南京紫峰大厦总高度450米,为江苏省第一高楼。绿地广场-紫峰大厦是集商业、酒店、办公于一体的多功能综合性建筑群,占地面积18721m2,总建筑面积261075m2,其中地上建筑面积197147m2,地下建筑面积63928m2。工程由一高一低两栋塔楼(主楼、副楼)和商业裙房组成,其中主楼地上69层,建筑高度450米。
本工程的关键施工技术获得江苏省科技进步奖三等奖、上海市科技进步奖三等奖、江苏省建设厅科学技术奖一等奖。
本工程地下室共4层(另有一个夹层),基坑面积13500m2,挖土深度24m,最深部位(电梯井)达到30m,基坑土方量约35万立方。基地位于两条地震断裂带交汇处,造成土层、岩层混合,地质条件特殊;基地周围有两条主要市政道路,其下管线众多;南京地铁一号线直接穿越基地,其隧道结构体距离基坑最近处仅5m,隧道围护土层锚杆距离基坑仅2m,基坑底比地铁结构体底低4m。

基坑平面图
由于本工程地理位置及周边环境的重要性,对基坑围护及开挖提出了很高的要求,不仅要确保基坑稳定,还要满足变形控制的要求,以确保基坑周边建筑物、地下管道、道路及地铁的安全。同时,由于工程造价及工程进度的要求,使得基坑围护的选型及布置必须同时兼顾施工的安全性、高效性和经济性。所以,基坑施工面临以下几个难点:
(1)工程量大,工期紧
(2)地质条件特殊
(3)环境保护,尤其是地铁保护要求高
对于超大超深基坑施工施工,我们根据地质水文情况、周围环境要求、基坑工程的功能、施工工艺设备以及经济条件等因素综合确定了围护结构的类型,最终选用“两墙合一”的地下连续墙加三道混凝土支撑的围护形式。并结合总体的施工部署对支撑的平面及竖向布置进行了精心的设计;充分利用场地特点安排合理的挖土顺序,最大程度地节约工期;同时采取的有效措施对周边环境尤其是地铁进行了保护,并加强基坑监测。

支撑平面布置

土方开挖顺序
主楼自基础底板面开始至37F(高度182m),外围框架劲性柱采用的混凝土设计强度为C70,总用量近7500m3。C70的主要施工难点如下:
1.C70的配制与生产
在本工程以前,南京市应用于工程的混凝土强度等级最高为C60,对于C70以上强度等级混凝土的应用,当地建筑市场和混凝土供应单位没有工程经验。混凝土是一种地域性很强的复合建筑材料,所以要以南京当地的市场条件和工艺水平为基础,寻求C70等级混凝土配制与生产技术的突破。
2.C70的泵送
本工程C70混凝土最高需泵送至182m的高度,当时在全国来说,也十分罕见。如何使混凝土在保证强度的前提下,满足高程泵送的性能,寻求二者的最佳平衡点,是需要解决的另一个难点。
通过对C70的配比、原材料选择、工作性能等进行了试验研究,同时对C70的超高程泵送进行了研究,并最终确定了强度和工作性能都满足要求的C70配合比。此外,还对C70在施工过程中的浇筑、振捣及养护进行了研究,以保证C70的施工质量。

高压泵车

水平泵管

竖向缓冲泵管

C70的养护
本工程在10F、35F、60F分别设有三道钢结构桁架,每道桁架层高度8.4m,由伸臂桁架和带状桁架组成,伸臂桁架又分为(筒)内伸臂桁架和(筒)外伸臂桁架。

桁架层示意图

伸臂桁架筒内段
按照以往的工程经验,桁架层施工时,钢平台都是停留在桁架层底部,通过在钢平台上搭设脚手、支设木模的方法进行桁架层剪力墙的施工,桁架层施工完成后,再将钢平台在桁架层上方重新拼装。由于本工程地处市中心,安全防护要求较高,况且第三道桁架层处于288m的高空,如果采用传统方法进行桁架层的施工,势必存在一定的安全隐患。
对于钢平台在桁架层的施工方法,我们首次采用了一种新技术,使钢平台能够逐层整体穿越桁架,并可利用钢平台的模板脚手体系进行桁架层土建结构的施工,大大提高了桁架层施工的效率和安全性。本技术的基本原理是在遇到劲性桁架后,调整格构柱及平台系统的布置形式,使之避开桁架,并转变升板机的布置方式,使钢平台系统能够在桁架层整体提升,从而实现利用钢平台系统对桁架层进行分段施工。
此外,针对核心筒平面变化大的特点,我们也针对每种平面形式的钢平台体系进行了专门设计,不但使钢平台体系能够随核心筒的变化而变化,还细化了上下工况之间的拆分衔接问题,并利用有限元软件进行了优化设计。
南京紫峰大厦外立面结构边线没有超过连续三层完全相同,楼板凹进、缺失非常多,且凹进部位也在不断变化,劲性柱处于楼板外边沿处且与楼板边沿相对关系不断变化。
由于外框柱为劲性柱,而且柱与结构边缘的距离非常小,最小处只有8cm,出于劲性柱施工安全性的考虑,外框外围必须设置脚手架。由于目前没有专门针对钢结构外框设计的整体爬升脚手,本工程最终选择了电动整体升降脚手架体系(DMCL),其面临的施工难点如下:
(1)整体升降脚手架钢结构附着节点设计
(2)高空抗倾覆计算及大层高提升流程设计
(3)结构缺失处的补缺

核心筒平面变化

劲性柱离结构边缘较近
分别对整体升降脚手架在钢结构外框的钢梁处及劲性柱处的承重附着节点、提升导向附着节点、抗倾覆(硬拉结)附着节点在不同工况下的构造形式进行了设计,解决了传统的整体升降脚手对钢结构外框的不适用问题。
此外,还对局部层高较高楼层的提升流程进行了分析和设计,使整体升降脚手架可以一次提升两个标准层高的高度,甚至可以连续通过两个大层高。对局部结构缺失处的提升机位附着点补缺进行了研究,通过设置辅助结构,使提升机位的附着点从下到上保持了一致。
1.塔吊灵活布置和转换技术
核心筒的复杂多变也给主楼塔吊的布置带来了很大困难。由于主楼钢结构吊装量很大,塔吊的布置既要保证钢结构及土建的吊装任务,又要各自有充足的工作空间,墙体收缩后还要进行转换移位。因此,塔吊的布置及转换移位是本工程的一大难点。
2.巨型复杂桁架施工技术
由于桁架的构件都非常大,而且,按照总体施工部署的要求,筒内和筒外的桁架不是同时安装的,因此,巨型桁架的吊装和安装精度控制是本工程的一大难题。
3.屋顶超高超大天线桅杆施工技术
本工程天线长度为144.63m,总重400余吨,天线顶标高450m。如此巨型的天线桅杆要安装到450米的高空中去,不管在国内还是国际上都属罕见,要顺利将其安装到位,需要解决施工机械、焊接工艺、测量矫正以及施工的安全围护等一系列问题,如果塔吊的吊装高度不能满足安装要求,还要考虑采用何种工艺进行天线的安装,这些都是塔吊安装的施工难点。

主楼核芯筒平面变化5次

钢桁架布置情况
钢结构施工关键技术主要针对核心筒复杂多变情况下的塔吊布置及转换、巨型桁架吊装及变形调整、超高超重天线的安装等三个主要方面进行研究。
在塔吊的布置方面,我们首次采用塔吊原位内爬转外挂技术解决了剪力墙收分所带来的塔吊布置难题;并首次采用下撑式附墙技术解决了由于塔身长度限制而造成的钢平台和塔吊爬升工况矛盾的问题;另外,我们通过数值模拟,对塔吊附着状态下的结构安全进行了分析,并采取了一系列行之有效的措施,解决了由于剪力墙单薄而造成的塔吊无法附着的难题。
在巨型桁架的吊装方面,我们通过设计合理的吊装顺序、设置临时固定措施等方法,解决了巨型桁架的安装定位问题;并通过设置扩大孔与销轴的方式释放桁架由于变形而造成的附加应力。
在超高超重天线的吊装方面,我们采用分段吊装与套筒式提升相结合的方式,解决了塔吊吊装高度不够的难题。

塔吊原位内爬专外爬示意图

扩大孔的设置

第一段主天线安装完成

细天线提升完成
来源:上海建工四建集团工程研究院
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