廣州東塔核心筒先于梁板施工相關問題研究
劉永策
（奧雅納工程咨詢有限公司，廣東廣州 510620）
[摘要]超高層建筑一般采用墻柱和梁板不同步施工，這直接導致了鋼筋后錨固施工、與結構設計假設不相同的施工臨時結構承載力復核等各種復雜新問題。介紹了廣州東塔核心筒先于梁板施工的施工方法，特別介紹了梁板鋼筋后施工的各種處理方法，對規(guī)范各種植筋深度進行分析討論；分析了墻柱和梁板的不同步施工帶來的各種施工臨時結構安全問題。建議全面采用施工模擬分析技術對實際的施工工況進行分析，以理論分析結果指導實際施工，提高施工階段臨時結構的結構安全可靠度。
[關鍵詞]高層建筑；不同步施工；核心筒；施工模擬；植筋
[中圖分類號] TU745.1 [文章編號]1002-8498(2016)10-0018-04
1工程概況
廣州東塔位于珠江新城CBD中心地段，總建筑面積約50萬m2，集辦公、服務公寓、酒店、餐廳于一體的多功能綜合體，與廣州西塔和廣州電視塔一起成為廣州新地標。塔樓建筑屋頂標高為530m，結構屋面標高518m，地上111層。塔樓采用巨柱框架+核心筒結構，豎向共設6道環(huán)桁架，其中4道設有伸臂桁架。典型樓層平面尺寸約為58. 1m×58. 1m，核心筒平面尺寸為32. 7m×32. 7m（見圖1）。核心筒剪力墻地上厚度由1 500mm逐步變?yōu)?00mm，混凝土強度等級從C80逐步過渡到C60。核心筒內(nèi)有雙層鋼板墻，然后過渡到單層鋼板墻后變?yōu)榧兓炷良袅�，局部設有型鋼鋼骨柱。
2 塔樓核心筒先于梁板施工的施工方案
塔樓采用頂模系統(tǒng)，整體施工步驟：核心筒→鋼柱+鋼梁→壓型鋼板→組合樓板混凝土→筒內(nèi)梁板混凝土。
這種豎向結構混凝土核心筒先于水平梁板的施工方法由于方便各工序之間形成流水、整體施工速度快，已經(jīng)成為超400m超高層的常見施工順序。核心筒施工的典型設備是頂模系統(tǒng)和爬模系統(tǒng)，其中頂模系統(tǒng)對墻體適應性更廣，且由于在墻體的支承點偏下，其爬升時墻體混凝土齡期一般達到3層施工間隔，故墻體混凝土強度容易滿足支承其上設備的齡期要求（見圖2）。
3 核心筒先于梁板柱施工導致的問題
3.1 樓面梁板鋼筋先預埋后連接
3.1.1 梁板鋼筋預埋施工方法
核心筒墻體先行施工，外框的鋼梁可采用在墻體內(nèi)預埋件后連接的方式，而核心筒內(nèi)的混凝土梁板結構只能采取墻內(nèi)預留鋼筋，后期再進行鋼筋連接施工。對于板筋，核心筒施工時，板筋（俗稱“胡子筋”）預留在墻體內(nèi)設計標高并做好固定，將墻外水平段彎折在墻體內(nèi)并緊貼模板，后期施工時將彎折板筋鑿出并與樓板鋼筋搭接，如圖3所示。
核心筒施工時，梁鋼筋及連接鋼筋套筒預埋在設計位置并做好固定，套筒緊貼模板，并做好套筒包裹保護，后期施工時鑿出鋼筋連接套筒，進行．梁筋連接，如圖4所示。套筒連接的施工質(zhì)量控制需要特別注意，采取控制鋼筋端部加工質(zhì)量、全部驗收所剩絲扣和見證抽檢制度確保套筒機械連接施工質(zhì)量。
鋼筋套筒連接施工要求鋼筋不能大角度彎折，端部必須直線，否則無法進行旋轉(zhuǎn)擰緊操作，可用鋼筋搭接焊接替代套筒連接。鋼筋搭接焊接必須嚴格按照《鋼筋焊接及驗收規(guī)程》JGJ18-2012進行施工，而且宜盡量采用平焊，避免仰焊，焊接操作盡量避免使鋼筋脆硬化。
3.1.2梁板預留鋼筋施工方法存在的技術問題
對于混凝土梁縱向鋼筋采取在墻面處預留一級套筒，后期進行100%鋼筋機械連接。根據(jù)套筒材料性能報告，在機械連接施工質(zhì)量有保證的情況下，機械連接抗拉和抗剪承載力不低于整根鋼筋，但是同截面施工縫存在，混凝土梁的承載能力可靠性有所降低，應該酌情增加梁配筋以彌補施工縫處抗剪和抗彎損失。對于鋼筋的搭接焊接和鋼筋與鋼板焊接后，鋼筋脆硬化的試驗研究資料仍然很少。
板筋采取彎折預埋在墻表面，后期鑿出并扳直搭接施工。由于板筋采取扳直的冷加工處理，存在彎折部位鋼筋延性降低和強度損失的情況，該工藝僅適用一級和二級延性好的小直徑鋼筋，比如直徑≤14mm的鋼筋。其他情況目前缺乏相關的試驗報告和文獻資料，應以可靠的鋼筋冷加工試驗報告為準。
3.1.3預埋鋼筋與墻柱內(nèi)型鋼沖突處理方法
梁縱向鋼筋在墻內(nèi)錨固必須滿足水平段>0.4laE，總長>laE由于核心筒墻體內(nèi)存在較多的鋼板墻或型鋼柱，鋼構件外包混凝土厚度太小，有時會出現(xiàn)預埋鋼筋不夠0.4laE水平錨固段的情況。廣州東塔采用鋼筋托板連接方式（見圖5），即從鋼骨上焊接鋼牛腿到混凝土面，后期施工水平混凝土梁時，鋼筋托板焊接在牛腿上，梁縱筋與鋼筋托板進行焊接。該方法需要注意：鋼筋托板的強度應計算確定，不應小于所連接鋼筋強度；鋼筋托板應該避開梁內(nèi)箍筋；鋼筋與托板的焊接可以參考《鋼筋焊接及驗收規(guī)程》相關條款；墻內(nèi)的托板牛腿需要注意避開墻內(nèi)鋼筋，宜預留開洞；不應取消鋼筋托板而在托板牛腿上現(xiàn)場焊接可焊套筒進行連接，因為現(xiàn)場套筒立焊焊接質(zhì)量難以保證。
3.2梁鋼筋預埋位置錯誤處理方法及對策
核心筒先于梁板施工，從技術和管理上增加了鋼筋預埋施工錯誤的機會。在施工配合中，預埋鋼筋位置錯誤或鋼筋數(shù)量錯誤成為常見的問題。由于核心筒墻體存在預埋鋼骨和暗柱等且鋼筋密集、植筋困難，故解決這些問題的原則是：盡量利用已預留鋼筋，避免全部植筋；難以植筋時宜采用機械錨栓。
3. 2.1 鋼筋預埋位置水平偏位處理方法
偏位距離小，可采用增大梁端截面法，即利用已有預埋鋼筋，接長梁縱筋；偏位距離大時，可采用平面折梁或者重新植筋。
3.2.2鋼筋預埋位置豎向偏位處理方法
一般來說，梁整體高于樓板需要鑿除重新施工，低于樓面，如果不影響其他專業(yè)，可以在梁上加承重墻來支撐樓面梁板結構。梁筋整體偏位距離大，可采用豎向折梁；整體偏位距離小，可采用變截面梁或者設計復核承載能力。
3.2.3設計復核與建議
由于墻體或連梁有鋼骨、暗柱或配筋較密，植筋困難。為避免大量植筋，設計宜考慮將不重要的框架梁進行彎矩調(diào)幅，或者按照兩端鉸接梁來重新設計，增大底筋，減少面筋，而增加的底筋可以根據(jù)梁彎矩包絡圖，將部分底筋不入支座或者在梁端搭接小直徑鋼筋，而小直徑鋼筋用構造錨固深度植筋。
相對于梁、板、柱同時施工的普通項目，核心筒先于梁板施工導致后施工的混凝土的可靠性降低，故建議整體計算時按照核心筒內(nèi)框梁與核心筒鉸接不利情況進行整體參數(shù)計算，而施工圖應該按照框架梁與核心筒剛接進行設計，框架梁宜進行彎矩調(diào)幅，減少面筋，次要的非框架主梁按照兩端鉸接設計。
3.3關于植筋問題的研究
3.3.1 植筋深度不夠
植筋位置鋼筋過密或者存在鋼骨阻礙導致植筋深度不夠，可用“大直徑換小直徑法”，即按照等承載力原理，將大直徑縱筋換成小直徑縱筋進行植筋施工。為避免基材混凝土整體拔出破壞，植筋間距至少5d，植筋間距遠大于通常的預埋鋼筋間距（1. 5d或者30mm），導致植筋的鋼筋排數(shù)多，靠近梁中性軸。故設計應復核植筋的承載力，而不是簡單的等面積代換。還可采用有鎖鍵效應的后擴底錨栓，減少鉆孔深度，一般可做到10d左右。當墻體不夠錨固深度時，也可以采用穿墻螺栓對拉法。
3.3.2植筋深度規(guī)范要求與產(chǎn)品手冊推薦值差距
大，現(xiàn)場施工管理混亂
按照《混凝土結構后錨固技術規(guī)程》JGJ145-2013和《混凝土結構加固設計規(guī)范》GB50367-
2013相關條款計算，植筋深度小于鋼筋錨固長度，這是由于植筋膠的黏結強度高于混凝土的強度，而且黏結劑滲入到混凝土的孔隙中形成的鋼筋一膠一混凝土混合體的直徑大于原鋼筋的直徑，增大了黏結界面，也就是增大黏結力。規(guī)范計算的植筋深度普遍大于廠家技術手冊的推薦值，而由于國內(nèi)植筋產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，為了應對某些廠家為了奪標惡性競爭提出超低植筋深度帶來的安全危害，規(guī)范規(guī)定植筋深度必須設計計算確定，不得按短期拉拔試驗
值或廠商技術手冊的推薦值使用。但是該條款忽略了實際上確實有一些質(zhì)量和技術穩(wěn)定的產(chǎn)品植筋深度可以做到小于規(guī)范計算值，而且這些產(chǎn)品的植筋深度在國外普遍認可并被應用。在廣州東塔這樣的復雜超高層結構中，經(jīng)常會遇到按照規(guī)范計算的植筋深度無法進行植筋施工，總承包單位要求按照廠家提供的植筋推薦值進行施工，或者根據(jù)現(xiàn)場一定數(shù)量植筋的拉拔試驗分析報告對規(guī)范計算的植筋深度進行調(diào)整。建議規(guī)范增加現(xiàn)場拉拔試驗的詳細規(guī)定以便現(xiàn)場對次要構件（比如樓板和次梁）的植筋深度進行合理調(diào)整。3.3.3植筋施工注意問題
施工階段設計對于加固改造重視不夠，植筋施工存在較多問題，嚴重影響結構安全，需要設計與施工注意：①植筋間距至少5d，不僅同排需要滿足，相鄰排鋼筋也要滿足；植筋邊距至少2. 5d;②當采用植筋后焊錨板方案時，由于焊點距基材混凝土表面< 15d，應該考慮焊接產(chǎn)生高溫對植筋膠及基材混凝土的影響，對錨固強度做適當折減。
3.4塔樓核心筒墻體、梁板和柱不同步施工
與普通梁板墻柱同時澆筑混凝土的施工順序不同，塔樓采用頂模系統(tǒng)施工，塔樓核心筒墻體、梁板和柱不同步施工，核心筒施工最快，次之是巨柱，然后是外框樓面鋼梁，最后是外框的組合樓板和內(nèi)筒的混凝土梁板。
3. 4.1 塔樓核心筒墻體、梁板和柱施工階段承載力復核
由于各類構件分別施工，各構件施工階段的承載力復核也有所不同。比如核心筒先施工，筒內(nèi)梁板未施工，應該驗算單片剪力墻在施工設備荷載和風荷載作用下的墻體穩(wěn)定。而這里核心筒墻體上的設備有3臺塔式起重機（滿載共800t），頂模系統(tǒng)（滿載1200t），總重近2 000t，隨著核心筒墻體不斷變薄，單獨矗立的核心筒墻體的施工階段穩(wěn)定和強度驗算變得非常必要。這些都必須依靠施工模擬分析計算來確保施工階段的結構安全。
3.4.2核心筒最高層與梁板樓層差問題
由于核心筒施工速度快過樓面鋼梁，樓層差保持在6～10層，核心筒相對于已施工最高樓面層為一個懸臂結構，而且筒內(nèi)的梁板未施工（見圖2）。顯然，這與設計考慮的永久工況和理論的施工過程模擬不同，結構設計并未對此工況進行強度復核。這種強度復核非常有必要，《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》JGJ3-2010中13.1.4條和13. 10.5條也有類似的規(guī)定。由于涉及具體施工方法、施工設備和施工組織，故只能由總承包方按照實際施工過程進行施工模擬計算，而大多數(shù)總承包方?jīng)]有這種模擬計算能力。廣州東塔總承包方按照核心筒先于樓板施工的實際施工工況進行施工模擬計算，結果顯示可以接受的最大樓層差如表1所示。
計算結果也顯示核心筒與外框鋼梁層差為控制因素，實際嚴格以此施工，一旦樓層差超過上表限制值將要停止施工。
3.4.3 巨柱與外框樓板施工不同步
巨柱為鋼管混凝土，鋼骨具有較大的承載能力，在其內(nèi)混凝土未澆筑前能夠支承樓面鋼梁的安裝，這使得巨柱可以一次安裝2層甚至3層，這減少了焊接工作量，加快了施工速度。而外框樓板混凝土的澆筑落后于鋼梁的安裝，這樣需要設計樓板鋼筋與巨柱的后連接節(jié)點。一般采用巨柱上焊接鋼筋托板進行樓板鋼筋后連接。
3.4.4 核心筒施工縫不在樓面處
酒店標準層高為3. 5m，而核心筒的頂模系統(tǒng)最大爬升為4. 5m（這是低層辦公區(qū)層高），總承包方為加快核心筒施工速度，將酒店層的每次施工高度定為4. 5m，如此核心筒的施工縫將不一定處于樓面位置。設計應該按照高規(guī)復核墻體施工縫處的抗滑移承載力，有必要時應增加施工縫處墻體配筋。
4結語
隨著國內(nèi)超高層建筑高度不斷刷新，新的結構形式不斷涌現(xiàn)，與之相適應的是施工工藝也不斷推陳出新。新的施工方法也導致新的結構設計問題，這需要設計師和研究人員不斷更新施工方法并引入新的分析手段進行研究。建議全面采用施工模擬分析技術對實際的施工工況進行分析，并以分析結果指導實際施工，提高施工階段臨時結構的結構安全可靠度。
目前國內(nèi)結構設計普遍存在重視施工圖紙設計，忽視施工配合，這種做法在復雜項目中存在嚴重設計隱患，應該得到糾正。施工階段的設計配合是設計的重要階段，是實現(xiàn)設計意圖的重要環(huán)節(jié)，應該得到設計師的重視。為了確保設計意圖得以真正實現(xiàn)，結構設計師應該駐場監(jiān)造，這在超高復雜項目的施工中非常必要。
