接板连接混凝土结构纵筋。